Det som svänger i en tvärgående mekanisk våg. Längsgående mekaniska vågor kan fortplanta sig i alla medier

Vågprocess- processen att överföra energi utan att överföra materia.

Mekanisk våg- en störning som sprider sig i ett elastiskt medium.

Närvaron av ett elastiskt medium är ett nödvändigt villkor för utbredningen av mekaniska vågor.

Överföringen av energi och rörelsemängd i ett medium sker som ett resultat av interaktion mellan angränsande partiklar i mediet.

Vågorna är längsgående och tvärgående.

Längsgående mekanisk våg är en våg där rörelsen av partiklar av mediet sker i riktningen för utbredning av vågen. En tvärgående mekanisk våg är en våg där partiklar av mediet rör sig vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning.

Längsgående vågor kan fortplanta sig i vilket medium som helst. Tvärgående vågor uppstår inte i gaser och vätskor, eftersom i dem

det finns inga fasta positioner för partiklar.

Periodisk yttre påverkan orsakar periodiska vågor.

Harmonisk våg- en våg som genereras av harmoniska vibrationer av partiklar i mediet.

Våglängd- det avstånd över vilket vågen utbreder sig under svängningsperioden för dess källa:

Mekanisk våghastighet- hastighet för utbredning av störningar i mediet. Polarisation är ordningen av riktningarna för vibrationer av partiklar i ett medium.

Polarisationsplan- det plan i vilket mediets partiklar vibrerar i en våg. En linjärt polariserad mekanisk våg är en våg vars partiklar oscillerar längs en viss riktning (linje).

Polarisator- en enhet som avger en våg av en viss polarisering.

stående våg- en våg som bildas som ett resultat av överlagringen av två harmoniska vågor som utbreder sig mot varandra och har samma period, amplitud och polarisation.

Stående våg antinoder- position för punkter med maximal amplitud av svängningar.

Stående våg noder- icke-rörliga vågpunkter vars oscillationsamplitud är noll.

Längs strängens längd l, fixerad i ändarna, passar ett heltal n halvvågor av tvärgående stående vågor:

Sådana vågor kallas oscillationslägen.

Vibrationsläget för ett godtyckligt heltal n > 1 kallas den n:te övertonen eller n:te övertonen. Vibrationssättet för n = 1 kallas det första harmoniska eller fundamentala vibrationssättet. Ljudvågor är elastiska vågor i ett medium som orsakar hörselförnimmelser hos människor.

Frekvensen av vibrationer som motsvarar ljudvågor sträcker sig från 16 Hz till 20 kHz.

Ljudvågornas utbredningshastighet bestäms av hastigheten för överföring av interaktioner mellan partiklar. Ljudhastigheten i en fast vp är som regel högre än ljudhastigheten i en flytande vg, som i sin tur överstiger ljudhastigheten i en gas vg.

Ljudsignaler klassificeras efter tonhöjd, klang och volym. Tonhöjden på ett ljud bestäms av frekvensen för ljudkällan till vibrationer. Ju högre vibrationsfrekvens, desto högre ljud; vibrationer av låga frekvenser motsvarar låga ljud. Ett ljuds klangfärg bestäms av formen på ljudvibrationer. Skillnaden i form av vibrationer som har samma period är associerad med olika relativa amplituder för grundmoden och övertonen. Ljudstyrkan kännetecknas av ljudets intensitet. Ljudintensitet är energin från ljudvågor som faller in på en yta på 1 m2 på 1 s.

MekaniskVinka inom fysiken är detta fenomenet med utbredning av störningar, åtföljd av överföring av energi från en oscillerande kropp från en punkt till en annan utan att transportera materia, i något elastiskt medium.

Ett medium där det finns elastisk interaktion mellan molekyler (vätska, gas eller fast) är en förutsättning för att mekaniska störningar ska uppstå. De är möjliga endast när ett ämnes molekyler kolliderar med varandra och överför energi. Ett exempel på sådana störningar är ljud (akustisk våg). Ljud kan färdas i luft, vatten eller ett fast ämne, men inte i ett vakuum.

För att skapa en mekanisk våg krävs viss initial energi, vilket kommer att föra mediet ur dess jämviktsposition. Denna energi kommer sedan att överföras av vågen. Till exempel skapar en sten som kastas i en liten mängd vatten en våg på ytan. Ett högt skrik skapar en akustisk våg.

