גל עומד

גל עומד הוא מושג פיזיקלי המתאר גל שאינו מתקדם במרחב. המונח נטבע בידי הפיזיקאי הגרמני פרנץ מלדה.

מאפיינים

גל עומד הוא צורה רציפה של אופן תנודה. בגל עומד כל האלמנטים המרחביים (מיוצגים על ידי הקואורדינטות x,y,z) מתנודדים באותה תדירות ובאותה פאזה (מגיעים ביחד לנקודת שיווי המשקל), אך לכל אלמנט מרחבי אמפליטודה משלו.
משום שהגל העומד אינו נע במרחב אין לו מהירות חבורה וקצב התנודות שלו מובע על ידי מהירות פאזה.
מבחינה פיזיקלית, גלים עומדים נוצרים על ידי התאבכות: סופרפוזיציה של גלים (נוסעים) וההחזרות שלהם.
גל עומד יכול להיווצר כתוצאה משני גלים הנעים בכיוונים הפוכים או כתוצאה מגל המתקדם בתוך תווך שנע לכיוון השני, כפי שיוצג בהמשך. 
אופני התנודה של גלים עומדים מייצגים את מצבי התהודה (אופני התנודה העצמיים) של המערכת, כלומר את המצבים שבהם ניתן לעורר את המערכת להיכנס לתנודות בקלות יחסית.

יצירת גל עומד במיתר

ישנן מספר דרכים ליצירה של גל עומד במיתר, כתלות במצב של הקצוות.
כאשר שני הקצוות חופשיים, יש ליצור בו זמנית בכל צד של המיתר גל מחזורי שיהיה מנוגד לגל שנוצר בצדו השני.
כאשר אחד הצדדים תפוס, גל מחזורי שנוצר בצדו האחד יוחזר בכיוון הפוך מהצד השני.
ניתן גם ליצור גל עומד במיתר שתפוס בשני קצותיו. על עקרון זה מתבססים כלי נגינה רבים כפי שיוצג בהמשך. 
מצב זה הוא שונה מהאחרים, שבהם לפחות אחד מקצוות המיתר חופשי.

גלים עומדים בכלי נגינה

אופן פעולתם של מרבית כלי הנגינה מבוסס על יצירת גלים עומדים באופנים שונים. 
במוזיקה, אופני תנודה של כלים רוטטים (כלי מיתר, חלילים וכלי נשיפה, תופים ועוד) נקראות הרמוניות או צלילים עיליים.

מיתר

במיתר של כלי מיתר המקובע בשני קצותיו ניתן ליצור גלים עומדים על ידי פריטה. פעולת הפריטה גורמת למיתר להתנודד באחד או יותר מאופני התנודה שלו. ניתן להתייחס לגל עומד במיתר כסכום של שני גלים המתקדמים בכיוונים הפוכים. כשכל אחד מהגלים מגיע לנקודת הקצה הקבועה, הוא מוחזר לאחור, ואם מדובר במעבר מתווך אחד לתווך צפוף יותר, הרי שיתרחש גם היפוך מופע הגל. 
צליל המופק מפריטה רגילה של גיטרה מורכב בעיקר מאופן התנודה הבסיסי בתוספת צלילים עיליים חלשים יותר הקרויים גם הרמוניות.

עוגב

עקרון הפעולה של עוגב שונה מזה של כלי מיתר בכך שהצלילים שהוא מפיק נוצרים על ידי הרעדה של עמודי אוויר בצינורות, ובכך שלרוב צינורות אלה הם סגורים רק למחצה. באקוסטיקה, בקצוות חופשיים יש תמיד נקודת צומת של לחץ הגל, ואילו בקצוות סגורים יש תמיד נקודת טבור שלו. זה נובע מכך שערך הלחץ בקצה החופשי חייב לעמוד תמיד על לחץ האוויר בסביבה המיידית שמחוץ לצינור (הלחץ האטמוספירי), בעוד הקצוות הסגורים מחזירים את גל הלחץ כמעט במלואו ובמופע זהה לזה של הגל הפוגע. בניגוד לכך, להעתק של מולקולות האוויר נקודת טבור בקצה הפתוח (שם הן חופשיות לנוע) ונקודת צומת בקצה הסגור; כלומר בגל קול עומד נוצרת הפרדה בין גל ההעתק המקושר אליו לגל הלחץ המקושר אליו, בשונה מהמצב בגלי קול באוויר הפתוח. 
באיור 1 מוצג גרף של הלחץ בעמוד אוויר שבצינור פתוח בשני קצותיו, בעוד שבאיור 2 מוצג הלחץ בעמוד אוויר בצינור פתוח למחצה. 
כתוצאה מתנאי שפה אלה ניתן להסיק שאורך הגל "המותר" הראשון בצינור פתוח-למחצה באורך L הוא , והתדירות היסודית המתאימה לו היא . בשונה מתרחישים אחרים, כאן אורכי הגל המותרים אינם כוללים את כל המנות השלמות של אורך הגל היסודי, אלא מתקבלים מן הנוסחה , כך שהתדירויות המותרות הן רק ההרמוניות האי-זוגיות של התדירות היסודית.

משטח המקובע בקצותיו

במשטח המקובע בקצותיו, כמו למשל בתוף, אופני התנודה האפשריים מורכבים יותר מאשר במיתר. אופני התנודה המשטחיים תלויים בצורתו של המשטח ובנקודות או בקווים בהם הוא מקובע.

גלים עומדים בתמסורת

זרם חילופין המוזרם דרך קו תמסורת מכיל מידע שצריך להיות מועבר מהמקור ליעד, למשל לאנטנה המיועדת לשידור גלי רדיו. אם קיים תיאום עכבות בין המקור לקו התמסורת ובין קו התמסורת ליעד, לא תהיה החזרה של גלים בעת המעבר מרכיב אחד לאחר. חוסר תיאום עכבות מוביל ליצירת גלים עומדים בקו התמסורת ולהפסדי הספק. יחס גלים עומדים מהווה מדד לתיאום עכבות זה.
באנטנה עצמה נוצר גל עומד של זרם חשמלי ושל מתח חשמלי. אורכה של אנטנה רגילה צריך להיות חצי מאורך הגל של אות הרדיו המשודר. גלים שעבורם אורך האנטנה לא מהווה מכפלה של אורך הגל במספר שלם יונחתו וההספק היוצא מהאנטנה עבורם יהיה קטן יותר.

גל עומד כתוצאה מתנועת התווך

גלי חסי (lee waves; חסי הוא הצד המוגן מפני הרוח) הם דוגמה לגלים עומדים שנוצרים כתוצאה מתנועת גושי אוויר. גלים אלו, שיש להם חשיבות לעוסקים בדאייה, נוצרים כתוצאה מפגיעת הרוח במכשול גדול דוגמת הר. התנודה הראשונה עוקבת אחרי צורת ההר, ותנודות נוספות נוצרות מעל שטחים מישוריים בצד המוגן מפני הרוח. בתנאים של לחות מספקת, נוצרים בקרבת שיאי התנודות עננים הקרויים ענני גל (wave cloud).
גל עומד במים, הקרוי זנק הידראולי, נוצר כשיש שינוי פתאומי במהירות זרימת המים. דוגמאות לגלים עומדים כאלו ניתן למצוא באשדים בנהרות ובמקווי מים בהם קיימים זרמי גאות.