1
00:00:01,024 --> 00:00:03,300
Kiedy podczas meczu piłki nożnej

2
00:00:03,300 --> 00:00:05,151
emocje kipią na trybunach

3
00:00:05,151 --> 00:00:07,572
często przyjmują one postać fali

4
00:00:07,572 --> 00:00:09,984
która może okrążyć cały stadion.

5
00:00:10,752 --> 00:00:13,265
Pierwszy raz taki doping zafundowała

6
00:00:13,265 --> 00:00:15,881
publiczność podczas Mistrzostw Świata

7
00:00:15,881 --> 00:00:20,736
w Piłce Nożnej w Meksyku w 1986 roku.

8
00:00:21,248 --> 00:00:24,064
Ale rekord w długości trwania takiej fali

9
00:00:24,320 --> 00:00:26,880
padł nie podczas meczu piłkarskiego

10
00:00:27,136 --> 00:00:28,672
a podczas koncertu.

11
00:00:29,184 --> 00:00:31,457
Najdłuższa meksykańska fala

12
00:00:31,457 --> 00:00:34,012
17 minut i 14 sekund

13
00:00:34,012 --> 00:00:35,946
falowała na koncercie

14
00:00:35,946 --> 00:00:38,156
zespołu Tube i ich fanów

15
00:00:38,156 --> 00:00:39,939
na stadionie Hanshin Koshien

16
00:00:39,939 --> 00:00:42,544
w Nishinomiya w Japonii

17
00:00:42,544 --> 00:00:45,824
23 września 2015 roku.

18
00:00:46,336 --> 00:00:49,920
W koncercie wzięło udział 2115 osób.

19
00:01:01,696 --> 00:01:03,573
Meksykańska fala pomoże nam

20
00:01:03,573 --> 00:01:05,732
w zrozumieniu fizycznych zagadnień

21
00:01:05,732 --> 00:01:07,328
dotyczących właśnie fal.

22
00:01:08,096 --> 00:01:10,479
Ruch każdego pojedynczego kibica

23
00:01:10,479 --> 00:01:12,463
podczas takiego dopingu

24
00:01:12,463 --> 00:01:13,844
to ruch drgający

25
00:01:13,844 --> 00:01:16,288
podobny do ruchu ciężarka na sprężynie.

26
00:01:16,800 --> 00:01:19,776
Ma on swoją amplitudę, okres trwania

27
00:01:19,776 --> 00:01:21,276
i częstotliwość.

28
00:01:21,664 --> 00:01:24,989
Złożenie ruchu drgającego wielu kibiców

29
00:01:24,989 --> 00:01:27,655
w którym każdy kolejny zaczyna swój cykl

30
00:01:27,655 --> 00:01:30,007
o chwilę później niż poprzedni

31
00:01:30,007 --> 00:01:31,489
tworzy na stadionie

32
00:01:31,489 --> 00:01:33,440
efekt meksykańskiej fali.

33
00:01:34,208 --> 00:01:36,512
Zwróć uwagę na jeszcze jedną rzecz.

34
00:01:36,768 --> 00:01:38,036
Choć żaden z kibiców

35
00:01:38,036 --> 00:01:40,220
nie opuszcza swojego miejsca

36
00:01:40,220 --> 00:01:42,524
to fala i jej pozytywna energia

37
00:01:42,524 --> 00:01:43,936
przemieszczają się.

38
00:01:46,752 --> 00:01:49,312
Podobny do kibiców na stadionie ruch

39
00:01:49,568 --> 00:01:51,787
wykonują cząsteczki na powierzchni

40
00:01:51,787 --> 00:01:53,152
falującej wody.

41
00:01:53,920 --> 00:01:56,736
Nie jest on jednak spowodowany emocjami

42
00:01:56,992 --> 00:01:58,191
a na przykład tym

43
00:01:58,191 --> 00:02:00,620
że z kranu kapie ona do miski.

44
00:02:00,832 --> 00:02:02,624
Przyjrzyjmy mu się bliżej.

