ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМА СТОЯЧИХ ВОЛН В РЕЗОНАТОРАХ.

1. Волны в упругой среде.

Если в каком-либо месте среды (твердой, жидкой или газообразной) возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание начнет распространяться в среде с некоторой скоростью v. Процесс распространения колебаний называется волной.

Если взаимосвязь между частицами среды осуществляется силами упругости, возникающими из-за деформации среды при передаче колебаний от одних частиц к другим, то волны называются упругими. Это, например, звуковые, сейсмические и другие волны.

Частицы среды, в которой распространяется волна, не переносятся волной, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия. Таким образом, от частицы к частице передается лишь состояние колебательного движения и его энергия. Переноса же вещества вдоль направления распространения волны не происходит. Данное утверждение справедливо для всех волн независимо от их природы. Это – основное свойство волны.

В зависимости от направления колебания частиц по отношению к направлению, в котором распространяется волна, различают продольные и поперечные волны. В продольной волне частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны, поэтому она представляет собой перемещение в пространстве областей сгущения и разрежения частиц. В поперечной же волне частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны.

Особо отметим, что упругие поперечные волны могут возникнуть лишь в среде, обладающей сопротивлением сдвигу. Поэтому в жидкой и газообразной средах возможно возникновение только продольных волн. В твердой среде возможно возникновение как продольных, так и поперечных волн.

На рис 1. показано движение частиц при распространении в среде поперечной волны.

Рис 1. Распространение волн в упругой среде.

На данном рисунке номерами 1,2,3 и т.д. обозначены частицы, отстоящие друг от друга на расстоянии, проходимом волной за четверть периода колебаний, совершаемых частицами.

В начальный момент времени (t = 0) все точки расположены на прямой и ни одна из них не выходит из положения равновесия. Приведем точку 1 в гармоническое колебание с периодом Т, направленное перпендикулярно линии 1-5. Так как частицы среды связаны между собой силами упругости, они тоже приходят в колебания, но с некоторым запаздыванием. Через четверть периода точка 1 отклонится от линии равновесия на максимальное смещение. Колебание начали все точки, лежащие слева от точки 2. По истечении времени начнет подниматься вверх и точка 2, а точка 1 начнет движение вниз. При , первая точка вернется в положение равновесия, вторая точка достигнет максимального отклонения, и колебания дойдут до точки 3. При точка 1 достигнет максимального отрицательного смещения, точка 2 вернется в положение равновесия и колебания достигнут точки 4. Наконец, за время, равное периоду t = Т, точка 1 вернется в положение равновесия, совершив полностью одно колебание. Колебания распространились до точки 5, все колеблющиеся точки образуют волну. При дальнейших колебаниях точек волновой процесс распространится вправо от точки 5. В рассмотренном случае образования поперечной волны каждая частица движется только вверх и вниз. У наблюдателя же создается впечатление, что «волна бежит», хотя в действительности происходит только передача движения от одной точки среды к другой.