När du hör ordet våg är kanske det första du tänker på en stor havsvåg. En våg som man kan surfa på.

Men vad finns det för andra vågor?

Publiken på en fotbollsmatch som gör “vågen” runt läktaren är ett bra exempel på en våg. Varje person sitter kvar i samma stol efter att vågen passerat, men ändå ser det ut som att något rör sig över läktaren (det är lite konstigt, men typiskt för vågor). När du spelar på en gitarr vibrerar strängen och skapar en ljudvåg som du sedan kan höra. Även ljus är en våg, en elektromagnetisk våg. Frukostgröten i mikrovågsugnen värms upp av mikrovågor och på sjukhuset använder läkaren röntgenstrålar för att se om ditt ben är brutet.

Vad finns det för olika sorters vågor? Och vad är vågor för något egentligen?

Vi börjar med att förklara vad en våg är. Vi tänker oss ljudet från en gitarr, hur uppstår det? När vi knäpper på en gitarrsträng börjar den röra sig fram och tillbaka. Rörelsen upprepar sig hela tiden. Vi säger att strängen vibrerar eller svänger. Den vibrerande gitarrsträngen knuffar till luftmolekylerna nära strängen så att de också börjar svänga fram och tillbaka. De knuffar i sin tur till nya molekyler och på så sätt rör sig svängningen genom luften. Detta är ljudvågen som sprider sig genom luften till våra öron.

Skillnaden mellan vibrationer, svängningar och vågor är alltså att vibrationer och svängningar bara rör sig fram och tillbaka, medan en våg sprider sig vidare. Alla tre är rörelser som upprepar sig. Vi kallar dem periodiska rörelser. Till vardags använder vi ofta ordet vibration för snabba rörelser. Exempel på vibrationer är en gitarrsträng eller en eltandborste. När rörelsen är långsam säger vi istället att det svänger. En svängning kan vara till exempel en gunga eller en pendel.

Vibrationer och svängningar kan ske utan att skapa vågor, men vågor uppstår oftast tack vare en vibration eller svängning. Eftersom vågor rör sig kan de, till skillnad från svängningar och vibrationer, överföra energi från en plats till en annan. Det kan till exempel vara värmeenergin från solens strålar eller energin från mikrovågorna som överförs till gröten när vi värmer den i mikron.

En våg är alltså en periodisk rörelse som överför energi från en plats till en annan.

Om man tittar på vågor på havet ser man att de upprepas. Det är lika långt avstånd mellan alla topparna.

Avståndet mellan två punkter där vågen ser likadan ut kallas våglängd. Våglängden kan till exempel vara sträckan mellan en vågtopp och nästa vågtopp. Våglängden är alltså den sträcka vågen måste färdas innan den återvänder till samma läge som i början.

Våglängden brukar betecknas med den grekiska bokstaven lambda, λ.

Våglängd är avståndet mellan två punkter där vågen ser likadan ut, och periodtiden är den tid det tar för vågen att gå från ett läge, genom hela vågrörelsen tillbaka till samma läge. Det tar alltså exakt en periodtid för en våg att färdas en våglängd.

En rörelse som upprepas regelbundet kallas periodisk. Svängningar och vågor är två exempel på periodiska rörelser. För dessa rörelser finns två viktiga begrepp: periodtid och frekvens.

• Periodtid, som betecknas med T, är tiden det tar för rörelsen att komma tillbaka till sitt ursprungsläge. Det kan till exempel vara tiden det tar för gitarrsträngen att svänga från ena sidan, till andra sidan och tillbaka igen. Eller när vi drar ut och släpper en gunga som sedan får svänga från det högsta läget på ena sidan, där vi släppte den, till det högsta läget på andra sidan och hela vägen tillbaka igen. Ett annat exempel på periodtid är tiden mellan två vågor som sköljer mot dig i havet.

• Frekvens, som betecknas med f, är hur många svängningar som sker varje sekund. Hinner det svänga en hel svängning på en sekund så är frekvensen 1 Hertz (Hz).

Om man knäpper på en gitarrsträng vibrerar strängen snabbt. Det kan till exempel ta 0,002 s för den att göra en hel svängning. Då har den periodtiden 0,002 s, vilket innebär att den hinner göra 1/0,002 svängningar varje sekund. Då blir frekvensen 1/0,002=500 Hz. Sambandet mellan periodtid och frekvens är alltså:

f={1/T}

Sambandet, där frekvensen är lika med ett delat med periodtiden, betyder att om periodtiden minskar så ökar frekvensen. Om periodtiden ökar får vågorna istället en mindre frekvens.

En våg är en rörelse som upprepas och som kan överföra energi från en plats till en annan. Det finns många olika vågor. Havsvågor, ljudvågor, ljus, mikrovågor och röntgenstrålning är alla exempel på vågor.

