12. Продольные и поперечные волны. Скорость распространения и длина волны. Фазовая и групповая скорости волны. Уравнение бегущей волны.

Ответ. Продольная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны. Причиной возникновения продольной волны является деформация сжатия/растяжения, т.е. сопротивление среды изменению ее объема. В жидкостях или газах такая деформация сопровождается разрежением или уплотнением частиц среды. Продольные волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных. Примерами продольных волн являются волны в упругом стержне или звуковые волны в газах. Поперечная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении, перпендикулярном распространению волны. Причиной поперечной волны является деформация сдвига одного слоя среды относительно другого. При распространении поперечной волны в среде образуются гребни и впадины. Жидкости и газы, в отличие от твердых тел, не обладают упругостью по отношению к сдвигу слоев, т.е. не оказывают сопротивления изменению формы. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердых телах. Примерами поперечных волн могут служить волны, бегущие по натянутой веревке или по струне. Длина волны – это наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой. Также длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания частицы. λ=υT, где λ — длина волны, υ — скорость волны, T — период колебания. λ=υ/ν. Скорость волны — скорость распространения возмущения. Скорость волны зависит от строения вещества и взаимодействия между её молекулами (атомами). Поэтому в различных средах скорость одной и той же волны будет отличаться. Выразим скорость волны: как отношение длины волны к периоду колебаний: υ=λT; как произведение длины волны на частоту колебаний: υ=λν. Фазовая скорость – скорость, с которой распространяется поверхность одинаковых фаз. В отсутствие дисперсии фазовая скорость волн не зависит от частоты. Поэтому, если есть набор волн разных частот, все они будут двигаться с одной и той же скоростью и пакет, который они образуют в результате сложения, при движении не изменяет своей первоначальной формы. Групповая скорость волн — это скорость движения группы или цуга волн, которые образуют в каждый данный момент времени локализованный в пространстве волновой пакет. . Бегущие волны – это волны, которые переносят энергию в пространстве. Уравнение плоской бегущей волны ξ (x ,t ) = A cos ω ( t − x /υ ). Уравнение сферической бегущей волны. Сферическая волна – это волна, волновая поверхность которой является концентрической сферой. Такое уравнение примет вид: ξ (r,t) = A₀ /r cos (ωt − kr + φ₀), где r является расстоянием от центра волны до точки рассмотрения, k – волновое число.

13. Звуковые волны. Ультразвук и инфразвук. Действие ультразвука и инфразвука на биологические системы.

Ответ. Звуковая волна (звуковые колебания) — это передающиеся в пространстве механические колебания молекул вещества (например, воздуха). В результате каких-либо возмущений (например, колебаний диффузора громкоговорителя или гитарной струны), вызывающих движение и колебания воздуха в определенной точке пространства, возникает избыточное давление (поскольку воздух в процессе движения сжимается), толкающее окружающие слои воздуха. Эти слои тоже сжимаются, что, в свою очередь, снова создает избыточное давление, влияющее на соседние слои воздуха. Так, по цепочке, происходит передача первоначального возмущения в пространстве из одной точки в другую. Тело, создающее возмущение (колебания воздуха), называют источником звука. Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой. Мы воспринимаем колебания частой от 20 до 20000 Гц, как звук. Ультразвук - упругие колебания среды, волны лежащие в диапазоне выше слышимой области звуков (от 20000 Гц). Инфразвук - звуковые волны с частотой ниже, чем порог восприятия ухом человека (ниже 20 Гц). Ультразвук быстро затухает в воздухе, но хорошо распространяется в жидких средах. Инфразвук распространяется на большие расстояния во всех средах и мало подвержен поглощению. Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма: усталость, головная боль, сонливость, раздражение и др. Предполагается, что первичный механизм действия инфразвука на организм имеет резонансную природу. Воздействие ультразвука: микровибрации на клеточном и субклеточном уровне; разрушение биомакромолекул; перестройка и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран; тепловое действие; разрушение клеток и микроорганизмов.