Nodus (fisika)

in Wikipedia, die vrye ensiklopedie
Jump to navigation Jump to search
'n Staande golf. Die rooi kolletjies is die golfnodusse

In die fisika is 'n nodus (of knooppunt) 'n punt in die lengte van 'n staande golf waar die golf die minimum amplitude het. Byvoorbeeld, in 'n snaarinstrument se vibrerende snaar is die punte van die snaar nodusse. Deur die posisie van die eindnodus te verander (bv. deur die gebruik van 'n kitaar se vingerboord), verander die effektiewe lengte van die vibrerende snaar en daardeur die noot wat gespeel word. Die teenoorgestelde van 'n nodus is 'n anti-nodus, 'n punt waar die amplitude van die staande golf maksimum is. Dit kom halfpad tussen die nodusse voor.

Waar die nodusse voorkom in verhouding tot die grens wat die golwe weerspieël, hang af van die eindtoestande of grenstoestande.

Verduideliking[wysig | wysig bron]

'n voorstelling van 'n staande golf op 'n dromkop

Staande golwe ontstaan ​​wanneer twee sinusvormige golftreine met dieselfde frekwensie in teenoorgestelde rigtings in dieselfde ruimte beweeg en met mekaar inmeng.[1] Dit kom voor wanneer golwe aan 'n grens weerkaats word, soos klankgolwe wat van 'n muur gereflekteer word of elektromagnetiese golwe wat van die einde van 'n transmissielyn gereflekteer word, en veral wanneer golwe in 'n resonator in resonansie beperk word en heen en weer tussen twee grense weerkaats soos in 'n orrelpyp of kitaarsnaar.

In 'n staande golf is die nodusse 'n reeks liggings met tussenposes met ewe groot afstand waar die golfamplitude (beweging) nul is. Op hierdie punte voeg die twee golwe met teenoorgestelde fase saam en kanselleer mekaar. Dit kom voor met tussenposes van 'n halwe golflengte (λ/2). Halfpad tussen elke paar nodusse is plekke waar die amplitude maksimum is en dit word die antinodusse genoem. Op hierdie punte voeg die twee golwe dieselfde fase saam en versterk dit mekaar.

In gevalle waar die twee teenoorgestelde golftreine nie dieselfde amplitude is nie, kanselleer dit nie perfek nie, dus is die amplitude van die staande golf by die nodusse nie nul nie, maar slegs 'n minimum. Dit vind plaas as die weerkaatsing by die grens onvolmaak is.

In resonansie van 'n tweedimensionele oppervlak of membraan, soos 'n dromkop of vibrerende metaalplaat, verander die node in nodale lyne, dvs. lyne op die oppervlak waar die oppervlak beweegloos is, en verdeel dit die oppervlak in aparte gebiede wat met die teenoorgestelde fase tril. Dit kan sigbaar gemaak word deur sand op die oppervlak te strooi, en die ingewikkelde patrone van lyne word Chladni-figure genoem (vernoem na Ernst Florens Friedrich Chladni 'n Duitse fisikus en musikant).

In elektriese transmissielyne is 'n elektriese spanningsnodus 'n elektriese stroomantinodus, en 'n spanningantinodus is 'n stroomnodus.

Nodusse is die punte van nul verplasing, nie die punte waar twee samestellende golwe mekaar kruis nie.

Grenstoestande[wysig | wysig bron]

Daar is twee grensvoorwaardes wat totale refleksie tot gevolg het:

  • Vaste grens wat nodusse aan beide ente het en ander nodusse met halwe golflengte-intervalle tot gevolg het: 0, λ/2, λ, 3λ/2, 2λ,.... 'n Voorbeeld is 'n kitaarsnaar
  • Vrye grens waar daar 'n antinodus aan die einde is en die volgende nodus 'n kwart golflengte weg is, wat lei tot die noduspatroon: λ/4, 3λ/4, 5λ/4, 7λ/4,..... 'n Voorbeeld is 'n orrelpyp.

In Chemie[wysig | wysig bron]

In chemie word kwantummeganiese golwe, of "orbitale", gebruik om die golfagtige eienskappe van elektrone te beskryf. Baie van hierdie kwantumgolwe het ook nodusse en antinodusse. Die aantal en posisie van hierdie nodusse en antinodusse gee aanleiding tot baie van die eienskappe van 'n atoom of kovalente binding. Atoomorbitale word volgens die aantal radiale en hoeknodusse geklassifiseer, terwyl molekulêre orbitale word volgens die bindingskarakter geklassifiseer. Molekulêre orbitale met 'n antinodus tussen atoomkerne is baie stabiel en staan ​​bekend as "bindingsorbitale" wat die binding versterk. Daarenteen sal molekulêre orbitale met 'n nodus tussen kerne nie stabiel wees nie as gevolg van elektrostatiese afstoting, en staan ​​bekend as "anti-bindingsorbitale" wat die binding verswak.

Nog so 'n kwantummeganiese konsep is die "deeltjie in 'n boks" waar die aantal nodusse van die golffunksie kan help om die kwantumenergietoestand te bepaal - nul nodusse stem ooreen met die grondtoestand, een nodus stem ooreen met die eerste opgewekte toestand, ens. "As 'n mens die eigenstate rangskik in die volgorde van toenemende energieë, ε1, ε2, ε3, ..... , val die eigenfunksies eweneens in die volgorde van toenemende aantal nodusse; die n-de eiegenfunksie het n−1 nodusse en tussen elk van die volgende eiefunksies is ten minste een nodus."[2]

Verwysings[wysig | wysig bron]

  1. Feynman, Richard P.; Robert Leighton; Matthew Sands (1963). The Feynman Lectures on Physics, Vol.1 (in Engels). USA: Addison-Wesley. pp. ch.49. ISBN 0-201-02011-4.
  2. Messiah, Albert (1966). "IV". Quantum Mechanics (Vol. I) (English translation from French by G. M. Temmer) (in Engels). North Holland: John Wiley & Sons. Aanlyn argief