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:

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

gdzie:

${\displaystyle y}$ – miara odchylenia od stanu równowagi,

${\displaystyle t}$ – czas,

${\displaystyle z}$ – współrzędna położenia,

${\displaystyle A}$ – amplituda fali,

${\displaystyle \omega }$ – częstość fali, ${\displaystyle k}$ – wektor fali,

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

W chwili ${\displaystyle t}$ i w punkcie o współrzędnej ${\displaystyle z}$ fala ma fazę:

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

Kąt fazowy

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

Dla sygnału:

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

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

W przypadku dwóch funkcji o tej samej częstotliwości:

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

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

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

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

Przesunięcie fazowe

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