En våg startas genom att något vibrerar eller svänger. När en gitarrsträng sätts i rörelse börjar den vibrera fram och tillbaka. Strängen påverkar luftmolekylerna runt omkring sig, som i sin tur påverkar andra luftmolekyler. På så sätt sprids svängningen genom luften som en ljudvåg. Det är denna våg som når örat och gör att vi kan höra tonen.

Vibrationer, svängningar och vågor är exempel på periodiska rörelser. En periodisk rörelse är en rörelse som upprepas regelbundet. Skillnaden är att en vibration eller svängning sker fram och tillbaka kring ett läge, medan en våg sprider sig vidare. Därför kan vågor transportera energi, medan de partiklar eller föremål som svänger ofta bara rör sig fram och tillbaka kring sin plats.

En viktig egenskap hos vågor är våglängden. Våglängden är avståndet mellan två punkter där vågen ser likadan ut. Det kan till exempel vara avståndet mellan två vågtoppar eller mellan två vågdalar. Våglängden betecknas med den grekiska bokstaven lambda, (λ).

För att beskriva periodiska rörelser använder man också begreppen periodtid och frekvens. Periodtiden, (T), är den tid det tar för en hel svängning eller en hel vågrörelse. För en gitarrsträng är periodtiden den tid det tar för strängen att svänga fram och tillbaka en gång. För havsvågor kan periodtiden beskrivas som tiden mellan att två vågor når samma plats.

Frekvensen, (f), anger hur många svängningar som sker varje sekund. Frekvens mäts i hertz, Hz. En frekvens på 1 Hz betyder att rörelsen upprepas en gång per sekund.

Sambandet mellan frekvens och periodtid är:

f={1/T}

Det betyder att kort periodtid ger hög frekvens, medan lång periodtid ger låg frekvens. Om en gitarrsträng har periodtiden (0,002) sekunder blir frekvensen:

f={1/0,002}=500

Vågor kan alltså beskrivas med hjälp av flera viktiga begrepp: våglängd, periodtid och frekvens. Tillsammans hjälper dessa begrepp oss att förstå hur vågor rör sig, hur de upprepas och hur de överför energi.

Gitarrsträngen som vibrerar rör sig uppåt och nedåt, men den skapade ljudvågen flyttar sig framåt. När gitarrsträngen slår till luftmolekylerna och skapar ljud är det partiklar i luften som trycks ihop eller dras isär i takt med vibrationerna i strängen. Det uppstår förtätningar och förtunningar av luften längs vågens väg. Vibrationerna sker alltså i samma riktning som ljudvågen rör sig. Sådana vågor kallas longitudinella. Ett annat exempel på en longitudinell våg är en metallfjäder eller en slinky som trycks ihop och dras ut.

[Bild på longitudinell våg]

En annan slags våg är den du kan skapa genom att skaka ett hopprep upp och ner. Den här vågen ser mer ut som man kanske brukar tänka sig en våg. Man säger att sådana här vågor är transversella.

[Bild på transversell våg i ett hopprep]

Ljus och andra elektromagnetiska vågor som breder ut sig i luft eller vakuum är också transversella.

[Bild där de elektriska och magnetiska fälten är vinkelräta både mot varandra och mot vågens rörelseriktning].

Läs mer om havsvågor

Havsvågor kombinerar transversella och longitudinella rörelser.

Den hastighet som vågen rör sig med brukar kallas utbredningshastighet. Man kan beräkna den som den sträcka vågen rör sig på en viss tid. Vi vet att vågen färdas exakt en våglängd (λ) på en periodtid (T  ), så vågens utbredningshastighet (v ) blir v =λ/T. Det är bara energi som färdas framåt i en våg. Därför blir utbredningshastigheten alltså den hastighet som energin i vågen rör sig med.

I de flesta fall är vågens periodtid (och frekvens) en konstant, den är alltså samma hela tiden. Däremot kan vågens hastighet ändras när den går från ett material till ett annat. Det händer till exempel när ljud går från luft in i vatten. En ljudvåg rör sig nästan tre gånger så snabbt i luft som i vatten. Eftersom periodtiden inte ändras, men hastigheten gör det, ändras våglängden.

[Någon illustration]

Här har vi beskrivit olika typer av vågor. I verkligheten är det många saker som påverkar hur en våg beter sig, till exempel om ljudvågen stöter i möbler på vägen eller molekylerna i gröten som tar upp energin när den värms i mikron. Inom fysik brukar vi därför förenkla till ett "idealt", perfekt, tillstånd. Om man ska beskriva en "ideal våg" kan man säga att den är en rörelse som färdas med konstant hastighet utan att ändra form. Detta är ju inte riktigt sant i verkligheten där vågor ofta dämpas och stannar av efter en tid.