Lehekülje Laine lähteteksti vaatamine

{{See artikkel|räägib füüsika mõistest; teiste tähenduste kohta vaata lehekülge [[Laine (täpsustus)]].}}
[[Pilt:Simple harmonic motion animation.gif|pisi|Lainet saab esitada lihtsa harmoonilise liikumisena]]

'''Laineks''' nimetatakse [[võnkumine|võnkumise]] levimisprotsessi [[ruum (füüsika)|ruum]]is. Laine kui [[häiritus]] levib [[keskkond (füüsika)|keskkonnas]]<ref>Laine levimiskeskkonnaks sobivad  nii tahked, vedelad kui ka gaasilised keskkonnad.</ref> ([[levimiskeskkond|levimiskeskkonnas]]) lõpliku kiirusega ([[laine levimiskiirus]]). Ainsana ei vaja keskkonda [[elektromagnetlained]].<ref>[[Christiaan Huygens]]i kontseptsiooni järgi arvati algselt, et [[valguslained|valguslainetel]] on keskkond, mida nimetati [[eeter (füüsika)|eetriks]].</ref>

==Lainete liigitus==
Lained jagunevad [[ristlaine]]teks ja [[pikilaine]]teks.

Keskkonna järgi lained [[ruumelastsuslaine]]teks ja [[kujuelastsuslaine]]teks.

On olemas ka [[pinnalaine]]d, mille puhul on häiritud vedeliku pind. Paralleelsete [[lainepind]]adega laineid nimetatakse [[tasalaine]]teks, kontsentriliste [[sfäär]]idega laineid [[sfääriline laine|sfäärilisteks laineteks]].

==Lainete tekkimine== 
Laine on [[võnkumine|võnkumiste]] levimine.

Lainet [[elastne keskkond|elastses keskkonnas]] tekitab selle ühe osa häiritus, millest tuleb [[võnkumine]] ümber tasakaaluasendi. Lainet keskkonnas põhjustab võnkeallika [[võnkumine]].

Keskkonna elastsuse tõttu levib häiritus ühest punktist teise.

Kui võnkeallikas võngub harmooniliselt, siis on ka tekkiv laine [[harmooniline võnkumine|harmooniline]], ehk teisiti öeldes, laine profiiliks on [[sinusoid]].

[[Laine levimiskiirus]]e määrab keskkonna [[inertsus (füüsika)|inertsuse]] ja [[elastsus]]e vaheline vastastikune toime. Elastsusel põhinevad jõud, mis püüavad häiritusest tingitud seisundimuutust kaotada, inertsus paneb nende jõudude toimele vastu.

Laineid saab tekitada ka gaasis, näiteks õhus. Laineallikaks on sel juhul [[heliallikas]], mis paneb õhuosakesed võnkuma. Tekkivad õhu tiheduse muutused hakkavad ruumis levima lainena. Kui [[heliallikas]] võngub harmooniliselt, siis on ka tekkiv laine [[harmooniline võnkumine|harmooniline]] – see tähendab, et häiritused alluvad [[harmooniline võnkumine|harmoonilise võnkumise]] seadusele.

==Energia edasikandmine==
Laine põhitunnuseks on [[energia]] edasikandmine. Näiteks [[helilaine]] kannab edasi helienergiat (muidu me ei kuuleks [[heli]]), [[valguslaine]] kannab edasi valgusenergiat (muidu me ei näeks [[valgus]]t).

Katseliselt on kindlaks tehtud, et [[veelaine]] paneb triivivad esemed liikuma. See viitab energia edasikandmisele lainelt neile esemetele.

Laine energia koosneb [[kineetiline energia|kineetilisest energiast]] ja [[potentsiaalne energia|potentsiaalsest energiast]]. See energia kandub keskkonna osalt edasi naaberosadele. Mehaaniline laine kannab energiat edasi, ilma et keskkond kohta vahetaks.

== Laine karakteristikud ==
[[Pilt:Laine karakteristikud.svg|pisi|300px|Laine karakteristikuid]]
Laine kirjeldamisel kasutatakse mitmeid suurusi. Neist olulisimad on [[lainepikkus]] (tähis λ (lambda)), lainekõrgus ehk [[hälve]] (tähis ''h'' või ''x'') ja lainete [[kiirus|levimiskiirust]] (tähis ''v''). Harvem räägitakse ka [[laine amplituud]]ist ehk maksimaalsest hälbest (tähis ''A''), laine[[periood]]ist (tähis ''T''), [[laine järskus]]est, [[sagedus]]est (tähis ''f'').

