Velmi důležitý a zajímavý jev nastane, dorazí–li vlna na konec prostředí, např. na konec gumové hadice. Dojde k odrazu a vlna postupuje opačným směrem zpět. Jestliže k pevnému konci dospěl nejdříve vrch vlny a po něm důl, pak po odrazu je situace opačná. Nejdříve postupuje důl odražené vlny a teprve pak její vrch. Můžeme říct, že fáze odražené vlny je opačná.
Odraz vlnění na konci vlákna.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Jiný průběh má odraz vlnění v případě, že vlna dorazí na neupevněný konec. Na rozdíl od předchozího případu odraz probíhá tak, že fáze odražené vlny je stejná jako fáze vlny před odrazem.
Jestliže jeden konec pružného vlákna trvale harmonicky kmitá, postupuje vlnění ke druhému konci, tam se odráží a postupuje opačným směrem, ke zdroji vlnění. Nastává zajímavý a velmi důležitý případ, kdy interferují dvě stejná vlnění – přímé a odražené, která postupují stejnou rychlostí opačnými směry. Vznikne vlnění stojaté. Průběh vlnění na vlákně vytváří dojem ustáleného stavu, jako by vlna na vlákně stála a nepohybovala se. Vznik stojatého vlnění si objasníme grafickou superpozicí.
Vznik stojatého vlnění.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Vidíme, že vznikly body, které kmitají s největší amplitudou – kmitny, a body, které jsou stále v klidu – uzly.
Stojaté vlnění může být podélné i příčné. Typické příklady si můžeme ukázat u hudebních nástrojů. Podélné stojaté vlnění vzniká rozechvíváním vzduchových sloupců u dechových nástrojů (trubka, klarinet). Příčné stojaté vlnění můžeme pozorovat u napjaté struny nebo napjatého vlákna. Rychlost šíření vlny na napjatém vláknu závisí na délkové hustotě μ (podíl hmotnosti a délky struny) a na napětí τ
V případě šíření vlnění po struně mluvíme o chvění. Chvění struny probíhá obvykle tak, že na koncích struny jsou uzly a mezi nimi jedna nebo více kmiten. Označíme–li k počet kmiten na struně, pak její délka
kde λ je vlnová délka stojatého vlnění. Dosadíme–li za vlnovou délku dostaneme po úpravě
Frekvence chvění struny a tím také frekvence znějícího tónu, který struna vydává, je určena počtem půlvln stojatého vlnění na struně, napětím struny a její délkovou hustotou. k = 1 je základní frekvence struny (struna vydává základní tón). Jestliže strunu přimáčkneme např. v jedné čtvrtině, pak se na struně vytvoří čtyři kmitny. Téměř vždy vznikají i vyšší harmonické tóny, o jejichž počtu a amplitudě rozhoduje způsob rozechvění příslušného útvaru (smyčcem, drnkáním, úderem apod.). Výsledné chvění je pak složeno ze základní frekvence a vyšších harmonických frekvencí.
Vznik vyšších harmonických při kmitání na struně.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Podobně vzniká chvění u tyčí upevněných uprostřed, jejichž konce jsou volné. Pak je uzel vždy ve středu tyče a na koncích tyče vznikají kmitny.
Vznik stojatého vlnění na struně.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Chvění je charakteristické pro zdroje zvuku jako např. struny, tenké tyče, vzduchové sloupce, ale i pro lidské hlasivky. Chvění samozřejmě nepozorujeme jen u jednorozměrných předmětů. Důležitou roli hraje studium chvění desek, blan a jiných podobných objektů pro konstrukci různých elektroakustických zařízení (membrány reproduktoru, sluchátka, mikrofony apod.), u nichž požadujeme vysokou kvalitu přenosu zvukových signálů.
