15)Волны. Распространение волн в упругой среде. Поперечные и продольные волны. Фронт волны и волновые поверхности. Длина волны. Уравнение бегущей волны. (Савельев т.2 § 93-95).
Механизм образования механических волн в упругой среде. Если в каком-либо месте упругой среды (твердой, жидкой или газообразной) возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет распространяться в среде от частицы к частице с некоторой скоростью. Процесс распространения колебаний в пространстве называется волной. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t называется фронтом волны (волновым фронтом). В зависимости от формы фронта волна может быть сферической, плоской и др. ^ Волна называется продольной, если направление смещения частиц среды совпадает с направлением распространения волны. Продольная волна распространяется в твердых, жидких и газообразных средах. ^ Волна называется поперечной, если смещение частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечная механическая волна распространяется только в твердых телах (в средах обладающих сопротивлением сдвигу, поэтому в жидкостях и газах такая волна распространиться не может).
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.
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.
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 – частный случай волновой поверхности: 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).
5)Длина волны – расстояние, которое проходит волна распространяясь в данном периоде со скоростью v за период.
6)Длина волны – кратчайшее расстояние между двумя точке, колеблющимися в одинаковой фазе.
7)Волновая поверхность — геометрическое место точек, испытывающих возмущение обобщенной координаты в одинаковой фазе. Если источником волны является точка, то волновые поверхности в однородном и изотропном пространстве представляют собой концентрические сферы.
8)Фронт волны — геометрическое место точек, до которого к некоторому моменту времени дошёл колебательный процесс. Фронт волны — частный случай волновой поверхности.
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.