Фізика 11 клас

МЕХАНІЧНІ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

 

Розділ 3 Коливання і хвилі

 

§ 24.ПОШИРЕННЯ МЕХАНІЧНИХ КОЛИВАНЬ У ПРУЖНОМУ СЕРЕДОВИЩІ. ПОПЕРЕЧНІ ТА ПОЗДОВЖНІ ХВИЛІ. ДОВЖИНА ХВИЛІ

 

Поширення коливань у середовищі називають хвильовим процесом. Важливо зазначити, що поширення хвиль не супроводжується перенесенням частинок середовища, — вони лише коливаються навколо положень рівноваги. Проте з хвилею переноситься енергія, яка поширюється у просторі від джерела коливань.

Напрям поширення хвилі називають променем. Залежно від напряму коливань частинок щодо напряму поширення хвилі розрізняють хвилі поперечні й поздовжні.

Коли хвиля рухається по пружині, припустимо, зліва направо, ділянки пружини коливаються вгору і вниз, тобто в напрямі, перпендикулярному (або поперечному) до руху самої хвилі (мал. 111). Така хвиля називається поперечною.

Однак не всяка хвиля є поперечною. Коливання можуть відбуватися і вздовж напряму поширення хвилі. Тоді хвиля називається поздовжньою. У поздовжній хвилі частинки середовища коливаються в тому самому напрямі, в якому поширюється хвиля. Поздовжні хвилі легко спостерігати в м'якій розтягнутій пружині, почергово стискаючи і розтягуючи один її кінець (мал. 112). Розглянемо процес утворення поперечної хвилі (мал. 113). Першій точці надається коливальний

 

 

Мал. 112

 

 

Мал. 113

 

рух зовнішньою періодичною силою, що має період коливань Т. Усі точки середовища зв'язані між собою пружними силами. Тому коливання точки 1 спричиняє коливання точки 2, що, у свою чергу, спричиняє коливання точки З і т. д. — у пружному середовищі поширюватиметься хвиля. Під час коливань у середовищі, наприклад у твердому тілі, виникають пружні сили (відбувається деформація зсуву). Через чверть періоду точка 1 відхилиться на максимальну відстань від положення рівноваги і почне рухатися вниз. У цей час точка 2 починає рухатися вгору (мал. 113, б). Ще через чверть періоду зміщення точки 2 буде максимальним, а точка З почне рухатися вгору (мал. 113, в). Точка 1 у цей момент досягне положення рівноваги, набуде максимальної швидкості і продовжуватиме рухатися вниз. Наступні фази процесу за один період ілюструє мал. 113, г, д. Якщо енергія коливань не зменшуватиметься, то й коливання поширюватимуться далі.

У разі поширення поздовжньої хвилі точки пружного середовища також здійснюють коливання щодо своїх положень рівноваги, але при цьому коливання їх відбуваються у тому самому напрямку, в якому поширюється хвиля, тому під час поширення поздовжньої хвилі спостерігаються згущення й розрідження частинок середовища, в якому хвиля поширюється.

На мал. 114 показані основні параметри, якими характеризують періодичну синусоїдальну хвилю. Вищі точки хвильового руху називають гребенями, а нижчі — западинами. Амплітуда — це максимальна висота гребеня чи глибина западини, виміряна відносно нульового рівня (або положення рівноваги); повний розмах коливань від гребеня до западини дорівнює подвійній амплітуді.

Відстань між двома сусідніми гребенями називають довжиною хвилі X. Довжина хвилі дорівнює відстані між будь-якими двома послідовними однаковими за висотою точками хвилі (або відстані між найближчими точками, які коливаються в однакових фазах).

Синусоїдальні хвилі характеризуються ще частотою хвилі v, під якою розуміють частоту коливань частинок середовища (частота коливань поплавця на поверхні хвилі). Частота хвилі дорівнює кількості гребенів хвилі, які проходять через дану точку за одиницю часу (або кількості повних коливань).

 

 

Мал. 114



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити