механічні хвилі

1. Що таке хвиля? Якщо подивитися на пшеничне поле в вітряну погоду, то ми побачимо, що воно «хвилюється»,...
2. Що переносять хвилі?

Що таке хвиля?

Якщо подивитися на пшеничне поле в вітряну погоду, то ми побачимо, що воно «хвилюється», що уздовж нього щось переміщається. Не ясно що, адже стебла залишаються на місці. Вони лише нахиляються, випрямляються, знову нахиляються і т.д. Якщо взяти шнур і закріпити один його кінець, а інший привести в коливальний рух, то ми побачимо, що уздовж шнура «біжить» хвиля. Якщо ми кинемо камінь в воду, то навколо місця падіння каменя «піде кола». Ці кола - теж хвилі.

Джерелами хвиль є коливання. Коливаються стебла рослин, деформуються вітром, коливаються частки води, коливається кінець шнура. А коливання, що виникли в одному місці, передаються іншим частинкам. Те, що ми називаємо хвилею, і є поширення коливань від точки до точки, від частки до частки.

Моделлю освіти хвилі в шнурі може служити ланцюжок кульок, що мають масу, між якими діє сила пружності. Уявімо, що між кульками розташовані маленькі пружинки.

Нехай кулька 1 відведено вгору і відпущений. Пружинка, яка пов'язує її з кулькою 2, при цьому розтягнеться, виникне сила пружності, яка діє не тільки на кульку 1, але і на кульку 2. Отже, почне коливатися і кулька 2. Це призведе до деформації наступної пружинки, так що почне здійснювати коливання і кулька 3 і т.д.
Оскільки у всіх кульок однакові маси і силу пружності, то всі кульки будуть коливатися - кожен біля свого положення рівноваги - з однаковими періодами і однаковими амплітудами. Однак все кульки мають інертністю (так як у них є маса), тому коливання кульок почнуться неодночасно, оскільки на зміну їх швидкості потрібен час. Тому 2-я точка почне коливатися пізніше, ніж 1-а, 3-я пізніше, ніж 2-а, 4-а пізніше, ніж 3-я і т.д.

Якщо спостерігати за будь-якою точкою шнура, ми побачимо, що кожна точка здійснює коливання з тим же періодом Т. Хоча всі крапки шнура коливаються з однаковою частотою, ці коливання «зміщені» відносно один одного у часі. Саме внаслідок цього зсуву в часі і виникає хвиля. Наприклад, коливання точки 2 відстають від коливань точки 1 на чверть періоду. А коливання точки 3 відстають від коливань точки 2 на один цілий період Т. Звідси випливає важливий висновок: точки 2 і 3 рухаються однаково.

Відстань між найближчими точками хвилі, які рухаються однаково, називається довжиною хвилі і позначається λ.

Отже, механічні хвилі - це механічні коливання, що поширюються в просторі з плином часу.

швидкість хвилі

За час, що дорівнює одному періоду Т, кожна точка середовища зробила одне коливання і, отже, повернулася в той же самий стан. Отже, хвиля змістилася в просторі якраз на одну довжину хвилі. Таким чином, якщо позначити швидкість поширення хвилі υ, отримаємо, що швидкість хвилі

λ = υ Т

Так як Т = 1 / ν, тоді отримаємо, що швидкість хвилі, довжина хвилі і частота хвилі пов'язані співвідношенням

υ = λ ν

Що переносять хвилі?

У наведені приклади видно, що речовина не переміщується вздовж напрямку поширення хвилі, тобто хвилі не переносять речовину.
Однак хвилі переносять енергію: адже хвиля - це коливання, що поширюються в просторі, а будь-які коливання мають енергію.