Упругие волны и упругая среда в физике, какие волны являются упругими

Расположенное в упругой среде тело, или само являющееся таковой, деформируется под воздействием колебательных движений. Процесс распространения в ней колебательного движения называется волной. В жизни такие процессы проявляются в виде вибраций и звуков. Рассмотрим, какие волны являются упругими, как они классифицируются. Разберёмся, чем отличаются, где, при каких условиях возникают.

Теория

Упругая среда в физике называется линейной, её деформация пропорциональна приложенной силе. Для примера: при несильном ударе по стальному предмету вы услышите его звон. Звук генерируется вследствие смещения (колебания) атомов и молекул кристаллической решётки металла – амплитуды их движения повышаются. Расположенные у поверхности частицы получат механическую энергию – тело деформируется, далее она по цепочке распространяется по всему его объёму. Возбуждается каждый атом или молекула предмета.

Смещения элементарных частиц пропорциональны силе удара, если она небольшая, не оставляет после себя невозвратных деформаций – вмятин.

Упругие (механические) волны распространяются только в линейной среде. Вызывающее их тело называется источником волн либо колебаний. При таких движениях масса вещества остаётся статичной, ведь атомы колеблются возле своих стационарных мест, как и в состоянии покоя, но с большей амплитудой. Среднее их положение остаётся неизменным.

Виды колебаний

Линейные волны разделяют на три типа: поперечные (S), продольные (P),  поверхностные. Для простоты восприятия информации и понимания процесса представим элементарные частицы, из которых состоит вещество, в виде крохотных шариков, связи между ними – это миниатюрные пружинки. Рассмотрим на примере двухмерного колебания, ведь в объёме вещества происходят схожие, но более сложные процессы.

При продольном распространении волн (в газах и жидкостях распространяются только они) шары смещаются вдоль цепочек, пружины при этом то растягиваются, то сжимаются, передавая механическое усилие от одного элемента к другому. Продольные волны распространяются быстрее иных, первыми регистрируются сейсмографами, их до возникновения землетрясения чувствуют животные. Называются волнами сжатия, потому что газы с жидкостями при этом локально незначительно разрежаются или уплотняются. Процесс присущ и твёрдым телам, но в незначительных масштабах, которыми преимущественно пренебрегают.

Звуки – продольные волны.

Поперечные волны возникают, когда шары под действием внешних сил начинают смещаться перпендикулярно пружинкам – образуется сдвиг или деформация сдвига. Распространяются только в твёрдых предметах, газам и жидкостям не присущи. Пример – бегущая по струнам волна.

Поверхностные колебания – комбинация двух предыдущих, встречаются вдоль и поперёк направления распространения волны.

Также волны разделяют на бегущие – переносят энергию и стоячие – появляются вследствие встречи пары бегущих волн, энергию не переносят.

Расскажите, какие волны называются упругими, какие их виды существуют.

Тест

Для закрепления материала.

Укажите, какие из приведенных ниже волн являются упругими:

1. Звук – механические колебания среды.


2. Электромагнитное излучение.


3. Бегущая по поверхности жидкости волна.

В каких средах распространяются механические волны?

1. Твёрдые.


2. Любые.


3. Газообразные.

Продольные волны являются волнами…

1. Кручения и разрежения;


2. Сжатия и сдвига;


3. Разрежения и сжатия.

Правильные ответы:

1. A;


2. B;


3. C.