Huvudtyper av mekaniska vågor:

Ljud;
På vattenytan;
Jordbävningar;
Seismiska vågor.

Mekaniska vågor har toppar och dalar som alla oscillerande rörelser. Deras huvudsakliga egenskaper är:

Frekvens. Detta är antalet vibrationer som uppstår per sekund. SI-enheter: [ν] = [Hz] = [s -1 ].
Våglängd. Avståndet mellan intilliggande toppar eller dalar. [λ] = [m].
Amplitud. Den största avvikelsen för en punkt i mediet från jämviktspositionen. [X max] = [m].
Fart. Detta är avståndet en våg färdas på en sekund. [V] = [m/s].

Våglängd

Våglängd är avståndet mellan punkter närmast varandra som svänger i samma faser.

Vågor utbreder sig i rymden. Riktningen för deras utbredning kallas stråle och betecknas med en linje vinkelrät mot vågytan. Och deras hastighet beräknas med formeln:

Gränsen för vågytan, som skiljer den del av mediet där svängningar redan förekommer, från den del av mediet där svängningarna ännu inte har börjat - Vinkafrämre.

Längsgående och tvärgående vågor

Ett av sätten att klassificera den mekaniska typen av vågor är att bestämma rörelseriktningen för enskilda partiklar av mediet i vågen i förhållande till dess utbredningsriktning.

Beroende på rörelseriktningen för partiklar i vågor finns det:

Tvärgåendevågor. Partiklar av mediet i denna typ av våg vibrerar i rät vinkel mot vågstrålen. Krusningarna på en damm eller de vibrerande strängarna på en gitarr kan hjälpa till att representera tvärgående vågor. Denna typ av vibrationer kan inte fortplanta sig i ett flytande eller gasformigt medium, eftersom partiklarna i dessa medier rör sig kaotiskt och det är omöjligt att organisera deras rörelse vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning. Tvärgående vågor rör sig mycket långsammare än longitudinella vågor.
Längsgåendevågor. Mediets partiklar oscillerar i samma riktning som vågen utbreder sig. Vissa vågor av denna typ kallas kompressions- eller kompressionsvågor. Longitudinella svängningar av en fjäder - periodisk kompression och förlängning - ger en bra visualisering av sådana vågor. Longitudinella vågor är de snabbaste mekaniska vågorna. Ljudvågor i luften, tsunamier och ultraljud är longitudinella. Dessa inkluderar en viss typ av seismiska vågor som utbreder sig under jord och i vatten.

Du kan föreställa dig vad mekaniska vågor är genom att kasta en sten i vattnet. Cirklarna som visas på den och är omväxlande fördjupningar och åsar är ett exempel på mekaniska vågor. Vad är deras essens? Mekaniska vågor är processen för utbredning av vibrationer i elastiska medier.

Vågor på vätskeytor

Sådana mekaniska vågor existerar på grund av påverkan av intermolekylära interaktionskrafter och gravitation på vätskepartiklar. Människor har studerat detta fenomen under lång tid. De mest anmärkningsvärda är havet och havsvågorna. När vindhastigheten ökar ändras de och deras höjd ökar. Formen på själva vågorna blir också mer komplex. I havet kan de nå skrämmande proportioner. Ett av de mest uppenbara exemplen på våld är en tsunami som sveper bort allt i sin väg.

Energi av havets och havets vågor

När man når stranden ökar havsvågorna med en kraftig förändring i djupet. De når ibland en höjd av flera meter. I sådana ögonblick överförs en kolossal vattenmassa till kusthinder, som snabbt förstörs under dess inflytande. Bränningens styrka når ibland enorma värden.

Elastiska vågor

Inom mekaniken studerar man inte bara vibrationer på ytan av en vätska, utan även så kallade elastiska vågor. Dessa är störningar som fortplantar sig i olika medier under inverkan av elastiska krafter i dem. En sådan störning representerar varje avvikelse av partiklar i ett givet medium från jämviktspositionen. Ett tydligt exempel på elastiska vågor är ett långt rep eller gummirör fäst i ena änden till något. Om du drar det hårt och sedan skapar en störning i den andra (osäkrade) änden med en skarp sidorörelse, kan du se hur den "löper" längs repets hela längd till stödet och reflekteras tillbaka.

