Распространение упругих колебаний. Волна

Распространение упругих колебаний. Волна На этом уроке мы будем изучать вопросы, связанные с распространением колебаний в упругой  среде. Вы узнаете, что такое волна, как она появляется, чем она характеризуется. Изучим  свойства и отличия продольных и поперечных волн. Мы переходим к изучению вопросов, связанных с волнами. Поговорим о том, что такое волна, как  она появляется и чем характеризуется. Оказывается, помимо просто колебательного процесса в  узкой области пространства, возможно еще и распространение этих колебаний в среде, именно  такое распространение и есть волновое движение. Перейдем к обсуждению этого распространения. Чтобы обсудить возможность существования  колебаний в среде, мы должны определиться с тем, что такое плотная среда. Плотной средой  называют такую среду, которая состоит из большого числа частиц, взаимодействие которых  очень близко к упругому. Представим следующий мысленный эксперимент. Рис. 1. Мысленный эксперимент Поместим в упругую среду шар. Шар будет сжиматься, уменьшаться в размерах, а потом  расширяться наподобие биения сердца. Что в этом случае будет наблюдаться? В этом случае  частицы, которые прилегают вплотную к этому шару, будут повторять его движение, т.е.  удаляться, приближаться – тем самым будут совершать колебания. Поскольку эти частицы  взаимодействуют с другими более удаленными от шара частицами, то они также будут совершать колебания, но с некоторым запаздыванием. Частицы, которые к этому шару прилегают вплотную,  совершают колебания. Они будут передаваться другим частицам, более далеким. Таким образом,  колебание будет распространяться по всем направлениям. Обратите внимание, в данном случае  произойдет распространение состояния колебаний. Такое распространение состояния колебаний мы и называем волной. Можно сказать, что процесс распространения колебаний в упругой среде  с течением времени называется механической волной. Обратите внимание: когда мы говорим о процессе возникновения таких колебаний, надо говорить о том, что они возможны, только если существует взаимодействие между частицами. Другими  словами, волна может существовать только тогда, когда есть внешняя возмущающая сила и силы, которые противостоят действию силы возмущения. В данном случае это силы упругости. Процесс  распространения в данном случае будет связан с тем, какова плотность и сила взаимодействия  между частицами данной среды.Отметим еще одну вещь. Волна не переносит вещества. Ведь частицы совершают колебания возле положения равновесия. Но вместе с тем волна переносит энергию. Этот факт можно  проиллюстрировать волнами цунами. Вещество не переносится волной, но волна переносит такую энергию, которая приносит большие бедствия. Продольные и поперечные волны Поговорим о типах волн. Существуют две разновидности – волны продольные и поперечные. Что  такое продольные волны? Эти волны могут существовать во всех средах. И пример с  пульсирующим шаром внутри плотной среды – это как раз пример образования продольной  волны. Такая волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени.  Вот это чередование уплотнения и разряжения и представляет собой продольную волну. Еще раз повторюсь, что такая волна может существовать во всех средах – жидких, твердых,  газообразных. Продольной называется волна, при распространении которой частицы среды  совершают колебания вдоль направления распространения волны. Рис. 2. Продольная волна Что касается поперечной волны, то поперечная волна может существовать только в твердых  телах и на поверхности жидкости. Поперечной называется волна, при распространении которой  частицы среды совершают колебания перпендикулярно направления распространения волны. Рис. 3. Поперечная волна Скорость распространения продольных и поперечных волн разная, но это уже тема следующих  уроков.   Список дополнительной литературы: . Физика: Механика. 10 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики / М.М. Балашов, А.И. и др.;  Под ред. Г.Я. Мякишева. – М.: Дрофа, 2002.