При этом параметры колебаний заметно изменяются (их длительность, в частности), что в прозрачных средах воспринимается визуально как «преломление» волн. В качестве примера поперечной волны, как правило, рассматриваются уже упоминавшиеся ранее колебания участков водной поверхности. Они образуются вследствие падения на нее тяжелого предмета, способного создать начальный энергетический импульс. Среди известных колебательных процессов выделяются две разновидности, получившие название «поперечных» и «продольных» волн. В образованиях первого типа возбужденные материальные частицы колеблются перпендикулярно направлению кажущегося перемещения, а во втором случае – вдоль линии распространения начального импульса.
Если ударить по одному из концов длинной мягкой пружины большого диаметра, то по пружине «побежит» сжатие. Повторяя удары, можно возбудить в пружине волну, представляющую собой последовательные сжатия и растяжения пружины, «бегущие» друг за другом (рис. 207). Любой виток пружины совершает колебания вдоль направления распространения волны. Последовательные отражения волн в направлении их распространения от двух или большего числа поверхностей могут привести к их волноводному распространению.
Частицы воды движутся просто по чрезвычайно маленькому кругу, когда проходит волна. Водяные волны обрамлены связью между планетой, Луной и, следовательно, Солнцем. Кроме того, ветер, проходящий через внешний слой водоемов, таких как ручьи и моря, является оправданием возникновения волн на воде. Ветер заставляет волны двигаться в океане, и поэтому энергия доставляется к береговой линии. Развитие поверхностных вод редко влияет на несвежие глубинные воды морей.
2.7. Скорость и ускорение колеблющейся точки. Относительное смещение точек среды
Кроме того, фаза волны испытывает также случайные флуктуации в плоскости фронта волны. Поэтому интерференцию света долго не удавалось наблюдать экспериментально, и лишь в начале 19 в. Проблему удалось впервые решить, используя метод разделения источников. С появлением источников когерентного света – лазеров – создание и наблюдение интерференции света не представляет сложности. Во́лны, изменения во времени (возмущения) какого-либо из физических параметров среды (полей), распространяющиеся в пространстве и переносящие энергию и информацию. Волновые процессы различной природы играют исключительно важную роль в природе и жизни человека.
Которое справедливо для любой бегущей электромагнитной волны независимо от формы ее волновых поверхностей. Векторы Е и Н поля электромагнитной волны взаимно перпендикулярны друг другу. Вектор скорости волны и векторы Е и Н образуют правую тройку векторов (Рисунок 2.1.4).
- Водяные волны обрамлены связью между планетой, Луной и, следовательно, Солнцем.
- Первые два эффекта возникают в ситуациях, когда на «пути» колебательного процесса встречается среда с несхожими физическими свойствами.
- Стоит отметить, что во всех указанных случаях, величина дрейфа быстро (квадратично) уменьшается с уменьшением амплитуды волн.
- Базовые постулаты теории относительности, как и теоретические построения на них, основываются на распространении света в пустоте, то есть в среде без дисперсии, в которой фазовая и групповая скорости одинаковы.
Характеристики волн
- Если рассматривать волны на поверхности воды (рис. 204), то они кажутся валами, движущимися в определенном направлении, причем расстояния между валами, или гребнями, одинаковы.
- Для наблюдения интерференционных картин существенное значение имеет когерентность волн.
- Волна добежит до точки крепежа, отразится и побежит в обратном направлении.
- Среди известных колебательных процессов выделяются две разновидности, получившие название «поперечных» и «продольных» волн.
При этом возникает вопрос о носителе, благодаря которому существуют и распространяются электромагнитные волны. Для ответа на него вспомним о том, что помимо известных агрегатных состояний вещества в физике имеется еще одна форма существования материи, называемая «полем». Основные свойства, характеризующие волны в физике, представлены таким известными явлениями как преломление, отражение, дифракция и интерференция. Первые два эффекта возникают в ситуациях, когда на «пути» колебательного процесса встречается среда с несхожими физическими свойствами.
Для синусоидальных волн это означает, что при отражении от более плотной среды фаза волны скачком изменяется на радиан, а при отражении от менее плотной среды фаза волны не изменяется. Изменение фазы на радиан соответствует появлению дополнительного хода луча, равного . В пространстве всегда найдутся такие точки, в которых разность фаз складываемых колебаний равна величине , где k – целое число, т.е. Волны (от разных источников) приходят в такие точки в фазе.
Излучение волн и эффект Доплера
Также при распространении волны в метастабильной среде удаётся в определённых случаях добиться групповой скорости, превышающей скорость света в среде, как например при распространении света в сероуглероде. Волны любого происхождения распространяются в пространстве не мгновенно, а с определенной скоростью. Например, можно увидеть, как чайка летит над морем будто все время над одним гребнем волны. В этом случае скорость полета чайки равна скорости распространения волны. Закрепим один конец длинного резинового шнура и легонько заставим шнур колебаться. Чем сильнее колеблется шнур, тем больше скорость распространения волны.
