Faza fali – faza drgań punktu ośrodka, w którym rozchodzi się fala. Faza określa, w której części okresu fali znajduje się punkt fali.
Faza w fali harmonicznej
[edytuj | edytuj kod]Dla fali harmonicznej faza jest wyrażona w radianach. Jednowymiarowa fala harmoniczna (na przykład fala płaska w przestrzeni) w jednorodnym ośrodku opisywana jest równaniem:
gdzie:
- – miara odchylenia od stanu równowagi,
- – czas,
- – współrzędna położenia,
- – amplituda fali,
- – częstość fali, – wektor fali,
- – faza początkowa w chwili i w położeniu
W chwili i w punkcie o współrzędnej fala ma fazę:
Kąt fazowy
[edytuj | edytuj kod]Kąt fazowy sygnału sinusoidalnego jest to kąt będący argumentem funkcji sinus (lub cosinus) opisującej dany przebieg.
Dla sygnału:
kątem fazowym jest wartość Niekiedy w powyższym równaniu używa się funkcji cosinus, pamiętając, że
W przypadku dwóch funkcji o tej samej częstotliwości:
wielkość nazywana jest przesunięciem fazowym między sygnałami a
W ogólnym przypadku amplitudy sygnałów i mogą być różne.
Przesunięcie fazowe
[edytuj | edytuj kod]Przesunięcie fazowe jest różnicą między wartościami fazy dwóch okresowych ruchów drgających (np. fali lub dowolnego innego okresowego przebiegu czasowego). Ponieważ faza fali zazwyczaj podawana jest w radianach lub w stopniach kątowych, również i przesunięcie fazowe wyrażone jest w tych samych jednostkach. W niektórych przypadkach przesunięcie fazowe może być wyrażone w jednostkach czasu lub częściach okresu.
Przesunięcie fazowe jest istotnym parametrem w wielu dziedzinach fizyki i techniki – na przykład:
- wpływ wielkości przesunięcia fazowego na obraz interferencyjny pozwala na pomiar odległości
- znajomość przesunięcia fazowego między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego umożliwia obliczenie wartości mocy czynnej pobieranej przez dany odbiornik energii elektrycznej.
Zastosowanie w interferometrze
[edytuj | edytuj kod]W ogólnym przypadku zmiana fazy fal docierających do danego punktu może wynikać z różnej długości dróg fali, różnej prędkości rozchodzenia się w różnych miejscach ośrodka i z różnych faz początkowych. Korzystając z tej zależności, można zbudować interferometr laserowy, który jest w stanie zmierzyć odległości dziesiątek metrów z dokładnością do połowy długości fali (nanometra). Użycie lasera generującego falę o bardzo dokładnie określonej długości znacznie ułatwia określenie warunków interferencji.