Den initiala störningen leder till uppkomsten av en våg i mediet. Det orsakas av verkan av någon främmande kropp, som i fysiken kallas en vågkälla. Det kan vara handen på en person som svänger ett rep, eller en sten som kastas i vattnet. I det fall då källans verkan är kortsiktig uppträder ofta en enda våg i mediet. När "störaren" gör långa vågor börjar de dyka upp en efter en.

Förutsättningar för uppkomsten av mekaniska vågor

Denna typ av oscillation förekommer inte alltid. Ett nödvändigt villkor för deras utseende är utseendet i ögonblicket för störning av miljön av krafter som förhindrar det, i synnerhet elasticitet. De tenderar att föra intilliggande partiklar närmare varandra när de flyttar isär, och trycka dem bort från varandra när de närmar sig varandra. Elastiska krafter, som verkar på partiklar på avstånd från störningskällan, börjar obalansera dem. Med tiden är alla partiklar i mediet involverade i en oscillerande rörelse. Utbredningen av sådana svängningar är en våg.

Mekaniska vågor i ett elastiskt medium

I en elastisk våg finns det 2 typer av rörelse samtidigt: partikeloscillationer och utbredning av störningar. En mekanisk våg kallas longitudinell, vars partiklar oscillerar längs riktningen för dess utbredning. En transversell våg är en våg vars medelpartiklar svänger i riktningen för dess utbredning.

Egenskaper för mekaniska vågor

Störningar i en longitudinell våg representerar sällsynthet och kompression, och i en tvärgående våg representerar de förskjutningar (förskjutningar) av vissa lager av mediet i förhållande till andra. Kompressionsdeformation åtföljs av uppkomsten av elastiska krafter. I det här fallet är det associerat med utseendet av elastiska krafter uteslutande i fasta ämnen. I gasformiga och flytande medier åtföljs skiftningen av skikten av dessa medier inte av uppkomsten av den nämnda kraften. På grund av sina egenskaper kan longitudinella vågor fortplantas i alla medier, medan tvärgående vågor kan fortplanta sig uteslutande i fasta medier.

Funktioner av vågor på ytan av vätskor

Vågor på ytan av en vätska är varken längsgående eller tvärgående. De har en mer komplex, så kallad longitudinell-tvärgående karaktär. I detta fall rör sig flytande partiklar i en cirkel eller längs långsträckta ellipser. partiklar på ytan av vätskan, och särskilt med stora vibrationer, åtföljs av deras långsamma men kontinuerliga rörelse i riktningen för utbredning av vågen. Det är dessa egenskaper hos mekaniska vågor i vatten som orsakar uppkomsten av olika skaldjur på stranden.

Mekanisk vågfrekvens

Om vibration av dess partiklar exciteras i ett elastiskt medium (flytande, fast, gasformigt), kommer det på grund av interaktionen mellan dem att fortplantas med hastighet u. Så om det finns en oscillerande kropp i ett gasformigt eller flytande medium, kommer dess rörelse att börja överföras till alla partiklar intill den. De kommer att involvera nästa i processen och så vidare. I detta fall kommer absolut alla punkter på mediet att börja svänga med samma frekvens, lika med frekvensen för den oscillerande kroppen. Detta är vågens frekvens. Med andra ord kan denna kvantitet karakteriseras som punkter i mediet där vågen utbreder sig.

Det kanske inte är omedelbart klart hur denna process sker. Mekaniska vågor är förknippade med överföringen av energi av vibrationsrörelse från dess källa till mediets periferi. Under denna process uppstår så kallade periodiska deformationer, överförda av en våg från en punkt till en annan. I det här fallet rör sig själva mediets partiklar inte tillsammans med vågen. De svänger nära sin jämviktsposition. Det är därför utbredningen av en mekanisk våg inte åtföljs av överföring av materia från en plats till en annan. Mekaniska vågor har olika frekvenser. Därför delades de in i intervall och en speciell skala skapades. Frekvensen mäts i Hertz (Hz).

