משהו נע, אבל לא המים
זרקו אבן לבריכה שקטה, וטבעת של אדוות תתרחק במהירות מנקודת הנפילה. הסתכלו על עלה שצף בקרבת מקום. כשהטבעת מגיעה אליו, העלה עולה, שוקע ומתנדנד מעט הלוך ושוב, ואז נרגע כמעט בדיוק במקום שבו היה. המים שמתחת לעלה לא זרמו החוצה עם הטבעת. משהו אחר כן.
מה שמתקדם הוא הפרעה: כל פיסת מים נדחפת למעלה ונמשכת למטה בידי השכנות שלה, ובתורה דוחפת את הפיסה הבאה בתור. הדפוס נע; המים בעיקר נשארים. זהו גל: דרך להעביר אנרגיה ממקום למקום בלי להעביר איתה את החומר. קול באוויר, ניעור שעובר לאורך חבל ואדווה בבריכה פועלים כולם כך.
שלושה מספרים מתארים גל
בסצנה, חרוז קטן על זרוע רוטטת מקיש על המים שוב ושוב, ולכן במקום טבעת אחת יש רכבת קבועה של טבעות. שלושה מספרים מתארים את הרכבת הזאת.
- תדירות היא מספר השיאים שיוצאים מהחרוז בכל שנייה, והיא נמדדת בהרץ (Hz). החרוז קובע אותה: הקשה אחת, שיא אחד.
- אורך גל, שמסומן λ (האות היוונית למדא), הוא המרחק משיא אחד לשיא הבא.
- משרעת היא הגובה שבו שיא מתנשא מעל פני המים השקטים. היא קובעת כמה אנרגיה הגל נושא. האנרגיה גדלה עם ריבוע המשרעת, ולכן שיא גבוה פי שניים נושא פי ארבעה אנרגיה.
למה v = fλ
הנה הכלל האחד שקושר את שלושתם. בשנייה אחת החרוז שולח f שיאים, וכל אחד מהם נמצא אורך גל אחד מאחורי זה שלפניו. עד שהאחרון שבהם יוצא, הראשון כבר עבר f אורכי גל. לכן בשנייה אחת הגל עובר מרחק של f × λ, וזו המהירות שלו:
v = fλ
המקור קובע את התדירות. המים קובעים את המהירות. אורך הגל הוא מה שמתאים לשניהם: קצב הקשה מהיר יותר דוחס את השיאים זה אל זה, ומים מהירים יותר מותחים אותם זה מזה. קול באוויר בטמפרטורת החדר נע במהירות של כ־343 מטרים בשנייה, ולכן לצליל של 343 Hz יש שיאים במרחק מטר אחד זה מזה.
נסו: העלו את התדירות ל־14 Hz וצפו בטבעות מצטופפות. אחר כך העלו את מהירות הגל ל־34 cm/s, כמו במים עמוקים יותר: הקצב נשאר אותו קצב, אבל השיאים מתרחקים זה מזה. בחרו פועל תחת הצגת שיאי הגל כדי לראות את המרווחים בבירור.
מה קובע את המהירות
באמבט גלים, עומק המים הוא הגורם החשוב ביותר. במים רדודים המהירות גדלה עם השורש הריבועי של העומק, ולכן אדוות מאטות כשהן נכנסות למים הרדודים. זו הסיבה שגלים שמגיעים לחוף מצטופפים ומסתובבים עד שהם פונים אליו, וזו הסיבה שהגדלת מהירות הגל באמבט מייצגת מים עמוקים יותר. החליפו את החומר, וגם המהירות משתנה: קול נע במים מהר בערך פי ארבעה מאשר באוויר, ואור נע מהר כמעט פי מיליון מקול באוויר.
שינוי המשרעת לא משנה שום דבר מכל זה. הנמיכו את המשרעת, והשיאים משתטחים, אבל המרווחים ביניהם והמהירות שלהם נשארים אותו דבר. ללחישה ולצעקה באותו צליל יש אותו אורך גל.
מה המודל משאיר בחוץ
האמבט מראה אדוות אידיאליות: קצב טהור ויציב שיוצא מנקודה אחת, טבעות שנחלשות רק משום שהן מתפרשות על מעגל גדול יותר, ושוליים שבולעים כל גל. מים אמיתיים גם מאבדים אנרגיה לחיכוך, מחזירים גלים מהקירות, ובאדוות קצרות מאוד המהירות נקבעת בחלקה בידי מתח הפנים, ולכן אדוות באורכים שונים נעות במהירויות שונות מעט. הגלים מואטים וגבוהים בהרבה מגלים אמיתיים, כדי שיהיה קל לראות אותם.