'''Karakteristikute vahel kehtivad järgmised seosed:'''
*Periood ja sagedus
<math>T = \frac{1}{f}</math>
*Kiirus, lainepikkus ja periood
<math>v = \frac{\lambda}{T}</math> (tihtib esineb ka kujul <math>v = \lambda \cdot f</math>)

Analoog [[mehaanika]] võrrandile <math>v = \frac{s}{t}</math>, kus [[teepikkus]]e rollis on üks lainepikkus ning aja rollis periood ehk lainepikkuse läbimiseks kulunud aeg.

== Amplituud ja hälve ==
Hälbeks nimetatakse keha kaugust [[Tasakaaluolek|tasakaaluasendist]]. Hälve on [[harmooniline võnkumine|harmoonilisel võnkumisel]] ajas perioodiliselt muutuv suurus. Amplituud on maksimaalne hälve, mida üldjuhul tähistatakse A-ga või alaindeksiga m hälbe tähisel. Amplituud võib esineda nii konstandina kui ma funktsioonina, mis võib muutuda nii ajas kui [[ruum]]is. Viimasel juhul nimetatakse lainet [[Modulatsioon (ülekandetehnika)|moduleerituks]]. Nii hälbe kui ka amplituudi ühik SI-s on meeter (1 m). [[Sirge|Ühemõõtmelise]] harmoonilise laine hälvet kirjeldab funktsioon

:<math>u(x,t) = A(x,t) \cdot \operatorname{sin}(\omega t - kx + \varphi_0)</math> (<math>\omega</math> – [[ringsagedus]], <math>k</math> – [[lainearv]], <math>\varphi_0</math> – algfaas).

Moduleerimata kujul oleks <math>A = const</math>. Valemis kasutatud ringsageduse saab avaldada kujul <math>\omega = \frac{2\pi}{T}</math> ja lainearvu kujul <math>k = \frac{2\pi}{\lambda}</math>. Algfaas näitab, kui palju erineb ajahetkel <math>t = 0</math> võnkumise faas oma algolekust <math>\omega t - kx = 0</math>.

== Lainevõrrand ==
{{Main|Lainevõrrand}}
Lainevõrrand on lainet kirjeldav [[diferentsiaalvõrrand]], mis seob laine hälvet kirjeldava [[funktsioon (matemaatika)|funktsioon]]i ajalise muutuja ja ruumilised muutujad;

:<math>\Delta u = \frac{1}{v^2} \frac{\partial^2 u}{\partial t^2}</math> (<math>\Delta</math> – [[Laplace'i operaator]], <math>u</math> – laine hälvet kirjeldav [[Funktsioon (matemaatika)|funktsioon]], mis sõltub ajast ja [[Ristkoordinaadid|koordinaatidest]])

Ühemõõtmelise laine puhul saab võrrandit lihtsustada:

:<math>\frac{\partial^2 u}{\partial x^2} = \frac{1}{v^2} \frac{\partial^2 u}{\partial t^2}</math>.

== Vaata ka ==
{{veergude loend|laius=23em|
* [[difraktsioon]]
* [[Doppleri efekt]]
* [[elastsuslaine]]
* [[elektromagnetlaine]]
* [[heli]]
* [[Huygensi printsiip]]
* [[interferents]]
* [[lainevõrrand]]
* [[mateerialaine]]
* [[resonants]]
* [[soliton]]
* [[veelained]]
}}

==Märkused==
{{viited}}

== Kirjandus ==
*Jearl Walker, David Halliday, and Robert Resnick, Füüsika põhikursus, 8th ed., 2008, vol. I.

== Välislingid ==
{{commonskat|Waves}}
{{vikitsitaadid}}
* [[Tarmo Soomere]] : [http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/artikkel1550_1547.html ''Tuul ei suuda võistelda kiirlaevadega'' @ loodusajakiri.ee]
* [http://teadus.err.ee/salv?id=2753&saade=211 Teaduse helisõnastik: Soliton] (Tarmo Soomere) – ERR Teadus, 30. september 2010

[[Kategooria:Lained| ]]
[[Kategooria:Pideva keskkonna mehaanika]]