Grundläggande formler

Mekaniska vågor, vars beräkningsformler är ganska enkla, är ett intressant föremål att studera. Vågens hastighet (υ) är rörelsehastigheten för dess front (den geometriska platsen för alla punkter till vilka mediets vibration har nått vid ett givet ögonblick):

där ρ är mediets densitet, G är elasticitetsmodulen.

När du beräknar, bör du inte blanda ihop hastigheten på en mekanisk våg i ett medium med rörelsehastigheten för partiklar av mediet som är involverade i processen. Så, till exempel, en ljudvåg i luft utbreder sig med en genomsnittlig vibrationshastighet på dess molekyler på 10 m/s, medan en ljudvågs hastighet under normala förhållanden är 330 m/s.

Det finns olika typer av vågfronter, de enklaste är:

Sfärisk - orsakad av vibrationer i ett gasformigt eller flytande medium. Vågens amplitud minskar med avståndet från källan i omvänd proportion till kvadraten på avståndet.

Platt - är ett plan som är vinkelrätt mot riktningen för vågens utbredning. Det uppstår till exempel i en sluten kolvcylinder när den utför oscillerande rörelser. En plan våg kännetecknas av en nästan konstant amplitud. Dess lätta minskning med avståndet från störningskällan är förknippad med graden av viskositet hos det gasformiga eller flytande mediet.

Våglängd

Med menas avståndet till vilket dess front kommer att flyttas under en tid som är lika med oscillationsperioden för mediets partiklar:

λ = υT = υ/v = 2πυ/ ω,

där T är oscillationsperioden, υ är våghastigheten, ω är den cykliska frekvensen, ν är svängningsfrekvensen för punkter i mediet.

Eftersom utbredningshastigheten för en mekanisk våg är helt beroende av mediets egenskaper, ändras dess längd λ under övergången från ett medium till ett annat. I detta fall förblir oscillationsfrekvensen ν alltid densamma. Mekaniska och liknande genom att under deras utbredning överförs energi, men substans överförs inte.

Vinka– processen för utbredning av vibrationer i ett elastiskt medium.

Mekanisk våg– mekaniska störningar som sprider sig i rymden och transporterar energi.

Typer av vågor:

längsgående - mediets partiklar oscillerar i riktningen för vågutbredning - i alla elastiska medier;

vibrationsriktning

punkter i miljön

tvärgående - partiklar av mediet oscillerar vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning - på vätskans yta.

Typer av mekaniska vågor:

elastiska vågor - fortplantning av elastiska deformationer;

vågor på ytan av en vätska.

Vågegenskaper:

Låt A pendla enligt lagen:
.

Sedan svänger B med en fördröjning med en vinkel
, Var
, dvs.

Vågenergi.

- den totala energin för en partikel. Om partiklarN, var då - epsilon, V – volym.

Epsilon– energi per volymenhet av vågen – volymetrisk energitäthet.

Vågenergiflödet är lika med förhållandet mellan den energi som överförs av vågor genom en viss yta och den tid under vilken denna överföring utförs:
, watt; 1 watt = 1J/s.

Energiflödestäthet - vågintensitet– energiflöde genom en enhetsarea - ett värde lika med den genomsnittliga energi som överförs av en våg per tidsenhet per enhet tvärsnittsarea.

[W/m2]

Vektor Umov– vektor I, som visar riktningen för vågens utbredning och lika med vågenergiflödet som passerar genom en enhetsarea vinkelrät mot denna riktning:

Vågens fysiska egenskaper:

Oscillerande:

amplitud

Vinka:

våglängd
våghastighet
intensitet

Komplexa svängningar (avslappning) - skiljer sig från sinusformade.

Fouriertransform- vilken komplex periodisk funktion som helst kan representeras som summan av flera enkla (harmoniska) funktioner, vars perioder är multiplar av perioden för den komplexa funktionen - detta är harmonisk analys. Förekommer i analysatorer. Resultatet är det harmoniska spektrumet av en komplex vibration:

Ljud - vibrationer och vågor som verkar på det mänskliga örat och orsakar hörselkänsla.

Ljudvibrationer och vågor är ett specialfall av mekaniska vibrationer och vågor. Typer av ljud:

Toner– ljud, som är en periodisk process:

enkel - harmonisk - stämgaffel
komplext – anharmoniskt – tal, musik

En komplex ton kan delas upp i enkla. Den lägsta frekvensen av sådan nedbrytning är grundtonen, de återstående övertonerna (övertonerna) har frekvenser lika med 2 och andra. En uppsättning frekvenser som indikerar deras relativa intensiteter är det akustiska spektrumet.

Ljud - ljud med ett komplext, icke-repeterande tidsberoende (prasslande, knarrande, applåder). Spektrumet är kontinuerligt.

Fysiska egenskaper hos ljud:

Egenskaper för hörselsensation:

Höjd– bestäms av ljudvågens frekvens. Ju högre frekvens, desto högre ton. Ett ljud med högre intensitet är lägre.

Klangfärg– bestäms av det akustiska spektrumet. Ju fler toner, desto rikare spektrum.

Volym– kännetecknar nivån av hörselsensation. Beror på ljudintensitet och frekvens. Psykofysisk Weber-Fechners lag: om du ökar irritationen i en geometrisk progression (med samma antal gånger), kommer känslan av denna irritation att öka i en aritmetisk progression (med samma mängd).

, där E är ljudstyrka (mätt i bakgrunder);
- intensitetsnivå (mätt i bels). 1 bel – förändring i intensitetsnivå, vilket motsvarar en förändring i ljudintensitet med 10 gånger K – proportionalitetskoefficient, beror på frekvens och intensitet.

Förhållandet mellan ljudstyrka och ljudintensitet är lika volymkurvor, baserat på experimentella data (de skapar ett ljud med en frekvens på 1 kHz, ändrar intensiteten tills en hörselkänsla uppstår, liknande känslan av ljudvolymen som studeras). Genom att känna till intensiteten och frekvensen kan du hitta bakgrunden.

Audiometri– metod för att mäta hörselskärpa. Enheten är en audiometer. Den resulterande kurvan är ett audiogram. Tröskeln för hörselsensation vid olika frekvenser bestäms och jämförs.

Ljudmätare – mäter ljudnivån.

På kliniken: auskultation – stetoskop/fonendoskop. Ett phonendoscope är en ihålig kapsel med ett membran och gummirör.

Fonokardiografi är en grafisk inspelning av bakgrunder och hjärtljud.

Slagverk.

Ultraljud– mekaniska vibrationer och vågor med en frekvens över 20 kHz till 20 MHz. Ultraljudssändare är elektromekaniska sändare baserade på den piezoelektriska effekten (växelström till elektroder med kvarts mellan dem).

Ultraljudsvåglängden är mindre än ljudvåglängden: 1,4 m – ljud i vatten (1 kHz), 1,4 mm – ultraljud i vatten (1 MHz). Ultraljud reflekteras väl vid gränsen mellan ben och benmuskel. Ultraljud kommer inte att penetrera människokroppen om den inte är smord med olja (luftskikt). Utbredningshastigheten för ultraljud beror på miljön. Fysiska processer: mikrovibrationer, förstörelse av biomakromolekyler, omstrukturering och skada på biologiska membran, termiska effekter, förstörelse av celler och mikroorganismer, kavitation. På kliniken: diagnostik (encefalograf, kardiograf, ultraljud), sjukgymnastik (800 kHz), ultraljudsskalpell, läkemedelsindustri, osteosyntes, sterilisering.

Infraljud– vågor med en frekvens mindre än 20 Hz. Skadlig effekt - resonans i kroppen.

Vibrationer. Nyttiga och skadliga effekter. Massage. Vibrationssjukdom.

Dopplereffekt– förändring i frekvensen av vågor som uppfattas av observatören (vågmottagare) på grund av den relativa rörelsen mellan vågkällan och observatören.

Fall 1: N närmar sig I.

Fall 2: Och närmar sig N.

Fall 3: närmar sig och flyttar I och N från varandra:

System: ultraljudsgenerator – mottagare – stationär i förhållande till mediet. Objektet rör sig. Han får ultraljud med en frekvens
, reflekterar det, skickar det till mottagaren, som tar emot en ultraljudsvåg med en frekvens
. Frekvensskillnad – Dopplerfrekvensförskjutning:
. Används för att bestämma hastigheten på blodflödet och hastigheten på ventilrörelsen.

