Механические волны Что такое волна Если посмотреть

Механические волны

Что такое волна? Если посмотреть на пшеничное поле в ветреную погоду, то мы увидим, что оно «волнуется» , что вдоль него что-то перемещается. Не ясно что, ведь стебли остаются на месте. Они лишь наклоняются, выпрямляются, снова наклоняются и т. д. Если взять шнур и закрепить один его конец, а другой привести в колебательное движение, то мы увидим, что вдоль шнура «бежит» волна. Если мы бросим камень в воду, то вокруг места падения камня «пойдёт круги» . Эти круги – тоже волны. Источниками волн являются колебания. Колеблются стебли растений, деформируемые ветром, колеблются частицы воды, колеблется конец шнура. А колебания, возникшие в одном месте, передаются другим частицам. То, что мы называем волной, и есть распространение колебаний от точки к точке, от частицы к частице.

Моделью образования волны в шнуре может служить цепочка шариков, имеющих массу, между которыми действует сила упругости (см. рисунок на следующем слайде). Вообразим, что между шариками расположены маленькие пружинки. Пусть шарик 1 отведен вверх и отпущен. Пружинка, связывающая его с шариком 2, при этом растянется, возникнет сила упругости, которая действует не только на шарик 1, но и на шарик 2. Следовательно, начнёт колебаться и шарик 2. Это приведёт к деформации следующей пружинки, так что начнёт совершать колебания и шарик 3 и т. д. Поскольку у всех шариков одинаковые массы и силу упругости, то все шарики будут колебаться – каждый около своего положения равновесия – с одинаковыми периодами и одинаковыми амплитудами. Однако все шарики обладают инертностью (так как у них есть масса), поэтому колебания шариков начнутся не одновременно, поскольку на изменение их скорости требуется время. Поэтому 2 -я точка начнёт колебаться позже, чем 1 -я, 3 -я позже, чем 2 -я, 4 -я позже, чем 3 -я и т. д. Если наблюдать за любой точкой шнура, мы увидим, что каждая точка совершает колебания с тем же периодом Т.

Хотя все точки шнура колеблются с одинаковой частотой, эти колебания «смещены» относительно друга во времени. Именно вследствие этого смещения во времени и возникает волна. Например, колебания точки 2 отстают от колебаний точки 1 на четверть периода. А колебания точки 3 отстают от колебаний точки 2 на один целый период Т. Отсюда следует важный вывод: точки 2 и 3 движутся одинаково. Расстояние между ближайшими точками волны, которые движутся одинаково, называется длиной волны и обозначается . Итак, механические волны – это механические колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени.

Скорость волны За время, равное одному периоду Т, каждая точка среды совершила одно колебание и, значит, вернулась в то же самое положение. Следовательно, волна сместилась в пространстве как раз на одну длину волны. Таким образом, если обозначить скорость распространения волны , получим, что скорость волны = Т Так как Т = 1/ , тогда получим, что скорость волны, длина волны и частота волны связаны соотношением = .

Два вида волн ПРОДОЛЬНЫЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ Волны, в которых частицы среды при колебаниях смещаются вдоль направления распространения волны Волны, в которых частицы среды при колебаниях смещаются в направлении, перпендикулярном направлению аспространения р волны Деформации в среде при распространении продольной волны – деформации растяжения и сжатия. Таким образом, деформации в среде при распространении поперечной волны – это деформации сдвига в направлении, перпендикулярном направлению аспространения р волны.

ПРОДОЛЬНЫЕ Такие деформации присутствуют во всех средах, так как изменению объёма «сопротивляется» любая среда. ПОПЕРЕЧНЫЕ Поперечные волны могут распространятся только в твёрдых телах. Такие волны обусловлены деформациями сдвига, а в жидкостях и газах не существует такого вида деформации: жидкости и газы не «оказывают сопротивления» изменению формы (в данном случае мы рассматриваем распространение волн в однородной среде. Не рассматриваем случай распространения волны вдоль границы двух сред).

Что переносят волны? В приведённые примерах видно, что вещество не перемещается вдоль направления распространения волны, т. е. волны не переносят вещество. Однако волны переносят энергию: ведь волна – это колебание, распространяющиеся в пространстве, а любые колебания обладают энергией. Ещё больше информации на сайте http: //class-fizika. narod. ru/9_24. htm Домашнее задание: повторить (выучить) тему «Звук» - 8 класс