Механические волны

Волны

Автор: Апрельская Валентина Ивановна учитель физики МБОУ «СОШ №11» ИГО СК категория высшая

Повторим

Повторим

Повторим

Если в каком-нибудь месте твердой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то вследствие взаимодействия атомов и молекул среды колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью.

Процесс распространения колебаний в среде называется волной

Упругая волна

Если тело находится в упругой среде, то колебательное движение деформирует эту среду. Из-за взаимодействия соседних частиц среды деформация передается от одних участков к другим.

Например, волна на озере, если бросить камень: камень вызывает деформацию, которая распространяется в упругой среде - воде.

В жидкостях расстояние между молекулами значительно меньше. Молекулы совершают колебательное и поступательное движения. Молекулы через малые промежутки времени скачкообразно переходят в новые положения равновесия (мы наблюдаем текучесть жидкости).

В твердых телах молекулы колеблются и очень редко перемещаются (только при увеличении температуры).

Для возникновения механической волны необходимо выполнение двух условий:

• наличие источника волны

(им может быть любое колеблющееся тело)

• упругой среды

(газа, жидкости, твердого вещества)

Ветер нарушает равновесие морской поверхности, кажется, что море надвигается на берег, но это не так. Не перемещается по полю колосья, когда «волнуется нива», она только наклоняется и снова распрямляется.

Основное свойство всех волн заключается в переносе ими энергии без переноса вещества

ϑ

В процессе распространения частицы среды лишь совершают колебания около положений равновесия

Поперечные волны

Если в волне частицы среды испытывают смещение в направлении, перпендикулярном направлению распространения, то волна называется поперечной .

Поперечные волны не могут существовать

в жидкой или газообразной средах

Волны на поверхности воды

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 появится. 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. Если один или несколько шариков сместятся в направлении, перпендикулярном цепочке, то возникает деформация сдвига. В результате вдоль цепочки побежит поперечная волна.

11

Волны на поверхности воды

Волны на поверхности жидкости имеют как поперечную, так и продольную компоненты .

Продольные волны

Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, то волна называется продольной .

В жидкостях или газах деформация такого рода сопровождается уплотнением или разрежением.

Продольные механические волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных

Волны в природе

Волны, наблюдаемые в природе, нередко переносят огромную энергию и являются причиной разрушений.

Например, морские волны, а особенно цунами, обладают большой мощностью. Сейсмические волны распространяются в земной коре при землетрясениях или мощных взрывах.

При землетрясениях происходят сдвиги земной коры, достигающие 10-15м.

Предотвратить землетрясение невозможно, но их можно предсказать при помощи специального прибора - сейсмографа.

Основная часть прибора - маятник, начинающий колебаться при появлении сейсмических волн

Характеристики волны

Длина волны - это расстояние между двумя ближайшими горбами или впадинами поперечной волны, или расстояние между двумя ближайшими сгущениями или разрежениями продольной волны.

Скорость волны - это скорость распространения колебаний.

Период − минимальный интервал времени, через который характер движения частиц среды повторяется

Наибольшая скорость распространения волн в твердых телах, наименьшая - в газах.

Смещение y  ( x ,  t ) частиц среды из положения равновесия в синусоидальной волне зависит от координаты x на оси OX , вдоль которой распространяется волна, и от времени t по закону:

– так называемое волновое число ,

ω = 2π ν – круговая частота.

При распространении бегущей волны возникает поток энергии, пропорциональный скорости волны

и квадрату ее амплитуды

На границе раздела двух сред с разными механическими свойствами волна частично отражается, а частично проникает во вторую среду

Волновая поверхность – это геометрическое место точек среды, колеблющихся в одинаковой фазе

Фронт волны (волновой фронт) – геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t  .

Фронт волны отделяет часть пространства, вовлеченную в волновой процесс, от области, где колебания еще не возникли