45
00:02:03,136 --> 00:02:05,184
Woda unosi się i opada.

46
00:02:05,696 --> 00:02:08,412
Możemy więc zmierzyć odległość od grzbietu

47
00:02:08,412 --> 00:02:11,565
takiej fali do jej najniższego punktu

48
00:02:11,565 --> 00:02:12,608
czyli dołka.

49
00:02:13,120 --> 00:02:15,936
Wartość ta to w naszym przypadku

50
00:02:15,936 --> 00:02:17,216
0,5 centymetra.

51
00:02:17,984 --> 00:02:19,942
Jednak pamiętajmy, że amplituda

52
00:02:19,942 --> 00:02:22,848
to odchylenie od położenia równowagi.

53
00:02:23,872 --> 00:02:25,950
W przypadku wody położenie równowagi

54
00:02:25,950 --> 00:02:28,224
to stan, w którym ona nie faluje.

55
00:02:28,480 --> 00:02:30,784
Jej lustro jest gładkie jak stół.

56
00:02:31,296 --> 00:02:33,391
Amplituda naszej fali to więc

57
00:02:33,391 --> 00:02:35,648
0,25 centymetra.

58
00:02:36,928 --> 00:02:39,488
Zmierzmy teraz czas pełnego drgania

59
00:02:39,488 --> 00:02:42,048
jakiegoś punktu na powierzchni wody.

60
00:02:42,560 --> 00:02:44,903
Pomoże nam w tym wykres zależności

61
00:02:44,903 --> 00:02:46,144
położenia od czasu.

62
00:02:46,912 --> 00:02:49,883
Przygotowujemy nasz stoper i mierzymy czas

63
00:02:49,883 --> 00:02:52,288
między dwoma najniższymi położeniami.

64
00:02:53,056 --> 00:02:54,987
Czas trwania pełnego drgania

65
00:02:54,987 --> 00:02:56,694
to około 1,5 sekundy

66
00:02:56,694 --> 00:02:59,456
czyli taki jest okres naszej fali.

67
00:03:00,480 --> 00:03:02,528
A jaka jest jej częstotliwość?

68
00:03:03,552 --> 00:03:06,315
Częstotliwość fali obliczamy tak samo

69
00:03:06,315 --> 00:03:08,928
jak częstotliwość w ruchu drgającym.

70
00:03:09,184 --> 00:03:11,488
F równa się 1 przez T

71
00:03:12,256 --> 00:03:18,144
Czyli 1 przez 1,5, czyli 0,67 herca

72
00:03:18,400 --> 00:03:20,749
co oznacza, że w ciągu sekundy

73
00:03:20,749 --> 00:03:23,641
nasza cząsteczka na powierzchni wody

74
00:03:23,641 --> 00:03:26,592
wykonuje 0,67 setnych drgania.

75
00:03:27,872 --> 00:03:29,841
Te parametry znasz już z lekcji

76
00:03:29,841 --> 00:03:31,200
o ruchu drgającym.

77
00:03:31,712 --> 00:03:34,528
Teraz powiem Ci o dwóch innych wartościach

78
00:03:34,784 --> 00:03:36,576
stosowanych do opisu fal.

79
00:03:37,344 --> 00:03:39,648
To długość fali i jej prędkość.

80
00:03:40,416 --> 00:03:42,650
Długość fali to po prostu długość

81
00:03:42,650 --> 00:03:45,500
którą możemy zmierzyć zwykłą linijką

82
00:03:45,500 --> 00:03:48,500
jeśli fala jest wystarczająco długa.

83
00:03:48,864 --> 00:03:51,506
Możemy to zrobić przykładając naszą miarkę

84
00:03:51,506 --> 00:03:53,906
i mierząc odległość dwóch sąsiednich

85
00:03:53,906 --> 00:03:57,059
najniższych albo najwyższych położeń

86
00:03:57,059 --> 00:03:59,616
punktów na powierzchni wody.

87
00:03:59,872 --> 00:04:02,142
Czyli na przykład mierząc odległość

88
00:04:02,142 --> 00:04:03,968
od szczytu do szczytu fali.

89
00:04:04,480 --> 00:04:08,576
Nasza fala ma około 2,7 centymetra.

90
00:04:10,112 --> 00:04:12,048
Długość fali na stadionie

91
00:04:12,048 --> 00:04:14,837
ma zwykle od 6 do 12 metrów

92
00:04:14,837 --> 00:04:17,420
czyli 10 do 20 krzesełek.

93
00:04:18,303 --> 00:04:19,583
A co z prędkością?

94
00:04:20,351 --> 00:04:23,041
Możemy ją obliczyć obserwując ruch

95
00:04:23,041 --> 00:04:24,703
jednego ze szczytów fali.

96
00:04:25,471 --> 00:04:26,751
Co mamy obserwować?

97
00:04:27,263 --> 00:04:29,567
Drogę jaką przebywa ten szczyt

98
00:04:29,823 --> 00:04:32,127
w jakimś mierzonym przez nas czasie.

99
00:04:32,895 --> 00:04:35,199
W pewnym momencie włączamy stoper

100
00:04:35,455 --> 00:04:37,137
i wyłączamy go, gdy szczyt

101
00:04:37,137 --> 00:04:38,252
przebędzie drogę

102
00:04:38,252 --> 00:04:40,413
na przykład trzech centymetrów.

103
00:04:41,087 --> 00:04:43,261
Szczyt fali pokonał nasz dystans

104
00:04:43,261 --> 00:04:46,207
w 1,76 sekundy.

105
00:04:46,719 --> 00:04:48,336
Ponieważ szczyt fali porusza się

106
00:04:48,336 --> 00:04:49,883
ruchem jednostajnym

107
00:04:49,883 --> 00:04:51,674
a prędkość w tym ruchu

108
00:04:51,674 --> 00:04:52,843
obliczamy ze wzoru:

109
00:04:52,843 --> 00:04:55,211
v równa się s przez t

110
00:04:55,679 --> 00:04:58,177
Prędkość fali to 3 centymetry

111
00:04:58,177 --> 00:05:01,224
przez 1,76 sekundy

112
00:05:01,224 --> 00:05:05,963
czyli 1,7 centymetra na sekundę.

113
00:05:08,991 --> 00:05:09,759
Pamiętaj!

114
00:05:10,015 --> 00:05:12,200
Fala na stadionie porusza się

115
00:05:12,200 --> 00:05:14,256
choć żaden kibic nie opuszcza

116
00:05:14,256 --> 00:05:15,391
swojego miejsca.

117
00:05:15,903 --> 00:05:18,463
Fala na wodzie przemieszcza się w prawo

118
00:05:18,719 --> 00:05:21,755
ale gdy umieścimy łódkę na jej powierzchni

119
00:05:21,755 --> 00:05:23,668
to będzie ona poruszać się tylko

120
00:05:23,668 --> 00:05:24,675
w górę i w dół

121
00:05:24,675 --> 00:05:27,567
natomiast nigdzie sobie nie odpłynie.

122
00:05:27,679 --> 00:05:30,883
Zobacz, łódka porusza się w górę i w dół

123
00:05:30,883 --> 00:05:33,567
ale fala porusza się w kierunku poziomym.

124
00:05:34,079 --> 00:05:36,726
Z tego wynika, że łódka porusza się

125
00:05:36,726 --> 00:05:38,175
w poprzek drogi fali.

126
00:05:38,943 --> 00:05:41,247
Takie fale nazywamy poprzecznymi.

127
00:05:41,759 --> 00:05:44,063
Ale nie wszystkie fale są poprzeczne.

128
00:05:45,087 --> 00:05:46,163
Weźmy tłum ludzi

129
00:05:46,163 --> 00:05:48,835
czekających przed wejściem na koncert.

