Механические волны

Многие колебательные процессы в Природе сопровождаются распространением волн. Рассмотрим подробнее особенности одного из видов волн – механических.

Механическая волна и ее возникновение

Механическая волна – это процесс распространения возмущений в материальной среде (чаще всего в каком-то веществе).

Для возникновения волны необходимо начальное воздействие, при котором колебания (свободные или вынужденные) возникают только в одной или нескольких «начальных» материальных точках среды.

В материальной среде все точки связаны друг с другом, поэтому колебательные движения начальных точек будут влиять на соседние точки, и воздействие будет периодическим, в соответствии с исходными колебаниями. В результате и соседние точки также придут в колебательное движение.

Далее, соседние точки начнут воздействовать (и опять, периодически) на более дальних соседей, и так колебательное воздействие будет распространяться по всем точкам среды. А поскольку воздействие распространяется с какой-то задержкой, то в среде будут точки, которые только начнут движение «вперед», в то время, как начальная точка уже может двигаться «назад», то есть, колебательный процесс «отрывается» от его источника, и распространяется в среде.

Такой процесс называется «волной».

Волны и их распространение

Рис. 1. Волны и их распространение.

Условия распространения волн

Из описания процесса возникновения волны можно вывести условия, необходимые для ее возникновения. Это:

  • Наличие источника колебаний.
  • Наличие упругой среды без разрывов.

Источник колебаний может быть как внешним (воздействие со стороны тела, не связанного со средой), так и внутренним (изменения упругих свойств самой среды за счет изменения внутренней энергии).

Упругость среды обеспечивает «связь» соседних точек среды. Именно за счет сил упругости колебательный процесс одних точек передается соседним точкам. Отсутствие разрывов также важное условие – в месте разрыва невозможна передача воздействия, волна здесь распространяться не будет.

Условия распространения волн

Рис. 2. Условия распространения волн.

Виды и характеристики механических волн

Механические волны делятся на два вида – продольные и поперечные, в зависимости от ориентации колебаний отдельных частиц. Так, колебания частиц воды при возникновении волн возникают в вертикальной плоскости. При этом волна распространяется горизонтально. Такая волна называется поперечной. Продольная волна – это, например, волна колебаний в длинной пружине. Если одна часть пружины совершает частые мелкие колебания, то эти колебания доходят до другой части в результате волнового процесса, который будет продольным. Продольными также являются звуковые волны. Звук – это распространяющиеся продольные уплотнения воздуха или другой среды.

Рис. 3. Продольные и поперечные волны.

Формула механических волн может быть достаточно сложной, однако, волна любого вида может быть представлена в виде бесконечной суммы простейших волн, описываемых законом синуса, называемых гармоническими:

$$x=Asin(\omega t+\varphi)$$

Характеристики гармонической волны включают параметр $A$ – амплитуду, параметр $\omega$ – частоту параметр $\varphi$ – фазу.

Что мы узнали?

Механические волны – это процесс распространения возмущений в материальной среде. Механические волны бывает продольными и поперечными. Любая волна может быть представлена в виде суммы простейших гармонических составляющих.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Механическая волна – это процесс…

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6. Всего получено оценок: 224.

Предметы