Faza fali

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

Dla fali harmonicznej faza jest wyrażona w radianach. Jednowymiarowa fala harmoniczna (na przykład fala płaska w przestrzeni) w jednorodnym ośrodku opisywana jest równaniem:

$y(t,z)=A\sin(\omega t-kz+\varphi ),$

gdzie:

$y$ – miara odchylenia od stanu równowagi,

$t$ – czas,

$z$ – współrzędna położenia,

$A$ – amplituda fali,

$\omega$ – częstość fali, $k$ – wektor fali,

$\varphi$ – faza początkowa w chwili $t=0$ i w położeniu $z=0.$

W chwili $t$ i w punkcie o współrzędnej $z$ fala ma fazę:

$\varphi (t,z)=(\omega t-kz+\varphi )\mod 2\pi .$

Kąt fazowy

Kąt fazowy sygnału sinusoidalnego jest to kąt będący argumentem funkcji sinus (lub cosinus) opisującej dany przebieg.

Dla sygnału:

$y(t)=A\sin(\omega t+\psi )$

kątem fazowym jest wartość $\omega t+\psi .$ Niekiedy w powyższym równaniu używa się funkcji cosinus, pamiętając, że $\sin \alpha =\cos \left({\tfrac {\pi }{2}}-\alpha \right).$

W przypadku dwóch funkcji o tej samej częstotliwości:

$y_{1}=A_{1}\sin(\omega t+\psi ),$

$y_{2}=A_{2}\sin(\omega t+\psi +\varphi )$

wielkość $\varphi$ nazywana jest przesunięciem fazowym między sygnałami $y_{1}$ a $y_{2}.$

W ogólnym przypadku amplitudy sygnałów $A_{1}$ i $A_{2}$ mogą być różne.

Przesunięcie fazowe

Definicja przesunięcia fazowego

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

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.

Zobacz też

• faza w elektryczności