130
00:05:49,183 --> 00:05:51,743
Jeśli w tym tłumie ktoś się przewróci

131
00:05:51,999 --> 00:05:54,303
lub mocno popchnie osoby przed sobą

132
00:05:54,815 --> 00:05:56,668
to one wpadną na kolejne

133
00:05:56,668 --> 00:05:58,399
a te jeszcze na kolejne.

134
00:05:58,911 --> 00:06:01,154
Choć każda z tych osób już po chwili

135
00:06:01,154 --> 00:06:02,566
odzyska równowagę

136
00:06:02,566 --> 00:06:04,182
czyli wróci do swojego

137
00:06:04,182 --> 00:06:05,827
wyjściowego położenia

138
00:06:05,827 --> 00:06:07,231
to jednak zakłócenie

139
00:06:07,231 --> 00:06:09,407
przejdzie falą przez cały tłum.

140
00:06:10,175 --> 00:06:12,007
W miejscu przejścia fali

141
00:06:12,007 --> 00:06:14,658
ludzie zbijają się ze sobą bardziej

142
00:06:14,658 --> 00:06:16,319
bo wpadają na siebie.

143
00:06:16,575 --> 00:06:19,391
A tuż za falą powstanie luźniejszy obszar

144
00:06:19,647 --> 00:06:21,482
bo stojący tu wcześniej ludzie

145
00:06:21,482 --> 00:06:23,999
są w tym momencie wytrąceni z równowagi

146
00:06:24,255 --> 00:06:26,543
i prawie leżą na plecach sąsiadów.

147
00:06:27,071 --> 00:06:30,399
Zauważ, że fala rozejdzie się w tłumie

148
00:06:30,655 --> 00:06:32,905
ale ruch ludzi po popchnięciu

149
00:06:32,905 --> 00:06:35,367
czyli ich wahanie w przód i w tył

150
00:06:35,367 --> 00:06:37,125
będzie miał kierunek zgodny

151
00:06:37,125 --> 00:06:39,539
z kierunkiem rozchodzenia się fali.

152
00:06:40,383 --> 00:06:42,241
W podobny sposób rozchodzą się

153
00:06:42,241 --> 00:06:43,455
fale dźwiękowe.

154
00:06:43,967 --> 00:06:46,251
Kiedy membrana głośnika drgnie

155
00:06:46,251 --> 00:06:47,042
popycha ona

156
00:06:47,042 --> 00:06:49,343
cząsteczki powietrza przed sobą.

157
00:06:49,855 --> 00:06:51,778
Odbijają się one od siebie

158
00:06:51,778 --> 00:06:53,183
popychając następne.

159
00:06:53,695 --> 00:06:55,901
W wyniku tego powstaje fala

160
00:06:55,901 --> 00:06:57,535
podobna do tej w tłumie.

161
00:06:58,303 --> 00:07:00,997
Jeśli membrana będzie drgać cały czas

162
00:07:01,033 --> 00:07:03,167
to zobaczymy, że powstaną fale

163
00:07:03,423 --> 00:07:06,239
inne jednak, niż te na powierzchni wody

164
00:07:06,495 --> 00:07:08,799
czy w meksykańskiej fali na stadionie.

165
00:07:09,823 --> 00:07:10,977
Tu fala składa się

166
00:07:10,977 --> 00:07:13,046
z naprzemiennych obszarów

167
00:07:13,046 --> 00:07:15,711
o mniejszym i większym zagęszczeniu

168
00:07:16,479 --> 00:07:18,783
Spójrz na ruch pojedynczej cząsteczki.

169
00:07:19,295 --> 00:07:20,942
Porusza się ona tak

170
00:07:20,942 --> 00:07:22,913
a fala rozchodzi się tak.

171
00:07:23,391 --> 00:07:25,599
Cząsteczka porusza się więc zgodnie

172
00:07:25,599 --> 00:07:27,743
z kierunkiem rozchodzenia się fali

173
00:07:27,999 --> 00:07:30,559
czyli wzdłuż drogi, jaką ona pokonuje.

174
00:07:31,327 --> 00:07:33,375
Taką falę nazywamy podłużną.

