Распространение колебания. Волны и их характеристики.

Механические волны – процесс распространения механических колебаний в среде (жидкой, твердой, газообразной).

Следует запомнить, что механические волны переносят энергию, форму, но не переносят массу.

Важнейшей характеристикой волны является скорость ее распространения. Волны любой природы не распространяются в пространстве мгновенно, их скорость конечна.

Различают два вида механических волн: поперечные и продольные.

1.Поперечные волны:

Волны называются поперечными, если частицы среды колеблются перпендикулярно (поперек) лучу волны. Они существуют в основном за счет сил упругости, возникающих при деформации сдвига, а поэтому существуют только в твердых средах.

На поверхности воды возникают поперечные волны, так как колеблется граница сред.

В поперечных волнах различают горбы и впадины.

Длина поперечной волны - расстояние между двумя ближайшими горбами или впадинами.

2.Продольные волны:

Волны называются продольными, если частицы среды колеблются вдоль луча волны. Они возникают за счет деформации сжатия и напряжения, поэтому существуют во всех средах.

В продольных волнах различают зоны сгущения и зоны разряжения.

Длина продольной волны - расстояние между двумя ближайшими зонами сгущения или зонами разряжения.

Введем основные понятия, которые необходимо знать для рассмотрения волнового движения:

1) Луч волны - направление распространения волны;

2) Волновой фронт (фронт волны) - геометрическое место множества точек, до которых дошло колебание к данному моменту времени;

3) Волновая поверхность - геометрическое место множества точек, колеблющихся в одинаковой фазе. Луч волны всегда перпендикулярен волновой поверхности;

4) Длина волны - путь, пройденный волной за период (или расстояние между точками, колеблющимися с разностью фаз два пи). Волновой процесс периодичен во времени и пространстве (периодичность процесса во времени характеризуется периодом; периодичность процесса в пространстве характеризуется длиной волны).

Если же газ, жидкость или твердое тело заполняет некоторую область пространства (сплошная среда), то возникшие в одном месте колебания распространяются по всем направлениям. При этом общая картина распространения волн остается прежней, но имеются и некоторые особенности.

Общие принципы, описывающие поведение волн, впервые были выдвинуты современником Ньютона, голландским ученым Христианом Гюйгенсом:

1) каждая точка среды, до которой дошло колебание становится источником вторичных волн;

2) волновой фронт в новый момент времени является огибающей вторичных волн.

Френель уточнил второе положение: волновой фронт в новый момент времени - результат интерференции вторичных волн.

Законы отражения волн от границы раздела двух сред:

Первый закон: луч падающей волны, луч отраженной волны и перпендикуляр, восстановленный в точке падения к границе раздела сред, лежат в одной плоскости.

Второй закон: угол падения равен углу отражения.

На границе раздела двух сред с различными свойствами происходит не только отражение волн, но и их преломление. Преломление - изменение направления распространения волны при переходе из одной среды в другую.

Законы преломления волн:

Первый закон: падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения к границе раздела сред, лежат в одной плоскости.

Второй закон: при любых углах падения отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данный двух сред величина постоянная, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Относительный показатель преломления показывает во сколько раз скорость волны в первой среде больше (или меньше) скорости волны во второй среде.

* При преломлении частота колебаний волн не меняется.

Второй закон отражения, как и второй закон преломления, доказываются с помощью принципа Гюйгенса.

⇐ Предыдущая 12