Question

Какая общая особенность колебаний частиц среды при распространении волны?

Answer 1

  В этой модели инертные и упругие свойства разделены. Шарики обладают массой m, а пружинки – жесткостью k. С такой простой модели можно описать распространение продольных и поперечных волн в твердом теле. В продольных волнах шарики испытывают смещения вдоль цепочки, а пружинки растягиваются или сжимаются. Такая деформация называется деформацией растяжения или сжатия. В жидкостях или газах деформация такого рода сопровождается уплотнением или разрежением.   Продольные механические волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных.   Если в одномерной модели твердого тела один или несколько шариков сместить в направлении, перпендикулярном цепочке, то возникнет деформация сдвига. Деформированные при таком смещении пружины будут стремиться возвратить смещенные частицы в положение равновесия. При этом на ближайшие несмещенные частицы будут действовать упругие силы, стремящиеся отклонить их от положения равновесия. В результате вдоль цепочки побежит поперечная волна.   В жидкостях и газах упругая деформация сдвига не возникает. Если один слой жидкости или газа сместить на некоторое расстояние относительно соседнего слоя, то никаких касательных сил на границе между слоями не появляется. Силы, действующие на границе жидкости и твердого тела, а также силы между соседними слоями жидкости всегда направлены по нормали к границе – это силы давления. То же относится к газообразной среде. Следовательно, поперечные волны не могут существовать в жидкой или газообразной средах.Характеристики волн:   Амплитуда A колебания частиц – наибольшее отклонение колеблющейся частицы от положения равновесия.   Амплитуда - расстояние между гребнем волны (наивысшей точкой) и точкой покоя (нуль). Иначе говоря - половина расстояния между самой высокой и самой низкой точками. Чем больше амплитуда волны - тем громче звук, тем сильнее шторм…    Частота ν - число колебаний за 1 секунду.   Длина волны λ – расстояние между двумя соседними точками на оси OX, колеблющимися в одинаковых фазах.   Длина волны - расстояние между гребнями соседних волн.    Длина волны зависит от скорости распространения волны и от частоты колебания, породившего эту волну.   Расстояние, равное длине волны λ, волна пробегает за период T, следовательно,   λ = υT, где υ – скорость распространения волны или λ = υ/ν , где ν – частота колебаний   Волны распространяются в однородных средах с некоторой постоянной скоростью υ. Скорость распространения - сколько метров пробегает волна за секунду. Например, скорость распространения звуковой волны (скорость звука) - около 330 м/с. Например, при температуре 20 °С скорость распространения продольных волн в воде υ ≈ 1480 м/с, в различных сортах стали υ ≈ 5–6 км/с.Свойства механических волн   1. Отражение волн - механические волны любого происхождения обладают отражаться от границы раздела двух сред.   2. Преломление волн -  при распространении механических волн можно наблюдать и явление преломления: изменение направления распространения механических волн при переходе из одной среды в другую.   3. Дифракция волн - отклонение волн от прямолинейного распространения, то есть огибание ими препятствий.   4. Интерференция волн - взаимовлияние двух волн. В пространстве, где распространяются несколько волн, их интерференция приводит к возникновению областей с минимальным и максимальным значениями амплитуды колебанийИнтерференция и дифракция механических волн.   Если механическая волна, распространяющаяся в среде, встречает на своем пути какое-либо препятствие, то она может резко изменить характер своего поведения. Например, на границе раздела двух сред с разными механическими свойствами волна частично отражается, а частично проникает во вторую среду. Волна, бегущая по резиновому жгуту или струне отражается от неподвижно закрепленного конца; при этом появляется волна, бегущая во встречном направлении. В струне, закрепленной на обоих концах, возникают сложные колебания, которые можно рассматривать как результат наложения (суперпозиции) двух волн, распространяющихся в противоположных направлениях и испытывающих отражения и переотражения на концах. Колебания струн, закрепленных на обоих концах, создают звуки всех струнных музыкальных инструментов. Очень похожее явление возникает при звучании духовых инструментов, в том числе органных труб.   При наложении волн может наблюдаться явление интерференции. Явление интерференции возникает при наложении когерентных волн.   Когерентными называют волны, имеющиеколебания А = 2x0.Условие минимума