Mehāniskās svārstības un viļņi.

Vēl viena viļņiem raksturīga parādība ir stāvviļņa veidošanās. Stāvvilnis veidojas, ja vilnis savā kustībā saskaras ar kādu šķērsli un atstarojas no tā. Stāvviļņa svārstības nosaka krītošā un atstarotā viļņa svārstību summa (1. att.). Stāvviļņa punktus, kuros nenotiek vides daļiņu svārstības, sauc par mezglu punktiem, savukārt tie punkti, kas svārstās ar maksimālo amplitūdu, ir blīzuma punkti (1. att.)

1.att. Stāvvilnis veidojas, summējoties krītošā un atstarotā viļņa svārstībām

DZM materiālā ir laba sīklietotne par krītošo, atstaroto un stāvvilni (spied uz DZM)

Mūzikas instrumentu spēlēšana pamatojas uz to, ka tajos veidojas stāvviļņi. Kā piemēru aplūkosim kāda mūzikas instrumenta stīgu. Stīgas garums ir L, un tā ir nostiprināta abos galos (2. att. a), līdz ar to tai ir vismaz divi mezglu punkti. Starp šiem diviem mezglu punktiem var novietoties vismaz viens blīzuma punkts (2. att. b), kurā stīgas svārstību amplitūda ir maksimālā. Šādā gadījumā stīgas stāvviļņa garums λ0 = 2L (2. att. b), jo visā stīgas garumā ietilpst viens pusviļņa garums. Šis stāvvilnis ir ar lielāko iespējamo viļņa garumu, kas šajā stīgā ir iespējams, tādēļ tās sauc par pamattoņa svārstībām. Stīgā var novietoties ne tikai viens pusviļņa garums, bet arī divi (2. att. c), trīs (2. att. d) un vairāk. Šādas svārstības sauc par pirmā virstoņa svārstībām, otrā virstoņa svārstībām utt. Stīgas skanējumu veido gan pamattoņa svārstības, gan virstoņa svārstības kopā.

2.att. Stīgā var veidoties stāvviļņi ar dažādu viļņu garumu

Ja pamattoni un virstoņus apskata frekvenču skalā (3. att.), tad pamattonis ir tonis ar viszemāko frekvenci, ko rada akustiskā sistēma. Tālāk frekvenču skalā atrodami dažādas kārtas virstoņi, turklāt attālums frekvenču skalā starp dažādiem virstoņiem ir viens un tas pats, tas nozīmē, ka stīgas blakus esošo virstoņu frekvences atšķiras par vienu un to pašu lielumu.

3.att. Pamattoņa un virstoņu attēlojums frekvenču skalā

Pūšamajos instrumentos (4. att. a) nav stīgas, kas varētu svārstīties. Šajos mūzikas instrumentos tiek ierosināti plūstošā gaisa stāvviļņi, kam viļņu garums, līdzīgi kā stīgām, ir atkarīgs no caurules garuma, kuram cauri gaiss plūst (4. att. b). Arī šajā gadījumā pamattoņa svārstības atbilst viļņa garumam 2L, kur L ir caurules garums, bet katram nākamajam virstonim nāk klāt viens pusviļņa garums.

4.att. Pūšamajos instrumentos veidojas gaisa stāvviļņi 

Stīga ir nostiprināta abos galos, tomēr Ādams izdomā to nostiprināt arī pa vidu. Kādus toņus tagad varēs ierosināt stīgā?

Tikai pamattoni
Katru otro toni, ieskaitot pamattoni
Katru otro toni, neieskaitot pamattoni
Katru ceturto toni