FALE 
MECHANICZNE

 

 

Fale sprężyste są to mechaniczne 

zaburzenia (odkształcenia) 

rozprzestrzeniające się w ośrodku 

sprężystym. Fale mechaniczne nie mogą 

rozchodzić się w próżni. Ciała zewnętrzne 

powodujące owe zaburzenia ośrodka 

nazywają się źródłami fal. Rozchodzenie 

się fal sprężystych polega na wzbudzaniu 

drgań cząstek ośrodka coraz bardziej 

odległych od źródła fal. Najważniejszą 

cechą odróżniającą fale sprężyste od 

dowolnego innego uporządkowanego 

ruchu cząstek ośrodka jest to, że w 

przypadku małych zaburzeń (przybliżenie 

liniowe) rozchodzenie się fal sprężystych 

nie jest związane z przenoszeniem 

substancji. 

 

 

v= λ/T= λf

f=v/ λ= const       dla danej fali

λ – długość fali

T – okres fali 

v – prędkość fali

f- częstotliwość fali

λ –odległość dwóch najbliżej od siebie położonych cząsteczek 
ośrodka, leżących w tej samej fazie drgań

 

 

Przykładem fali mechanicznej jest fala 

dźwiękowa. Fale dźwiękowe 

(akustyczne) są to małe mechaniczne 

drgania cząstek (słabe zaburzenia) 

rozchodzące się w ośrodku 

sprężystym. Dział fizyki badający 

właściwości fal dźwiękowych, 

prawidłowości ich powstawania i 

rozchodzenia się oraz oddziaływania z 

napotkanymi przeszkodami nazywa 

się akustyką. Prędkość dźwięku w 

powietrzu, w zależności od 

temperatury i składu powietrza może 

przyjmować wartości w okolicach 330-

350 m/s. 

 

 

Podział fal: 

Ze względu na kierunek drgań ośrodka wyróżniamy :

Fale podłużne : są to fale sprężyste, w których drgania 
cząstek ośrodka zachodzą w kierunku równoległym do 
kierunku rozchodzenia się fal. Fale podłużne związane są ze 
sprężystością objętościową ośrodka. Z tego powodu, mogą 
one występować zarówno w ciałach stałych, jak i w cieczach 
lub gazach. Falą podłużną jest np. fala dźwiękowa.

Fale poprzeczne : są to fale, w których cząstki ośrodka 
drgają w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku rozchodzenia 
się fali. Fale poprzeczne mogą powstawać tylko w ośrodkach 
mających sprężystość postaci, czyli w ciała stałych.

 

 

Podział fal: 

Ze względu wymiarowość:

Fala jednowymiarowa : rozchodzi się wzdłuż jednego 
kierunku.

Fala dwuwymiarowa : np. fale powierzchniowe 
powstające na swobodnej powierzchni cieczy lub na 
powierzchni rozgraniczającej dwie nie mieszające się ciecze. 
W tym przypadku cząstki cieczy wykonują jednocześnie 
drgania poprzeczne i podłużne, opisywane przez tory 
eliptyczne lub jeszcze bardziej złożone. Szczególne 
właściwości fal powierzchniowych są spowodowane tym, że 
w powstawaniu i rozchodzeniu się tych fal specyficzną rolę 
odgrywają siły ciężkości i napięcia powierzchniowego.

Fala trójwymiarowa : fala rozchodząca się w 
trójwymiarowej przestrzeni.

 

 

Podział fal: 

Ze względu na formę geometryczną :

Fala płaska : fala uzyskana np. w wyniku 
rzucenia na powierzchnię wody prostego druta, 
który trzymamy poziomo do tej powierzchni. 
Innym przykładem są fale uderzające o brzeg 
morza.

Fala kolista: powstaje wtedy gdy źródło fali ma 
bardzo małe rozmiary, np. kamień wrzucony do 
wody.

Fala kulista : powstaje wtedy gdy źródło fali ma 
bardzo małe rozmiary, np. brzęczenie muchy 

 

 

Ośrodek, w którym rozchodzi się fala, dzielimy umownie na źródło i 
cząstki A, B,C, D,... ( małe porcje np. metalu, powietrza), które mogą 
ze sobą wzajemnie oddziaływać. Przyjmijmy, że cząstka A znajduje 
się najbliżej źródła. Cząstka A, bezpośrednio pobudzana przez źródło 
(1.), przekazuje energię cząstce B (2.), leżącej bezpośrednio za nią, 
wprawiając ją w ruch. Następnie cząstka B pobudza do ruchu cząstkę 
C (3.). 

Powstawanie fali:

1.

2.

3.

 

 

Z reguły z ruchem falowym wiąże 

się transport energii. W przypadku 

fal dźwiękowych mówimy często o 

mocy akustycznej emitowanej przez 

źródło, podawanej w watach. Fale 

przenoszą tę energię i mogą ją 

oddać w dużej odległości od źródła, 

np. wprawiając w ruch membranę 

bębenka w naszym uchu.

 

 

Efekt Dopplera

Polega na odbieraniu fali o 

innej częstotliwości niż ta, z 

jaką drga źródło, na skutek 

ruchu źródła względem 

odbiornika. 

 

 

Efekt Dopplera

Zjawisko to możemy zaobserwować, np. w 

momencie gdy zbliża się do nas, mija, a 

następnie oddala się od nas karetka 

pogotowia z włączonym sygnałem 

dźwiękowym. Gdy źródło dźwięku zbliża się 

do obserwatora, odbierany dźwięk jest 

wyższy. 

 

 

Efekt Dopplera

Źródło ruchome, 
obserwator nieruchomy

dźwięk

 niższy

dźwięk wyższy

f’= f (v/v-v”)

f’’= f (v/v+v”)

przypadek I:

f’, f”- częstotliwość fali 
odbieranej przez 
obserwatora

f- częstotliwość fali 
generowanej przez 
źródło 

v- prędkość fali

v”-prędkość źródła

 

 

II przypadek- źródło 

nieruchome, obserwator 

ruchomy

przy zbliżaniu:

f’= f (v-v”/ v)

przy oddalaniu:

f’’= f (v+v”/ v)

f’, f”- częstotliwość fali obserwowanej
f- częstotliwość fali generowanej przez źródło 
v- prędkość fali
v”-prędkość obserwatora