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