Продольные волны

Кроме поперечных волн, могут быть волновые движения с колебаниями вдоль направления распространения. Волны такого вида называются продольными.

Продольные волны могут распространяться как в твёрдых, так и в жидких и газообразных телах, так как у всех этих тел при изменении объёма возникают силы упругости. Наблюдать продольные волны удобно на длинной спиральной пружине. Ударом по одному концу пружины создаётся сгущение витков, которое «бежит» по пружине. Процесс распространения продольных волн можно пояснить с помощью следующего рисунка.

Пусть у нас имеется ряд упруго связанных частиц 1, 2, 3, ..., 16, находящихся на равных расстояниях друг от друга. Мы даём толчок частице 1 вправо вдоль линии 1–16. От толчка частица придёт в колебательное движение. Она приблизится к соседней частице и приведёт её тоже в колебательное движение, та передаст колебательное движение следующей частице и т. д. В результате все частицы постепенно начнут колебаться, но не одновременно, а так, что каждая следующая частица начинает колебания несколько позже предыдущей; поэтому колебаться они будут с одним и тем же периодом, но с разными фазами. На рисунке каждая последующая строка даёт положения частиц через ? периода колебаний. Мы видим, что в результате смещений колеблющихся частиц от их средних положений сначала образуется сгущение частиц, а за ним следует разрежение. На рисунке пунктирными линиями изображены графики колебаний частиц 1, 4, 7, 10 и 13.

Графически продольные волны изображаются так же, как и поперечные волны, – в виде синусоид, причём гребень синусоиды соответствует сгущению в продольной волне, а впадина – разрежению.

Подробнее...

Длина волны и скорость распространения волн

И для продольных, и для поперечных волн длина волны есть расстояние, на которое распространяются колебания в среде за время, равное одному периоду колебания.

На рисунке расстояние КК’ представляет собой длину поперечной волны.

Длиной продольной волны будет расстояние между серединами двух соседних сгущений или разрежений.

Зная длину волны и период колебаний, можно определить скорость распространения колебаний в среде, или, иначе, скорость волнового движения.

Скоростью движения волны считается скорость перемещения гребня или впадины в поперечной волне, сгущения или разрежения в продольной волне.

За время, равное периоду колебаний, сгущение и разрежение, или гребень и впадина, перемещаются на расстояние, равное длине волны. Следовательно, скорость движения v волны будет измеряться отношением длины волны ? к периоду колебаний Т, т.е. v = ?/Т. Так как 1/Т = f, то можно написать, что

Подробнее...

Волновое движение

Образование поперечных волн. В опыте с резонансом маятников колебания от одного маятника к другому передаются благодаря связи между ними. От одного маятника колебания передаются перекладине, к которой подвешены маятники, а от перекладины–к другим маятникам.

Так как во всяком теле составляющие его частицы связаны между собой, то колебания одной какой–либо частицы передаются постепенно другим частицам. Распространение колебаний в среде представляет собой волновое движение.

Рассмотрим простейший случай распространения колебаний. Расположим на столе длинный шнур или резиновую трубку. Если один конец шнура быстро отвести вверх и вернуть обратно, то образовавшийся изгиб «побежит» по шнуру с некоторой скоростью. Если двигать конец шнура непрерывно, заставляя его колебаться, то по шнуру «побежит» волна.

Рассмотрим, прежде всего, причины, вызывающие передачу колебательного движения от одной части шнура к другой, иначе говоря, рассмотрим динамику волнового движения.

Смещение рукой вверх конца шнура вызывает натяжение шнура в этом месте.

Вызванные натяжением шнура силы упругости тянут за смещённым концом шнура следующую ближайшую к нему часть. Смещение этой второй части вызывает натяжение в следующей части шнура и т. д.

Но части шнура, на которые мы его мысленно разбили, обладают инерцией и поэтому под действием сил упругости приходят в колебательное движение не мгновенно, а с некоторым запозданием.

Когда конец шнура доходит доверху и начинает двигаться вниз, смежная с ним часть шнура по инерции продолжает движение вверх и лишь спустя некоторое время доходит доверху, а затем идёт вниз. Чем дальше расположена часть шнура от его конца, тем она позднее начинает совершать колебательное движение.

Подробнее...

НАУЧНЫЕ РАЗДЕЛЫ