Классификации волн

Имеется множество классификаций волн, различающиеся по своей физической природе, по конкретному механизму распространения, по среде распространения и т. п.

Влияние субстанции

Особенности физической среды, в которой распространяются волны, накладывают особенности на характер их распространения, оставляя неизменными базовые волновые свойства. В связи с этим различают:

• механические упругие волны в твёрдых, жидких, газообразных материалах:

  • волны на границе двух сред (поверхностные волны),;

  • Продольные волны в субстанции;

  • поперечные волны

    • волны сдвиговой деформации

    • компаундные волны, возникающие в результате суперпозиции продольных противофазных волн в средах без сдвиговой деформации (жидких, газообразных)

• Электромагнитные волны

  • Поперечные электромагнитные волны (радиоволны, свет, рентгеновские лучи), в определённой степени аналог компаундных волн, поскольку образуются переменными во времени диполями, характеристика этих волн распространения в пространстве аналогична акустическим ^[9];

  • Продольные ЭМ волны, возникающие при униполярном возбуждении переменным во времени монополем: Схема радиально расположенных диполей (красный цвет соответствует положительному заряду, а синий - отрицательному заряду диполя) ^[10];

• волновые процессы в проводящих средах, в т.ч. и волны в плазме.;

• гравитационные волны;

По отношению к направлению колебаний частиц среды продольные волны (волны сжатия, P-волны) — частицы среды колеблются параллельно (по) направлению распространения волны (как, например, в случае распространения звука); поперечные волны (волны сдвига, S-волны) — частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред); волны смешанного типа. По геометрии фронта волны (поверхности равных фаз) плоская волна — плоскости фаз перпендикулярны направлению распространения волны и параллельны друг другу; сферическая волна — поверхностью равных фаз является сфера; цилиндрическая волна — поверхность фаз напоминает цилиндр. спиральная волна — образуется в случае, если сферический или цилиндрический источник/источники волны в процессе излучения движется по некоторой замкнутой кривой. В этом типе волн само излучение источника может и не зависеть от времени[11].

По математическому описанию

• линейные волны — волны с небольшой амплитудой, свойства которых описываются стандартным волновым уравнением для идеальной субстанции;

• нелинейные волны — волны с большими амплитудами, что приводит к возникновению совершенно новых эффектов и существенно изменяет характер уже известных явлений. К ним, в частности, относят:

  • волны в средах с нелинейными параметрами, изменяющимися со степенью возмущения среды, волны в неоднородных средах;

  • солитоны (уединённые волны);

  • ударные волны сопровождающиеся нормальными разрывами.

Часто к нелинейным волнам относят поверхностные волны, сопутствующие продольным волнам в ограниченном объёме сплошной среды. В действительности эффект возникает в связи со смещенным на π/2 наложением линейных продольных и обусловленных ими поперечных колебаний при сжатии элементарных объёмов среды ^[5]. Возникающая при этом негармоничность результирующих колебаний способна привести к поверхностному разрушению материала при значительно меньших внешних нагрузках, чем при нелинейных статических явлениях в материале. Также часто к нелинейным относят некоторые типы наклонных волн. Тем не менее, в ряде случаев, как например при возбуждении поверхностных волн источником продольных волн, расположенным на дне объёма, или при возбуждении колебаний в стержнях под действием наклонной силы ^[12], – наклонные волны возникают при синфазном наложении. Описываются эти типы волн линейным волновым уравнением ^[13].

Также в случае распространения волн в средах с изломом при анизотропности параметров среды для продольных и поперечных волн, наклонные волны тоже описываются линейными уравнениями, хотя их решения показывают даже срыв колебательного процесса на изломе ^[14]. Их обычно относят к нелинейным колебательным процессам, хотя по сути они таковыми не являются.