175
00:07:34,399 --> 00:07:36,384
Zastanów się, jakim typem fali

176
00:07:36,384 --> 00:07:38,449
jest fala na stadionie?

177
00:07:41,311 --> 00:07:44,383
Tak, fala na stadionie to fala poprzeczna.

178
00:07:45,663 --> 00:07:47,131
A jaka fala powstanie

179
00:07:47,131 --> 00:07:50,015
kiedy uderzymy w koniec długiej sprężyny?

180
00:07:55,903 --> 00:07:57,866
Tak, w tym przypadku powstanie

181
00:07:57,866 --> 00:07:58,975
fala podłużna.

182
00:08:03,071 --> 00:08:05,887
Wiemy już, że fala nie przenosi materii.

183
00:08:06,399 --> 00:08:08,191
Przenosi jednak energię.

184
00:08:08,703 --> 00:08:10,937
Kiedy wywołamy falę, na przykład

185
00:08:10,937 --> 00:08:13,076
wrzucając kamień do wody

186
00:08:13,076 --> 00:08:14,452
rozchodzi się ona

187
00:08:14,452 --> 00:08:16,557
bo kolejne cząsteczki wody

188
00:08:16,557 --> 00:08:20,150
są wprawiane w ruch, a ruch jak wiemy

189
00:08:20,150 --> 00:08:22,527
wiąże się z energią kinetyczną.

190
00:08:23,295 --> 00:08:26,646
Cząsteczki wody podnoszą się też i opadają

191
00:08:26,646 --> 00:08:28,796
co z kolei wiąże się ze zmianami

192
00:08:28,796 --> 00:08:30,417
energii potencjalnej.

193
00:08:30,975 --> 00:08:33,535
O zmianach energii w ruchu drgającym

194
00:08:33,791 --> 00:08:35,583
powiemy sobie w innym filmie.

195
00:08:36,095 --> 00:08:38,757
Tu jednak możemy bez cienia wątpliwości

196
00:08:38,757 --> 00:08:41,102
powiedzieć, że ruch ten wiąże się

197
00:08:41,102 --> 00:08:44,256
z energią i że ta energia rozchodzi się

198
00:08:44,256 --> 00:08:46,079
za pośrednictwem fal.

199
00:08:49,663 --> 00:08:52,223
Fale mogą przybierać różne kształty

200
00:08:52,479 --> 00:08:54,043
w zależności od ośrodka

201
00:08:54,043 --> 00:08:55,881
w jakim się rozchodzą.

202
00:08:56,575 --> 00:08:58,692
Fale na wodzie zwykle rozchodzą się

203
00:08:58,692 --> 00:08:59,903
tworząc okręgi.

204
00:09:00,415 --> 00:09:02,940
Ale gdybyśmy do wytworzenia takiej fali

205
00:09:02,940 --> 00:09:05,535
użyli długiego prostego przedmiotu

206
00:09:05,791 --> 00:09:07,176
na przykład linijki

207
00:09:07,176 --> 00:09:08,730
to grzbiet takiej fali

208
00:09:08,730 --> 00:09:10,143
będzie linią prostą.

209
00:09:10,911 --> 00:09:12,320
Jeśli fala rozchodzi się

210
00:09:12,320 --> 00:09:14,224
w trójwymiarowym ośrodku

211
00:09:14,224 --> 00:09:16,287
tak, jak dźwięk w powietrzu

212
00:09:16,543 --> 00:09:18,893
to nie ogranicza się do płaszczyzny

213
00:09:18,893 --> 00:09:20,639
a rozchodzi się sferycznie.

214
00:09:21,151 --> 00:09:23,455
Takie fale nazywamy kulistymi.

215
00:09:23,967 --> 00:09:27,807
Co ciekawe, woda także jest ośrodkiem 3D.

