Fáze (vlna)

Fáze vlny je bezrozměrná veličina, která určuje vztah charakteristické veličiny vlny (například výchylky, akustického tlaku nebo magnetické indukce) k danému místu a času a ke stavu charakteristické veličiny vlny v časovém a prostorovém počátku.

Závislost charakteristické veličiny na fázi určuje "tvar" vlny bez ohledu na její šíření. Fáze je parametrem, na kterém závisí časový průběh charakteristické veličiny v pevně daném místě, kterým vlna prochází, resp. prostorové pole charakteristické veličiny pro pevný časový okamžik.

O fázi se hovoří nejen v případě vlnění, ale i při kmitání, kde má tato veličina podobný význam, ale bez prostorové závislosti.

Příklady

Jako příklad neharmonické vlny lze uvést např. rázovou vlnu. U ní můžeme hovořit o fázi náběhu, ve které se prudce zvyšuje hodnota charakteristické veličiny (např. tlaku u tlakové vlny), o fázi doznívání (přesněji řečeno v obou případech jde o intervaly hodnot fáze jako veličiny) nebo o fázi maxima. Tyto fáze přicházejí do různých míst prostoru v různých časech.

Při postupném rovinném harmonickém vlnění lze vlnu zapsat ve tvaru

$A(\mathbf{r},t) = A\sin(\omega t - \mathbf{k}\cdot\mathbf{r} + \varphi_0)$,

kde $\omega \,$ je úhlová frekvence, $t \,$ je čas, $\mathbf{r}$ je polohový vektor bodu prostoru, $\mathbf{k}$ je vlnový vektor, $A \,$ je amplituda charakteristické veličiny vlnění a $\varphi_0$ je tzv. počáteční fáze (nebo také fázová konstanta).

Fází vlny je v tomto případě celá veličina $\varphi(\mathbf{r},t) = (\omega t - \mathbf{k}\cdot\mathbf{r} + \varphi_0)$. Počáteční fáze určuje odchylku od rovnovážného stavu v čase $t=0$ a bodě $\mathbf{r}=\mathbf{0}$. Pomocí fáze $\varphi$ lze tedy harmonické vlnění vyjádřit jako

$A(\mathbf{r},t) = A\sin[\varphi(\mathbf{r},t)]$

Fáze je tedy parametr závislosti charakteristické veličiny, kterou je určen sinusový "tvar" vlny.

Obdobně lze harmonické kmitání vyjádřit jako

$A(t) = A\sin(\omega t + \varphi_0)$,

kde $\varphi = (\omega t + \varphi_0)$ je fáze kmitu, $\omega \,$ je úhlová frekvence a $\varphi_0$ je počáteční fáze.

Fázový rozdíl

Pokud máme dvě vlnění s fázemi $\varphi_1$ a $\varphi_2$, pak veličina

$\Delta\varphi = \varphi_1 - \varphi_2$

se nazývá fázový rozdíl (nebo také fázový posun).

S fázovým posunem se lze setkat při skládání nebo porovnávání vlnění (nebo také při skládání kmitání).

Související články

• Vlnění
• Kmitání