Kármán Labor - ELTE TTK - Fizika Intézet

Információk

Kutatás

Érdeklõdõknek
     
© Best Kontakt Kft, 2010

Szolitonok

A szolitonok nagy amplitudójú nemlineáris hullámok, melyek szemben a kis amplitudójú lineáris hullámokkal, megtartják koherens alakjukat. A fizika-oktatás szempontjából a szolitonok egyik külön érdekessége, hogy hullámcsomag jellegûek, s részecsketulajdonsággal is rendelkeznek (például ütközés után visszanyerik eredeti alakjukat). Rétegzett folyadékokban a szolitonok kétfélék lehetnek. A belsô szolitonok a közeg belsejében, a különbözô sûrûségû rétegek határán terjednek. Ezeket a természetben keltheti például az árapály-hatás az óceánok felsô, melegebb vízrétegét az alsótól elválasztó ún. termoklin zónában, vagy egy gyorsan mozgó hideg front az elôtte tolt meleg levegôben. (Felszíni szolitonok a szabad felszínen jönnek létre. Ezekre egy félelmetes példa a vizes közegben a földrengések által keltett "tsunamik", amelyek több ezer km-t is haladnak az óceánban, mielôtt a sekély partokon megtörve pusztító energiájuk felszabadul.)

Az ábrán két különbözô sûrûségû vízszintes réteg határán haladó belsô szolitont látunk, mely egy köztes sûrûségû gravitációs áramlatnak a kád jobboldali faláról való visszaverôdése révén keletkezett. Az elválasztó felület mindig a keskenyebb (az ábrán sötét) rétegbôl dudorodik ki. A képeken nyíllal jelölt hullámcsomag több visszaverôdés után, akár 10 percig is megtartja az alakját, miközben sebessége (szintén néhány cm másodpercenként) alig változik.

Laboratóriumi kísérlet:




A kísérlet vázlatos menete:


A kád túlsó falával való ütközés után egy szoliton indul el visszafelé.


"Lépcsõsen feltöltött kád."


A válaszfal eltávolításával elindítunk egy szolitont.


A szoliton többszöri ütközés után is megtartja alakját, és változatlan sebességgel halad tovább.

Két szoliton találkozása:


Két szoliton éppen találkozni készül, de még túlságosan távol vannak egymástól ahhoz, hogy érezzék egymás közelségét.


Miközben áthaladnak egymáson, együttes alakjuk szemmel láthatóan megváltozik.


A szétválás után ismét az eredeti (találkozás elõtti) alakjukban jelennek meg, változatlan sebességgel, és a következõ találkozásig nem is vesznek tudomást egymásról.