Презентация "Распространение колебаний. Волны."

Распространение колебаний в различных средах. Волны.

Мы продолжаем изучать тему «Колебания». И переходим к новому моменту в теме «Распространение колебаний в различных средах», а также рассмотрим продольные и поперечные волны, рассмотрим вопросы, связанные с тем, что такое волна, как она появляется и чем характеризуется.

Нужно подчеркнуть очень важную особенность, что могут существовать не просто колебания в том привычном понимании, как мы себе это представляем (маятники), но и распространение этих колебаний в среде. Другими словами мы должны с вами отметить следующее, что в данном случае может распространяться состояние колебания. Мы должны четко понимать, что есть колебание частиц, а есть распространение состояния колебания. Вот это распространение состояния колебания мы с вами очень часто наблюдаем на поверхности воды.

Давайте перейдем к обсуждению этого распространения. Для того чтобы обсудить возможность существования колебаний в среде мы должны в первую очередь понять что такое плотная среда. Плотной средой мы будем называть такую среду, которая состоит из большого числа частиц (атомов и молекул). И с другой стороны мы понимаем, что взаимодействие этих частиц очень близко к упругому взаимодействию. Таким образом упругая среда – это плотная среда в которой взаимодействие частиц напоминает упругое взаимодействие.

Давайте представим такой эксперимент: вот в такую среду мы поместим шар и этот шар будет сжиматься в размерах и расширяться, наподобие биения сердца. Что же в этом случае будет наблюдаться? В этом случае частицы, которые вплотную прилегают к шару будут повторять его движения, то есть удаляться, приближаться и тем самым совершать колебательные движения. Но поскольку эти частицы взаимодействуют с другими, более удаленными частицами от этого шара, то соответственно они так же будут совершать колебательные движения, но уже с некоторым запаздыванием. То есть частицы, которые прилегают к этому шару вплотную совершают колебания и это колебание будет передаваться другим частицам, более удаленным. И таким образом колебание будет распространяться по всем направлениям. Обратите внимание: распространение состояния колебания в данном случае произойдет. Вот такое распространение состояния колебания мы и называем волной.

Можно сказать, что процесс распространения состояния колебаний в упругой среде с течением времени называется механической волной.

Обращаю ваше внимание, что когда мы говорим о таком процессе возникновения таких колебаний, распространении таких колебаний, то следует помнить, что они возможны только в том случае, если есть взаимодействие между частицами. То есть другими словами волна может существовать только тогда, когда есть внешняя возмущающая сила и силы, которые противостоят этой силе (возвращают частицы в начальное положение), то есть силы упругости среды.

Как мы с вами уже говорили, процесс колебания происходит с некоторым запаздыванием, то есть в данном случае мы говорим о времени распространения. Процесс распространения, таким образом, будет связан с тем, какова плотность и какова сила взаимодействия между частицами в данной среде.

И вот здесь необходимо отметить очень важную вещь: волна в этом случае не переносит вещества. Ведь частицы совершают колебания возле положения равновесия. Но вместе с тем волна переносит энергию. Вот это очень важная вещь. И в этом случае необходимо сразу проиллюстрировать это такими волнами как цунами. В данном случае вещество не переносится волной, но волна переносит такую энергию, что может принести, а зачастую и приносит большие бедствия.

Ну и какие же волны встречаются у нас в природе? На самом деле разновидностей волн очень и очень много. О каждой из них мы поговорим в свое время, а поскольку сегодня мы говорим о механических волнах, то нужно отметить что существует две разновидности таких волн: это волны продольные и поперечные.

Что же такое продольные волны? Продольные волны встречаются чаще всего, потому что эти волны могут существовать во всех абсолютно средах. И вот тот пример с пульсирующим шаром внутри плотной среды это как раз пример образования продольной волны. Что собой представляет такая волна? Она представляет собой распространение в пространстве с течением времени определенных возмущений. И эти возмущения выглядят следующим образом: уплотнение среды и разрежение. То есть те места, где частицы близко подходят друг к другу и те места, где частицы находятся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Вот эта чередование уплотнений и разряжений и представляет собой продольную волну. Еще раз повторю, что такая волна может существовать во всех средах: жидких, твердых, газообразных.

А теперь рассмотрим пример другого вида волн – поперечных. Поперечная волна может существовать только в твердых телах и еще на поверхности жидкости. Связанно это с тем, что в данном случае играет роль деформация, а такой вид деформации присущ только твердым телам или поверхности жидкости. Обращаю ваше внимание на то, что скорость распространения продольных и поперечных волн разная, но об этом мы будем говорить позже. А сейчас давайте посмотрим, как на рисунке изображается продольная и поперечная волны.

Итак, посмотрите – продольные волны – это тогда когда частицы совершают колебания вдоль направления распространения волны. Вот представьте себе, что волна распространяется вдоль оси Х и скорость направлена вдоль оси Х и волна движется в этом направлении. Заметьте, что частицы совершают колебания тоже вдоль оси Х вправо – влево. В результате эту волну пронаблюдать очень сложно. Вот почему волну цунами очень тяжело увидеть, заметить ее. Дело все в том, что никаких гребней, никаких впадин у такой волны нет, она смещается вправо – влево, частицы смещаются, и соответственно волна образуется именно таким движением. Соответственно скорость таких волн достаточно велика.

А вот что касается поперечных волн, то частицы смещаются вверх и вниз, а скорость распространения волны направлена вдоль оси Х. И такую волну мы можем часто наблюдать на поверхности воды с ярко выраженным гребнем и впадиной.

Еще раз напомню, что волны не переносят вещество, но переносят энергию.

Напомню: сегодня мы с вами поговорили о двух разновидностях волн, механических волн: продольных и поперечных. И связано их распространение, скорость их распространения, с плотностью среды. Давайте для закрепления материала ответим на следующие вопросы.

ДЗ: §28, вопросы к параграфу.

Скачано с www.znanio.ru