Pytanie, które jest często zadawane to, czy fala może rozchodzić się w próżni? Istnieje wiele teorii na ten temat, ale wszystko sprowadza się do tego, co dzieje się, gdy umieścisz falę w próżni. Jeśli umieścisz wystarczająco dużą ilość energii w próżni, możesz stworzyć wystarczająco potężną siłę, aby przepchnąć przez nią falę. Fala będzie podróżować, ale nie będzie mogła pozostać w próżni.
Fale o małej długości rozchodzą się z prędkością zbliżoną do prędkości fali płaskiej c
W próżni fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła, która wynosi 3,0 x 108 m/s. Przemieszczają się we wszystkich kierunkach i są wykorzystywane do przesyłania informacji i energii. Mają szereg prędkości, w tym fazę, grupę, amplitudę i energię. Ważne jest, aby wiedzieć, jak na te różne prędkości wpływa dyfrakcja i odległość propagacji.
Prędkość wiązki światła jest kombinacją prędkości grupowej i fazowej. Zależy ona od parametrów początkowych impulsu. Średnia prędkość wiązki wynosi c i zmienia się z długością fali. Można ją oszacować na podstawie czasu dotarcia do danego punktu przekroju poprzecznego. Można go obliczyć dla impulsu lub całej wiązki.
Jeśli wiązka ma strukturę przestrzenną, to prędkość on-axis maleje wraz ze zmniejszeniem szerokości wiązki. W niektórych regionach prędkość on-axis jest bliska wartości c. Jest to tzw. zachowanie superluminalne. Występuje ono, gdy część on-axis wiązki zbliża się do prędkości światła w krótkim czasie.
Długie fale ulegają opóźnieniu
Wiązka światła o krótkiej długości fali podróżuje blisko prędkości światła w próżni. Jednak wiązka o długiej fali doświadcza opóźnienia czasowego. Długość opóźnienia zależy od rodzaju materiału, przez który podróżuje. Efekt ten nazywany jest propagacją nieparaksjalną.
Istnienie zjawisk superluminalnych przypisuje się prędkościom fazowym modów. Prędkości fazowe tych modów przekraczają prędkość światła. Efekt superluminalny można obserwować w bliskim sąsiedztwie źródła.
Prędkość wiązki jest funkcją materiału, przez który się przemieszcza, gęstości optycznej ośrodka i orbitalnego pędu wiązki. Różnica w prędkości światła dla wiązek impulsowych jest rzędu 10-5-10-6 c. W określeniu prędkości propagacji wiązki istotna jest również jej poprzeczna struktura przestrzenna.
Pakiet falowy to fantazyjna nazwa pakietu energii przenoszonej przez falę elektromagnetyczną. O jego kształcie decyduje dyfrakcja fali oraz niestacjonarne efekty interferencji. Fale można nakładać na siebie bez ograniczeń, choć ich siła ulega zmniejszeniu w wyniku interferencji.
Mechanizm transportu energii przez ośrodek
Wyróżnia się trzy główne sposoby transportu energii przez ośrodek. Są to: kinetyczny, radiacyjny i przewodzenie. Pierwszy z nich jest łatwy do zrozumienia, natomiast pozostałe są mniej zrozumiałe.
Energia kinetyczna jest łatwo obserwowalna. Kiedy uderzasz kijem piłkę golfową, przekazujesz energię kinetyczną z jednego punktu do drugiego. Gdybyś pracował nad cewką, przekazałbyś energię kinetyczną do medium.
Energia jest również przekazywana przez fale. Fala o wysokiej energii ma dużą amplitudę. Fala o niskiej energii ma małą amplitudę. Amplituda fali jest związana z wielkością przemieszczenia z pozycji spoczynkowej. Zależność ta jest czasami wyrażana jako „energia podniesiona do kwadratu”.
Ilość energii cieplnej, która może być transportowana przez płyn, nie określa mechanizmu. Jeśli próbujesz przewodzić ciepło z ciepłej powierzchni do zimnej szklanki, powinieneś użyć raczej metalowej łyżki niż drewnianej. Metal jest wydajnym przewodnikiem. Natomiast izolatory są słabymi przewodnikami.
Najwyższa fala oceaniczna, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, miała 1 720 stóp wysokości
Gdy najwyższa fala oceaniczna, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, uderzyła w zatokę Lituya na Alasce w 1958 roku, była to siła, która zniszczyła wszystko na swojej drodze. Szacuje się, że całkowita ilość skał, które wpadły do morza, wyniosła około 30 milionów metrów sześciennych.
Uważa się, że ogromne osuwisko wpadło do zatoki Lituya i wywołało potężne tsunami. Była to największa fala, jaka kiedykolwiek uderzyła w Ziemię. Fala była tak potężna, że przewróciła kamerzystę, który filmował. Następnie wyrwała miliony drzew z korzeniami i zepchnęła z drogi łódź rybacką.
Gdy tsunami z 1958 roku uderzyło w zatokę Lituya, przetoczyło się przez brzegi zarówno La Chaussee Spit, jak i Harbor Point. Spowodowało uszkodzenia Ballady Aleuckiej, ale nikogo nie zabiło.
Ta fala tsunami była tak potężna, że wysadziła z wody trzecią łódź. Wyrwało też całą roślinność wzdłuż brzegów Lituya Bay i było odpowiedzialne za wyrównanie wielu drzew.