| Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно
Что такое механические волны? Какие основные формулы механических волн?
167

Что такое механические волны? Какие основные формулы механических волн?

Содержание:





Если элементарные частицы, из которых состоит материя, заставить колебаться, эти движения передаются соседним атомам, молекулам и так по цепочке. Так возбуждаются механические колебания, большинство из которых мы воспринимаем как звук, часть наблюдаем визуально, например, волна на поверхности воды. Рассмотрим виды колебаний в физике, уравнение волны, их разновидности.

GeekBrains

Что такое волна

Если атомы и молекулы вещества, например, за счёт внешнего воздействия, заставить колебаться – ударить по куску металла молотком – движение передастся всем элементарным частицам вещества. Распространение колебательного движения в среде называется механической волной. 

Механические волны переносят энергию и форму, но не массу вещества. Скорость их распространения конечна, зависит от параметров среды, полученного ею возмущения. Для передачи энергии возмущения требуется материальная среда: газ, твёрдое вещество, жидкость, способные запасать два типа энергии: потенциальную и кинетическую. Она должна характеризоваться упругостью и массой – это все окружающие нас вещества.

Для создания образа рассматриваемого явления представьте, что все вещества состоят из шариков – атомов и молекул, соединённых пружинками.

Что такое волна



Виды

Различают пару разновидностей волн: поперечные и продольные, распространяющиеся по поверхности жидкости волны имеют обе составляющие.

Различают пару разновидностей волн: поперечные и продольные, распространяющиеся по поверхности жидкости волны имеют обе составляющие.



Поперечные волны

К ним относятся колебания, распространяющиеся перпендикулярно вектору волны – поперек луча. Передаются за счёт силы упругости, возникающей вследствие деформации сдвига. Характерны только для веществ в твёрдом состоянии. Возникают на границах сред. Поперечные волны характеризуются наличием впадин и горбов, их длина измеряется как расстояние между ближайшими горбами.

Поперечные волны

Возникает волна вследствие смещения элементов перпендикулярно направлению описанной ранее цепочки из шариков с пружинок. Вследствие деформации последние стремятся вернуться в прежние положения для восстановления равновесия. При этом ближайшие частицы также смещаются, увлекая за собой соседние.



Продольные волны

Продольными называются колебания, когда элементарные частицы движутся вдоль вектора распространения механической волны. Появляются благодаря силам напряжения и деформации, возникают в газообразных, жидких и твёрдых субстанциях. В них различают области разрежения и сгущения. Длина продольной волны – расстояние между центрами двух одноименных зон.

Продольные волны

Интересный факт. Продольные волны в твердой материи распространяются быстрее поперечных, что применяется сейсмологами. Так они рассчитывают расстояние от сейсмостанции до эпицентра землетрясения. Фиксируется продольная волна – она быстрее поперечной, затем – поперечная. Зная разницы их скорости и времени прохождения, вычисляют расстояние до очага подземных толчков. 



Основные понятия

Для описания явления в физику ввели следующие понятия:
  1. Луч или направление волны – указывает, куда она движется.
  2. Поверхность волны – множество колеблющихся в одной фазе точек.
  3. Фронт – точки в среде, к которым на текущий момент успело добраться механическое возмущение.
  4. Длина – расстояние между ближайшими пиками или пройденное за один период.
  5. Периодичность – период повторения колебательных движений среды.
  6. Частота – одна из основных характеристик, показывает число повторений процесса за единицу времени. Измеряется в герцах.

Что такое фаза колебаний в физике, стоит рассмотреть подробнее. Фазой описывается любой волновой процесс: показывает отличия между парой колебательных движений, текущее состояние системы.

Что такое фаза колебаний в физике, стоит рассмотреть подробнее. Фазой описывается любой волновой процесс: показывает отличия между парой колебательных движений, текущее состояние системы.

Поведение волн описывается голландским физиком Гюйгенсом:

  • Точка среды, куда добралось колебание, превращается в источник вторичных механических волн.
  • Волновой фронт – огибающая вторичных волн, является результатом их взаимного усиления либо погашения.

К механическим, как и оптическим, волнам применимы:

  • Оба закона отражения.
  • Закон преломления волн на границе сред.


Механические волны: формулы для описания явлений

Для рассматриваемых процессов в физике применяется ряд взаимозависимостей.

Формула максимальной скорости колебаний представлена произведением круговой частоты ω на амплитуду движения A:

υmax = A * ω.

Амплитуда – пиковое отклонение частицы от своего местоположения. Ниже – формула амплитуды волны, выведенная из предыдущего выражения:

A = υmax : ω

Далее – формула фазы колебаний:

ϕ = ωt + ϕ0, где:

  • ωt – функция времени;
  • ϕ0 – начальная фаза.

Сдвиг фаз показывает разность между двумя фазами, периодически меняющимися во времени с одинаковой скоростью. Разность фаз колебаний описывается формулой:

φ = 2π * t : T, здесь:

  • t – часть периода смещения, определяемая путём наложения синусоид;
  • T – период, обратно пропорциональная частоте величина: T = 1 : υ.
Поделитесь в социальных сетях:
30 октября 2021, 19:23


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».