Механические волны.

Волны

Волна — распространяющиеся колебания.

Волнами называются всякие возмущения состояния вещества или поля, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Основное свойство волны — перенос энергии без переноса вещества.

Виды волновых процессов:

1. Механические волны (см. рисунки):
   
   1. упругие.
   2. поверхностные (под действием сил тяжести и поверх­ностного натяжения).
2. Электромагнитные волны (колебания векторов напряженности электрического и индукции магнитного полей, распространяющиеся в пространстве). В отличие от механических, могут распространяться в вакууме.

Распространение механических волн

Распространение продольных волн проиллюстрировано на рисунке:

Распространение поперечных волн проиллюстрировано на рисунке:

Основные характеристики волны.

Гармоническим колебаниям соответствуют  монохроматические волны, обладающие двойной периодичностью:

- во времени  - период, частота;

- в пространстве λ - длина волны:

• расстояние между точками, колеблющимися с разностью фаз 2π;
• расстояние, на которая волна распространяется за один период;

Внимание!

1. Каждая последующая точка волны отстает от предыдущей по фазе. Можно сказать, что волновой процесс – процесс распространения фазы колебаний.
2. Точки с разностью фаз 2πn (n=1,2,3…) имеют равные смещения, скорости и ускорения (синфазные колебания).
3. Скорость волны конечна и меняется при переходе в другую среду. Т.к. частота задается генератором, то при этом меняется длина волны.

Скорость продольной волны в твердом теле и упругих волн в жидкостях ,

где Е – модуль объемной упругости, а r - плотность.

Например, при нормальных условиях в воздухе – 330 м/с, в воде - 1430 м/с, в меди 3910 м/с, для алюминия 4880 м/с.

Скорость продольной волны в твердом теле больше, чем поперечной (применяется при исследовании землетрясений).

Волны в среде

Волновая поверхность – геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

Волновой фронт (фронт волны) – геометрическое место точек, до которых доходят колебания к данному моменту времени.

Луч- линия, перпендикулярная волновой поверхности. Показывает направление распространения волны (переноса энергии).

По виду волновой поверхности бывают:

- сферические;

- плоские и т.д.

Для сферической волны ампли­туда колебаний и энергия через единицу поверхности уменьшаются с ростом рас­стояния от источника, при этом амплитуда уменьшается обратно пропорционально расстоянию от точки наблюдения до источника, а энергия – обратно пропорционально квадрату этого расстояния.

Для плоской волны — амплитуда колебаний и энергия через единицу площади поверхнос­ти не меняются при отсут­ствии трения.