Упругие волны

Волны

Если в каком-либо месте упругой среды (твердой, жидкой или газообразной) возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет распространяться в среде от частицы к частице с некоторой скоростью v.

Процесс распространения колебаний в сплошной среде (пространстве) называется волновым процессом (или волной).

При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества.

Различаются следующие типы волн: волны на поверхности жидкости, упругие волны, электромагнитные волны.

Упругими (или механическими) волнами называются механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и поперечные.

В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны. Продольные волны могут распространяться в средах, в которых возникают упругие силы при деформации сжатия и растяжения, т.е. твердых, жидких и газообразных телах.

В поперечных волнах частицы среды колеблются в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Поперечные волны могут распространяться в среде, в которой возникают упругие силы или деформации сдвига, т.е. только в твердых телах.

Упругая волна называется гармонической (или синусоидальной), если колебания частиц среды при распространении волны являются гармоническими.

Рис. 1

На рис. 1 представлена гармоническая поперечная волна, распространяющаяся со скоростью v вдоль оси х, т.е. приведена зависимость смещения x частиц среды, участвующих в волновом процессе, от расстояния х этих частиц (например, частицы В) от источника колебаний О для какого-то фиксированного момента времени t.

Расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны l.

Длина волны равна тому расстоянию, на которое распространяется определенная фаза колебаний за период, т.е.

l = v × T,

или учитывая

,

где f – частота колебаний, получаем

.

Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется волновым фронтом.

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью.

Волновых поверхностей можно провести бесчисленное множество, а волновой фронт в каждый момент времени один. Волновой фронт также является волновой поверхностью.

Волновые поверхности могут быть любой формы.

Если волновые поверхности представляют собой множество параллельных друг другу плоскостей, то волна называется плоской волной.

Если волновые поверхности представляют собой множество концентрических сфер, то волна называется сферической волной.

Дата добавления: 2015-06-04