По размерам распространения
Источниками волн могут служить любые внешние воздействия, выводящие волновую систему (среду, поле) из состояния равновесия; при этом возбуждаемые волны уносят с собой энергию, расходуемую источником. Колеблющееся в упругой среде тело излучает акустические волны, источником электромагнитных волн являются переменные токи, т. Ускоренно движущиеся заряды, например электрический диполь с периодически изменяющимся во времени дипольным моментом. В общем случае энергия излучения распределяется по различным направлениям неравномерно. Землетрясение, извержение вулкана или затопленные оползни будут перемещать большое количество океанской воды, образуя большой движущийся гребень. Цунами может быть японским словом, означающим «волны в гавани».
Неоднородные среды, преломление и отражение волн
Для первой разновидности требуется материальная основа, в которой энергия передается от одних колеблющихся точек другим. Суперпозиция двух или нескольких волн приводит к тому, что результирующее колебание теряет свой привычный вид. В определенных ситуациях его энергия не будет передаваться соседним зонам, а сконцентрируется в ограниченном пространстве. Подобная разновидность колебательных процессов называется «стоячей» волной.
Звуковые волны
Звуковые (акустические) волны — это механические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. Звуковые волны обычно доходят до уха через воздух — в виде последовательных сгущений и разрежений (то есть в воздухе звуковые волны являются продольными). В зонах сгущений (разрежений) давление воздуха незначительно больше (меньше) атмосферного (рис. 23.1). Явление волны боллинджера огибания волнами препятствий называют дифракцией (от лат. difractus — разломанный) (рис. 22.8). Длина волны — это расстояние между ближайшими друг к другу точками волны, колеблющимися в одинаковых фазах (рис. 208).Длину волны обозначают греческой буквой А.
2.3. Фазовая скорость различна для разных сред
Однако наиболее используемой формулой является функция, описанная в этой статье. Некоторые волны требуют для транспортировки материальной среды, тогда как другие способны переноситься в вакууме. В физике волна — это возмущение, которое распространяется в пространстве, неся энергию, но не перенося материю. Другими словами, волна — это движение, распространяющееся через пространство, которое после прохождения волны остается таким же, как и ее первоначальное состояние. В этой статье объясняется, что такое волны в физике и каковы их характеристики.
Так, рассмотренные выше бегущая и отраженная волны являются гармоническими волнами. Это уравнение и есть уравнение для смещения любой точки пространства в любой момент времени, т.е. Уравнение бегущей волны, где А – амплитуда, величина – фаза волны, которая в отличии от фазы колебаний зависит и от времени “t”, и от расстояния “y” колеблющейся точки от источника колебаний. Где – смещение точки О от положения равновесия, – частота, А – амплитуда колебаний. Часы или секундомер №1 включаются сразу, как только начинаются колебаний точки О, и отсчитывают время t (Рисунок 2.1.1).
При достижении противофазности колебаний система переходит от периодического режима к критическому. В апериодическом режиме противофазность колебаний соседних элементов сохраняется, но от точки возбуждения идёт интенсивное затухание колебательного процесса последующих элементов системы. Данный режим проявляется и в конечных упругих линиях. В математике такого типа уравнения называются неоднородными, а их решения называют частными решениями Вынужденные процессы возникают в системе при постоянном динамическом воздействии внешней силы.
На таких расстояниях понятие групповой скорости уже теряет физический смысл. Первым признаком приближения потока является быстрый уход воды из прибрежного пространства, сопровождаемый ужасающими волнами. На самом деле, как только это произошло на побережье, вместо людей, стремящихся к статусу, они начали собираться на берегу, чтобы проверить чудо.
Геометрическое место точек, колеблющихся в фазе, называется волновой поверхностью. Геометрическое место точек, до которого к некоторому моменту времени дошел колебательный процесс, называется волновым фронтом. Фазовая скорость упругих продольных волн в твердом теле равна Для волнового процесса характерна периодичность по времени и по пространству.
Согласно этому принципу все точки поверхности волнового фронта являются источниками вторичных волн. Искомое положение волнового фронта совпадает с поверхностью, огибающей фронты вторичных волн. Фазовая скорость – это скорость распространения данной фазы колебаний, т.е. Длиной волны называется наименьшее расстояние между двумя точками среды, совершающими колебания в фазе (т.е. разность их фаз равна ). Поперечные упругие волны возникают только в твердых телах, в которых возможны упругие деформации сдвига.