På din fysikkurs i sjuan studerade du mekaniska vibrationer. Det händer ofta att vibrationer, efter att ha uppstått på ett ställe, sprider sig till närliggande områden i rymden. Kom ihåg till exempel utbredningen av vibrationer från en sten som kastas i vatten eller vibrationer av jordskorpan som fortplantar sig från epicentrum av en jordbävning. I sådana fall talar man om vågrörelse - vågor (bild 17.1). Från det här stycket kommer du att lära dig om funktionerna i vågrörelse.

Skapa mekaniska vågor

Låt oss ta ett ganska långt rep, vars ena ände vi kommer att fästa på en vertikal yta, och den andra kommer vi att flytta upp och ner (oscillera). Vibrationer från handen kommer att spridas längs repet, och gradvis involvera fler och mer avlägsna punkter i den oscillerande rörelsen - en mekanisk våg kommer att löpa längs repet (Fig. 17.2).

En mekanisk våg är utbredningen av vibrationer i ett elastiskt medium*.

Nu fixerar vi en lång mjuk fjäder horisontellt och applicerar en serie på varandra följande slag mot dess fria ände - en våg bestående av kondenseringar och sällsynthet av fjäderns spolar kommer att löpa på våren (fig. 17.3).

Vågorna som beskrivs ovan kan ses, men de flesta mekaniska vågor är osynliga, till exempel ljudvågor (Figur 17.4).

Vid första anblicken är alla mekaniska vågor helt olika, men orsakerna till deras förekomst och utbredning är desamma.

Vi tar reda på hur och varför en mekanisk våg fortplantar sig i ett medium

Alla mekaniska vågor skapas av en oscillerande kropp - källan till vågen. Genom att utföra oscillerande rörelser deformerar vågkällan skikten av mediet närmast den (komprimerar och sträcker dem eller förskjuter dem). Som ett resultat uppstår elastiska krafter som verkar på närliggande lager av mediet och får dem att utföra forcerade vibrationer. Dessa lager deformerar i sin tur följande lager och får dem att vibrera. Gradvis, en efter en, är alla lager av mediet involverade i oscillerande rörelse - en mekanisk våg fortplantar sig genom mediet.

Ris. 17.6. I en longitudinell våg oscillerar lagren av mediet längs vågens utbredningsriktning

Vi skiljer på tvärgående och längsgående mekaniska vågor

Låt oss jämföra vågutbredningen längs ett rep (se fig. 17.2) och i en fjäder (se fig. 17.3).

Enskilda delar av repet rör sig (oscillerar) vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning (i fig. 17.2 fortplantar sig vågen från höger till vänster, och delar av repet rör sig upp och ner). Sådana vågor kallas tvärgående (fig. 17.5). När tvärgående vågor utbreder sig förskjuts vissa lager av mediet i förhållande till andra. Förskjutningsdeformation åtföljs av uppkomsten av elastiska krafter endast i fasta ämnen, därför kan tvärgående vågor inte fortplanta sig i vätskor och gaser. Så tvärgående vågor fortplantar sig endast i fasta ämnen.

När en våg fortplantar sig i en fjäder, rör sig (oscillerar) fjäderns spolar längs vågens utbredningsriktning. Sådana vågor kallas longitudinella (fig. 17.6). När en longitudinell våg utbreder sig uppstår kompressions- och spänningsdeformationer i mediet (längs vågens utbredningsriktning ökar eller minskar mediets densitet). Sådana deformationer i vilken miljö som helst åtföljs av uppkomsten av elastiska krafter. Därför utbreder sig longitudinella vågor i fasta ämnen, vätskor och gaser.

Vågor på ytan av en vätska är varken längsgående eller tvärgående. De har en komplex longitudinell-tvärgående karaktär, med flytande partiklar som rör sig längs ellipser. Du kan enkelt verifiera detta om du kastar en lätt träbit i havet och ser dess rörelse på vattenytan.

Ta reda på vågornas grundläggande egenskaper

1. Oscillerande rörelse från en punkt i mediet till en annan överförs inte omedelbart, utan med viss fördröjning, så vågorna fortplantar sig i mediet med en ändlig hastighet.

2. Källan till mekaniska vågor är en oscillerande kropp. När en våg utbreder sig tvingas svängningarna av delar av mediet, därför är frekvensen av svängningar för varje del av mediet lika med frekvensen av svängningar av vågkällan.

