Fase: Definition, eksempler og faseforskelle i svingninger
Få klar forståelse af fase: definition, eksempler og faseforskelle i svingninger — fra månefaser og årstider til pendulers bevægelser og grafiske analyser.
En fase er en del af en cyklus eller en forandring, der går i en cirkel. Månen har f.eks. faser. 
Årets årstider, forår, sommer, efterår og vinter, er også faser. Planeten Venus har faser ligesom månen: Galilei viste, at Venus' faser betød, at den må kredse om solen og ikke om jorden.
Man kan lave grafer for ting, der har faser. Ting, der har faser, ændrer sig på en regelmæssig måde fra tid til anden. F.eks. bevæger et pendul i et ur sig fra en position (kaldet "forskydning") til venstre (med algebra betegnet -x), til bunden og derefter til en position til højre (med algebra betegnet +x). To pendler kan have samme længde, men medmindre de begynder at svinge på samme tidspunkt og sted, vil de ikke bevæge sig sammen. Det ene pendul kan svinge til venstre, mens det andet svinger til højre. Når noget sådant sker, er de to svingninger "ikke i fase".
Hvad menes præcist med "fase"?
Fase beskriver, hvor langt et periodisk fænomen er kommet i sin gentagne bevægelse eller cyklus på et givent tidspunkt. For en perfekt sinusbølge kan man angive fasen med en vinkel φ (phi). Man skriver ofte en udsving som y(t) = A sin(ωt + φ), hvor A er amplitude, ω er vinkelfrekvens, og φ er fasen ved t = 0. Fasen bestemmer, hvor i cyklussen bevægelsen starter.
Fase i svingninger og bølger
- In-phase (i fase): To svingninger har samme fase (φ1 = φ2) — de når maksimum, nulpunkt og minimum samtidig.
- Uden for fase (faseforskudt): Hvis den ene svingning ligger bagud eller foran den anden, kaldes det en faseforskel (fx 90° eller π/2 rad).
- Modsat fase: En faseforskel på 180° (π rad) betyder, at når den ene har maksimum, har den anden minimum — de annullerer ofte hinanden (destruktiv interferens).
Faseforskelle — hvad de betyder
Faseforskellen mellem to periodiske signaler er simpelthen forskellen mellem deres faser: Δφ = φ2 − φ1. Den afgør, hvordan signalerne kombineres:
- Δφ = 0 (eller et helt antal 2π): konstruktiv sammenlægning — amplituderne forstærker hinanden.
- Δφ = π (180°): destruktiv sammenlægning — signalerne udligner hinanden.
- Andre værdier giver delvis forstærkning eller svækkelse.
Enheder og beregning
Fase kan måles i grader (°) eller radianer (rad). En hel cyklus er 360° eller 2π rad. Eksempler:
- 90° = π/2 rad (kvart cyklus)
- 180° = π rad (halv cyklus)
- 360° = 2π rad (hel cyklus)
Ved sinusbølger med samme frekvens kan man bestemme Δφ ved at sammenligne tidspunkterne for tilsvarende punkter (fx maksimalværdier). Hvis perioden er T, og den ene bølge når maksimum t1 og den anden t2, så er Δφ = 2π (t2 − t1) / T.
Praktiske eksempler
- Moon og planeter: Månefaser skyldes geometri mellem jord, måne og sol — hvilke dele af månen der er oplyst set fra jorden.
- Pendul: To pendler kan være i eller ude af fase afhængigt af, om de svinger samtidigt og i samme retning.
- Lyd: To højttalere, der er i fase, forstærker lyden. Hvis de er i modfase, kan visse frekvenser dæmpes.
- Elektricitet: I vekselstrøm (AC) er fasekritisk — i trefasesystemer ligger faserne typisk 120° fra hinanden for at levere jævn effekt.
- Bølgeinterferens: Lys- og lydinterferensstyres af fase; f.eks. skaber dobbeltspalteeksperimentet interferensmønstre, fordi bølgerne mødes med forskellige faser.
Måling og visualisering
En oscilloskop kan vise to signaler og direkte måle deres faseforskel ved at sammenligne tidspunkterne for tilsvarende punkter. I mange tekniske systemer bruges også fasedetektering og korrelation til at bestemme relative faser.
Vigtige pointer
- Fase fortæller, hvor i en cyklus et periodisk fænomen er.
- Faseforskelle afgør, om to svingninger forstærker eller svækker hinanden.
- En hel cyklus = 360° = 2π rad; halv cyklus = 180° = π rad.
- Fase er centralt i lyd, elektromagnetisme, mekaniske svingninger og astronomi.
Kurve over pendulets forskydning mod tiden
To penduler kan have samme periode, men ikke svinge sammen. Man siger, at pendulerne er ude af fase med hinanden.
Spørgsmål og svar
Sp: Hvad er en fase?
A: En fase er en del af en cyklus eller en ændring, der går i en cirkel.
Spørgsmål: Kan du give et eksempel på noget, der har faser?
A: Månen, årstiderne og Venus har alle faser.
Spørgsmål: Hvordan brugte Galilei Venus' faser til at bevise noget om dens bane?
A: Galilei viste, at Venus' faser betød, at den måtte gå rundt om solen og ikke om jorden.
Spørgsmål: Hvad kan bruges til at repræsentere ting med faser?
A: Man kan bruge grafer til at repræsentere ting med faser.
Spørgsmål: Hvordan ændrer ting med faser sig over tid?
A: Ting, der har faser, ændrer sig på en eller anden regelmæssig måde fra tid til anden.
Spørgsmål: Kan to pendler bevæge sig sammen, hvis de er af forskellig længde?
Svar: Nej, medmindre de begynder at svinge på samme tid og sted, vil de ikke bevæge sig sammen. Det ene pendul kan svinge til venstre, mens det andet svinger til højre. Når dette sker, er de "ikke i fase".
Søge