השאלה המקורית: אני מבינה שגל הוא בעצם הפרעה בתנועה. אם כך, מה זה "גל עומד"? ואיך גל יכול בכלל לעמוד? רונה
גל הוא הפרעה שמתקדמת במרחב או בתווך מסוים, למשל מים, אוויר או קהל אוהדים במגרש כדורגל. התווך עצמו אינו זז, אך ההפרעה – שהיא בעצם שינוי קטן בתכונה מסוימת של התווך – מתקדמת לאורכו. גל קול, למשל, הוא שינוי קטן בלחץ האוויר שמתקדם במרחב. כשאנחנו מדברים, אנחנו משנים את לחץ האוויר בקרבת הפה שלנו, והשינוי הזה (או ההפרעה) מתקדם בכיוון שאליו דיברנו, אך גם מתפזר קצת לשאר הכיוונים כך שגם מי שמאחורינו יכול לשמוע אותנו.
תנועת הגל שאוהדי כדורגל ברחבי העולם נוהגים לעשות כשקבוצתם מצליחה היא דוגמה נוספת: כשאוהד אחד נעמד, האוהד משמאלו מתחיל לקום מיד אחריו ואחר כך האוהד הבא משמאל וכן הלאה, וכך נוצרת "הפרעה" בקהל שמתקדמת שמאלה, אבל כל אותו זמן אף אוהד לא זז ממקום מושבו וכולם יכולים להמשיך לצפות במשחק ולעודד באין מפריע.
אם כך, איך יכול גל לעמוד במקום? כדי להבין זאת צריך להכיר את הגלים קצת יותר מקרוב ולהבין מה קורה כשהם נפגשים.
שתי התכונות החשובות ביותר של גלים הן התדירות והמשרעת של הגל. כשאנחנו פורטים על מיתר בגיטרה וגורמים לו לרטוט, אנחנו יוצרים הפרעה שחוזרת על עצמה: המיתר נע מעלה ומטה שוב ושוב בתנועה מחזורית. הקצב שבו הוא מתנודד הוא תדירות הגל, והמרחק שהוא נע בכל תנודה הוא משרעת הגל, שמייצגת את העוצמה שלו ותלויה בעוצמת הפריטה שלנו.
נניח שיש לנו חבל ארוך מאוד המוחזק בשני קצותיו, כך שבקצה הימני שלו עומד אדם ומנענע את החבל מעלה-מטה בקצב אחיד ובקצה השני עומד אדם אחר ומנענע גם הוא את החבל באותו קצב ולאותו גובה. התנודה שיוצר האדם הימני תתקדם לאורך החבל ונקבל גל שמתקדם שמאלה במהירות קבועה.
באופן דומה, התנודה שיוצר האדם השני תיצור גל המתקדם ימינה. כששני הגלים ייפגשו נקבל את סכום התנודות: במקומות מסוימים הן תהיינה באותו הכיוון (שתיהן למעלה, או שתיהן למטה) ונקבל תנודה גדולה יותר, ובמקומות אחרים כיווניהם יהיו הפוכים ויבטלו זה את זה. התופעה הזו נקראת "התאבכות" והיא אחת התכונות החשובות ביותר שיש לגלים. במקרים שבהם התנודות מתווספות אחת לשנייה נקרא לזה "התאבכות בונה", וכשהן מבטלות אחת את השנייה נקרא לתופעה "התאבכות הורסת".
אם נעקוב אחר התנועה של החבל עם שתי התנודות באותו הקצב ובכיוונים מנוגדים נראה תנודות שנראות כך:
התאבכות גלים, גל הנע שמאלה - אדום,גל הנע ימינה - כחול, גל עומד - שחור | לקוח מויקיפדיה
לתנועה הזו אנחנו קוראים "גל עומד" ואפשר לראות באנימציה בקלות כמה מאפיינים בולטים שלו: בראש ובראשונה יש על החבל כמה נקודות שאינן זזות כלל – הנקודות האלה נקראות נקודות שבת והמרחק ביניהן קבוע ותלוי בתדירות הגל. כל נקודה אחרת בחבל עולה ויורדת עד גובה מסוים, אך ההפרעה איננה מתקדמת כלל ימינה או שמאלה – לכן הגל נקרא גל עומד. גלים עומדים הם תופעה נפוצה מאוד. אפשר לראות אותם במיתרי הגיטרה והפסנתר, שם גלים חוזרים מקצות המיתר התפוסים ומתאבכים עם גלים אחרים, בתופים, ברוב כלי הנשיפה ואפילו במכשיר המיקרוגל במטבח שלנו.
המקרה שתיארנו הוא רק דוגמה אחת להתאבכות. בכל מפגש בין שני גלים או יותר מאותו סוג (למשל גלי קול או גלי ים) נוצרת התאבכות. אם מתקיימים התנאים שהצבנו – שני גלים באותה תדירות ובעלי אותה משרעת המתקדמים בכיוונים הפוכים – נוצר גל עומד.
למעשה, מרוב שתופעת ההתאבכות ייחודית לגלים, זו אחת הדרכים הטובות ביותר לזהות גל. אחת הדוגמאות המפורסמות היא ניסוי שני הסדקים של יאנג משנת 1803: יאנג הראה כבר לפני יותר ממאתיים שנה שאם קרן אור עוברת דרך שני סדקים קרובים ופוגעת במסך, מתקבלת תבנית התאבכות של גלים הדומה לזו של הגל העומד, ומכאן הוא הסיק שהאור נע כמו גל ולא כמו קרן של חלקיקים. הניסוי הוביל לשאלה המתבקשת: אם האור הוא גל, מהו התווך שבו הוא מתקדם? שאלות כאלו הובילו להתפתחויות מדהימות בפיסיקה בתחילת המאה ה-20. מאוחר יותר, בשנת 1961, שחזרו את הניסוי עם אלקטרונים והראו שגם הם מראים תכונות של גלים.
תבנית ההתאבכות הנוצרת במעבר קרן אור בשני סדקים | האיור לקוח מויקיפדיה
בומרנג – בחזרה אליך
מה הייתה מרגישה נמלה שהייתה יושבת על החבל בנקודת שבת בזמן ששני האנשים מנדנדים אותו ומתקבל גל עומד? ואיך זה קשור לכך שבמיקרוגל יש צלחת מסתובבת?