Поперечные и продольные волны. Волна и луч. Длина волны, скорость волны.

⇐ ПредыдущаяСтр 17 из 40Следующая ⇒

Волны, в которых колебания частиц среды, происходит перпендикулярно направлению распространению волны, называют поперечными. Поперечные волны состоят из чередующих выпуклостей и впадин. Поперечные волны возможны, когда упругие возвращающие силы появляются при изменении формы тел и могут возникать только в твердых телах и на поверхностях жидкостей. Волны, в которых колебания частиц происходят по прямой, вдоль которой распространяется волна, называют продольными. Они состоят из чередующихся смещений и разрежений и возможны когда упругие возвращающие силы появляются при изменении объема тела, поэтому продольные волны возможны в твердых телах, жидкостях и газах. Непрерывное геометрическое место точек волны колеблющихся в одинаковых фазах называют волновой поверхностью. Переднюю волновую поверхность, т.е. наиболее удаленную от источника создающего волны называют фронтом волны. Линия, вдоль которой распространяется фронт, называют лучом. В изотопных средах волновые поверхности сферические, а лучи прямые.

Величину l (лямбда), характеризующую перемещение волновой поверхности за один период колебаний источника волн называют длиной волны. Длину волны измеряют расстоянием, на которое перемещается волновая поверхность за один период колебаний источника волн. Длиной волны является расстояние между двумя ближайшими точками бегущей волны на одном луче, которые колеблются в одинаковой фазе. Скорость распространения колебаний в упругой среде называют фазовой скоростью волны. Так как за время равное периоду волна распространяется на расстояние l, то скорость волны равна: .

При переходе из одной среды в другую период и частота колебаний не изменяются, а длина волны изменяется в соответствии с изменением скорости.

Звуковые волны.

Как звук воспринимаются механические колебания диапазона частот 16 – 20 000 Гц. Механические колебания создают в упругой среде продольные волны соответствующей частоты. Скорость распространения звуковых волн зависит от плотности среды и ее температуры.

Колебания с частотой свыше 20 000 Гц называют ультразвуковыми. При воздействии на жидкость ультразвуком возникает явление кавитации – образуются полости (пустоты), которые с силой захлопываются. Это широко используется при дублении кожи, для получения эмульсий и суспензий в медицине, для чистки мелких деталей и стирки. Ультразвук широко используется в технике для неразрушающего контроля и в медицине для диагностики заболеваний (УЗИ). Интересно, что в голосе человека содержатся частоты 100 – 5000 Гц, дельфины же создают колебания диапазона 7000 – 170 000Гц. С помощью ультразвука ориентируются в пространстве летучие мыши, их слышат собаки и другие животные.

Колебания с частотой меньшей 16 Гц называют инфразвуковыми. Инфразвуки создают работающие механизмы, качающиеся деревья и другие объекты, искусственные высотные сооружения, волнующаяся морская поверхность и т.п. Инфразвуки оказывают на человека чаще всего отрицательное воздействие – повышенная утомляемость, раздражительность, дискомфортные ощущения в различных органах – головокружение, тошноту, боли в суставах и др. Инфразвуки из центра циклона воспринимают люди, имеющие ранения, больные ревматизмом и могут предсказывать наступление плохой погоды. По поведению прибрежных животных можно предсказать стихийные явления – тайфуны, цунами. В промышленности принимаются меры по уменьшению инфразвукового загрязнения окружающей среды.

ЗАДАЧИ К БЛОКУ 17

1. Маятник совершает 500 полных колебаний за 100 с. Определить период и частоту колебаний маятника.

Дано:

n = 500

t = 100 c

_______

Т –?

n –?

Решение:

Период измеряется временем, за которое совершается одно полное колебание

Частота измеряется числом полных колебаний в единицу времени.

Ответ: Т = 0, 2 с; n = 5 Гц

2. Определить период колебаний, если частота 500 Гц.

Дано:

n = 500 Гц

________

Т –?

Решение:

Ответ: 0, 002 с.

3. Средний расход энергии при одном полном колебании маятника составляет 0, 0002Дж. Сколько полных колебаний совершит маятник, если при его смещении от положения равновесия была сообщена дополнительная энергия 0, 2 Дж.

Дано:

Е₁= 0, 0002 Дж

Е = 0, 2 Дж

_____________

n -?

Решение:

Ответ: 1000.

4. Определить фазу колебаний через 13, 5 с от начала колебания, если его период равен 0, 6 с.

Дано:

t = 13, 5 с

Т = 0, 6 с

_________

j –?

Решение:

Фаза измеряется числом, показывающим, какая часть периода прошла с момента начала колебания

Фазу измеряют правильной дробью отбрасывая целые периоды j = 0, 5 или j = 1/2

Ответ: j = 1/2

5. Определить среднюю потерю энергии колеблющимся телом при одном полном колебании, если оно совершит 490 полных колебаний до остановки. На рисунке амплитуда в начале колебаний.

Дано:

m = 0, 4 кг

l = 1 м

j = 60°

n = 490

_________

Е₁ –?

Решение:

Когда тело отклонили от положения равновесия, оно получило избыточную потенциальную энергию (т. к. оно стало выше на h₁). Из чертежа видно, что: h₁= l – l₁; l₁= l × cos j; и значит: h₁= l – l × cos j = l ( 1 – cos j); и