Fysiikan harrastajille erilaiset aallot ja niiden ominaisuudet voivat olla kristallinkirkkaita, mutta muille mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltojen välinen ero ei ehkä ole niin helppo ymmärtää. Nämä kaksi aaltotyyppiä vaihtelevat kuitenkin useilla tavoilla, vaikka molemmat levittävät energiaa ympärillämme.
Mekaaninen aalto vs sähkömagneettinen aalto
Ero mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltojen välillä on se, että mekaaniset aallot eivät voi kulkea ilman väliainetta, kun taas sähkömagneettiset aallot voivat kulkea tyhjiön läpi minkä tahansa väliaineen avulla.
Toinen selvä ero näiden kahden välillä on se, että mekaanisten aaltojen kulkema etäisyys riippuu sen käyttämän väliaineen elastisuudesta, kun taas sähkömagneettisen aallon ominaisuudet riippuvat vaikuttavista magneetti- ja sähkökentistä.
Nämä kaksi aaltotyyppiä vaihtelevat myös nopeudeltaan. Mekaaninen aalto kulkee paljon hitaammin kuin sähköaalto, joka kulkee yhtä nopeasti kuin valo. Esimerkki mekaanisesta aallosta on ääniaalto, kun taas mikroaalto ja radioaalto ovat esimerkkejä sähkömagneettisista aalloista.
Mekaanisen aallon ja sähkömagneettisen aallon vertailutaulukko (taulukkomuodossa)
| Vertailuparametri | Mekaaniset aallot | Elektromagneettiset aallot |
|---|---|---|
| Keskikokoinen | Ei voi matkustaa ilman mediaa | Voi matkustaa ilman väliainetta |
| Vaikuttavat tekijät | Elastisuus ja inertia | magneetti- ja sähkökentät |
| Nopeus | Kulkee väliaineen nopeudella | Kulkee valon nopeudella |
| Tyypit | Poikittais- ja pituussuuntainen | Vain poikittaissuuntainen |
| Esimerkkejä | Ääniaallot, pinta-aallot | Mikroaallot, radioaallot jne. |
Mikä on mekaaninen aalto?
Määritelmien mukaan mekaaniset aallot ovat aaltoja, jotka ovat seurausta värähtelevästä aineesta ja niiden liike kuljettaa aaltoa eteenpäin. Tämä tarkoittaa myös sitä, että mekaaniset aallot vaativat aina väliaineen kulkeakseen eivätkä voi kulkea tyhjiössä.
Siksi mekaaninen aalto voi sisältää nopeuden, joka on rajoitettu väliaineen nopeuteen ja voi liikkua vain siihen suuntaan, johon väliaine kuljettaa sitä. Tällainen aalto vaatii myös alkumäärän energiaa liikkeen käynnistämiseksi.
Mekaaninen aalto voi olla kolmen tyyppistä: pitkittäis-, poikittais- ja pinta-aalto. Pitkittäinen aalto muodostuu, kun väliaineen hiukkaset värähtelevät yhdensuuntaisesti aallon suunnan kanssa.
Poikittaisaalto muodostuu, kun aallon hiukkaset värähtelevät kohtisuorassa liikesuuntaan nähden, kun taas pinta-aalto muodostuu, kun aallot liikkuvat kahden väliaineen rajapinnassa. Esimerkki pinta-aallosta on aaltoilu vesistössä.
Mikä on sähkömagneettinen aalto?
Sähkömagneettiset aallot ovat seurausta kiihtyvistä sähköisesti varautuneista hiukkasista, jotka vaikuttavat muihin hiukkasiin ympärillään. Sähkömagneettisessa kentässä hiukkaset eivät värähtele, vaan fotonit itse etenevät ja muodostavat aallon. Sähkömagneettiset kentät perustuvat Maxwellin neljään lakiin.
Sähkömagneettinen kenttä on seurausta muuttuvista sähkö- ja magneettikentistä, joiden suunta on 90 astetta toisiinsa nähden. Näiden kenttien suunnat ovat myös kohtisuorassa energian ja aallon etenemissuuntaan nähden.
Koska sähkömagneettinen säteily ei koostu hiukkasista ja vain värähtelevistä sähkö- ja magneettikentistä, ne eivät tarvitse väliainetta leviäkseen. Ne voivat siten kulkea tyhjiön läpi. Sähkömagneettisen aallon nopeus on yhtä nopea kuin valon nopeus. Sähkömagneettisia aaltoja säätelevät kvanttielektrodynamiikan lait.
Toisin sanoen sähkömagneettiset aallot koostuvat fotoneista, jotka ovat varautumattomia hiukkasia, jotka voivat kulkea valon nopeudella. Nämä aallot levittävät energiaa, liikemäärää ja kulmamomenttia pois lähteestä.
Kun nämä fotonit siirtyvät pois alkuperäisestä lähteestään, se ei enää vaadi jatkuvaa energian syöttöä pitääkseen sen liikkeessä ja luo siten niin sanotun kaukokentän. Aallon alun perin luonutta kantavarausta ympäröivää kenttää kutsutaan lähikenttään.
Tärkeimmät erot mekaanisen aallon ja sähkömagneettisen aallon välillä
Johtopäätös
Sekä mekaaniset että sähkömagneettiset aallot ovat lähde, joka levittää energiaa paikasta toiseen. Fysiikan erityyppisten aaltojen joukossa nämä kaksi ovat yleisimmin löydettyjä ja niistä keskusteltuja.
Suurin ero mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltojen välillä on se, että mekaaniset aallot eivät voi kulkea ilman väliainetta ja ne voivat sisältää nopeuden, joka on rajoitettu väliaineen nopeuteen, kun taas sähkömagneettiset aallot voivat kulkea tyhjiön läpi minkä tahansa väliaineen avulla ja voivat kulkea nopeudella valosta.
Mekaaniset aallot ovat aaltoja, jotka ovat seurausta värähtelevästä aineesta, ja tällainen aalto vaatii myös alkumäärän energiaa liikkeen käynnistämiseksi, kun taas sähkömagneettiset aallot ovat seurausta kiihtyvistä sähköisesti varautuneista hiukkasista, jotka vaikuttavat muihin hiukkasiin ympärillä.
Mekaaninen aalto voi olla kolmen tyyppistä, pituussuuntaista, poikittaista ja pinta-aaltoa, kun taas sähkömagneettinen aalto voi olla vain poikittaisaalto. Esimerkki mekaanisesta aallosta on aaltoilu vesistössä, kun taas sähkömagneettista aaltoa ovat mikroaallot, radioaallot ja ultraviolettisäteet.
Mekaanisten aaltojen kulkema matka riippuu sen käyttämän väliaineen elastisuudesta ja inertiasta, kun taas sähkömagneettisen aallon ominaisuudet riippuvat vaikuttavista magneetti- ja sähkökentistä. Mekaaninen aalto levittää vain energiaa hiukkasten sisällä, kun taas sähkömagneettinen kenttä levittää energiaa, liikemäärää ja kulmamomenttia.