216
00:09:28,063 --> 00:09:29,525
I choć na lekcjach fizyki

217
00:09:29,525 --> 00:09:31,618
w szkole podstawowej mówi się

218
00:09:31,618 --> 00:09:34,192
właściwie tylko o falach poprzecznych

219
00:09:34,192 --> 00:09:36,487
powstałych na jej powierzchni

220
00:09:36,487 --> 00:09:39,153
to fale podłużne, takie jak dźwięk

221
00:09:39,153 --> 00:09:42,137
roznoszą się w całej objętości wody.

222
00:09:43,167 --> 00:09:45,471
Omówione przez nas dotychczas fale

223
00:09:45,727 --> 00:09:48,450
to po prostu rozchodzące się zaburzenia

224
00:09:48,450 --> 00:09:50,335
lub zniekształcenia ośrodka.

225
00:09:50,847 --> 00:09:53,407
Takie fale nazywamy mechanicznymi.

226
00:09:53,919 --> 00:09:55,967
Pewnie zapytasz czy są inne?

227
00:09:56,735 --> 00:09:57,467
Tak.

228
00:09:57,503 --> 00:09:59,820
Są fale, którym do rozchodzenia się

229
00:09:59,820 --> 00:10:02,111
nie jest potrzebny żaden ośrodek.

230
00:10:02,623 --> 00:10:04,671
To fale elektromagnetyczne.

231
00:10:05,183 --> 00:10:08,255
Mogą się one rozchodzić nawet w próżni.

232
00:10:08,511 --> 00:10:11,071
Ale o nich mamy oddzielny film.

233
00:10:12,095 --> 00:10:13,887
Teraz zadanie dla Ciebie.

234
00:10:14,655 --> 00:10:18,099
Spójrz na rysunek fali i odczytaj z niego

235
00:10:18,099 --> 00:10:20,031
amplitudę i długość fali.

236
00:10:23,103 --> 00:10:23,935
Już?

237
00:10:25,663 --> 00:10:27,371
To teraz oblicz prędkość

238
00:10:27,371 --> 00:10:29,789
jej rozchodzenia się jeśli wiesz

239
00:10:29,789 --> 00:10:31,451
że szczyt fali pokonał

240
00:10:31,451 --> 00:10:33,632
odległość pięciu centymetrów

241
00:10:33,632 --> 00:10:35,717
w czasie dwóch i pół sekundy.

242
00:10:38,719 --> 00:10:41,586
Ja otrzymałam prędkość dwóch centymetrów

243
00:10:41,586 --> 00:10:42,303
na sekundę.

244
00:10:42,559 --> 00:10:44,176
Jeśli wyszło Ci tak samo

245
00:10:44,176 --> 00:10:45,119
to gratulacje.

246
00:10:49,215 --> 00:10:52,140
Falą mechaniczną nazywamy rozchodzące się

247
00:10:52,140 --> 00:10:54,881
zaburzenie ośrodka, na przykład wody

248
00:10:54,881 --> 00:10:55,871
lub powietrza.

249
00:10:56,639 --> 00:10:57,913
Fale mogą rozchodzić się

250
00:10:57,913 --> 00:10:59,505
na duże odległości

251
00:10:59,505 --> 00:11:01,115
nie przenoszą materii

252
00:11:01,115 --> 00:11:03,039
ale przenoszą energię.

253
00:11:03,807 --> 00:11:06,884
Każda fala ma długość, okres

254
00:11:06,884 --> 00:11:10,207
częstotliwość, amplitudę i prędkość.

255
00:11:10,719 --> 00:11:12,745
Ze względu na kierunek drgań

256
00:11:12,745 --> 00:11:14,240
cząsteczek ośrodka

257
00:11:14,240 --> 00:11:17,375
fale dzielimy na podłużne i poprzeczne.

258
00:11:20,703 --> 00:11:23,007
Wiesz już jak rozchodzą się fale.

259
00:11:23,519 --> 00:11:24,661
A żeby wiedza ta

260
00:11:24,661 --> 00:11:27,072
także mogła się rozejść jak fale

261
00:11:27,072 --> 00:11:29,407
koniecznie udostępnij nasz film.

262
00:11:30,175 --> 00:11:31,455
I do usłyszenia.