3. Mekaniska vågor kan inte fortplanta sig i vakuum.

4. Vågrörelse åtföljs inte av överföring av materia - delar av mediet svänger bara i förhållande till jämviktspositioner.

5. Med ankomsten av en våg börjar delar av mediet att röra sig (förvärva kinetisk energi). Detta innebär att energiöverföring sker när vågen fortplantar sig.

Överföring av energi utan överföring av materia är den viktigaste egenskapen för varje våg.

Kom ihåg utbredningen av vågor på vattenytan (Fig. 17.7). Vilka observationer bekräftar de grundläggande egenskaperna hos vågrörelser?

Vi minns de fysiska storheter som kännetecknar vibrationer

En våg är utbredningen av svängningar, därför kännetecknar de fysiska storheter som kännetecknar svängningar (frekvens, period, amplitud) också vågen. Så låt oss komma ihåg 7:e klassmaterialet:

	Fysiska storheter som kännetecknar vibrationer
	Oscillationsfrekvens ν	Svängningsperiod T	Oscillationsamplitud A
Definiera	antal svängningar per tidsenhet	tid för en svängning	det maximala avståndet en punkt avviker från sin jämviktsposition
Formel för att bestämma
Formel för att bestämma	N är antalet svängningar per tidsintervall t
SI-enhet		sekund (s)

Notera! När en mekanisk våg utbreder sig vibrerar alla delar av mediet där vågen utbreder sig med samma frekvens (ν), vilket är lika med vågkällans svängningsfrekvens, därför perioden

vibrationer (T) för alla punkter i mediet är också samma, eftersom

Men amplituden av svängningarna minskar gradvis med avståndet från vågkällan.

Ta reda på längden och hastigheten för vågutbredning

Tänk på utbredningen av en våg längs ett rep. Låt änden av repet utföra en fullständig svängning, det vill säga vågutbredningstiden är lika med en period (t = T). Under denna tid spred sig vågen över ett visst avstånd λ (Fig. 17.8, a). Detta avstånd kallas våglängden.

Våglängden λ är det avstånd över vilket vågen utbreder sig under en tid lika med period T:

där v är hastigheten för vågutbredning. SI-enheten för våglängd är mätaren:

Det är lätt att märka att repets punkter, som ligger på ett avstånd av samma våglängd från varandra, svänger synkront - de har samma svängningsfas (fig. 17.8, b, c). Till exempel, punkterna A och B på ett rep rör sig uppåt samtidigt, når toppen av en våg samtidigt, börjar sedan samtidigt röra sig ner, etc.

Ris. 17.8. Våglängden är lika med avståndet som vågen färdas under en svängning (detta är också avståndet mellan de två närmaste topparna eller två närmaste dalar)

Med hjälp av formeln λ = vT kan du bestämma fortplantningshastigheten

vi får en formel för förhållandet mellan längden, frekvensen och hastigheten för vågutbredning - vågformeln:

Om en våg passerar från ett medium till ett annat ändras hastigheten för dess utbredning, men frekvensen förblir oförändrad, eftersom frekvensen bestäms av vågkällan. Således, enligt formeln v = λν, när en våg passerar från ett medium till ett annat, ändras våglängden.

Vågformel

Att lära sig att lösa problem

Uppgift. En tvärgående våg utbreder sig längs linan med en hastighet av 3 m/s. I fig. Figur 1 visar läget för sladden vid någon tidpunkt och riktningen för vågutbredning. Antag att cellens sida är 15 cm, bestäm:

1) amplitud, period, frekvens och våglängd;

Fysisk problemanalys, lösning

Vågen är tvärgående, så strängens punkter oscillerar vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning (de skiftar upp och ner i förhållande till vissa jämviktspositioner).

1) Från fig. 1 ser vi att den maximala avvikelsen från jämviktspositionen (A-vågens amplitud) är lika med 2 celler. Detta betyder A = 2 15 cm = 30 cm.

Avståndet mellan krön och tråg är 60 cm (4 celler), respektive, avståndet mellan de två närmaste krönen (våglängd) är dubbelt så stort. Detta betyder λ = 2 60 cm = 120 cm = 1,2 m.

Vi hittar frekvensen ν och period T för vågen med hjälp av vågformeln:

2) För att ta reda på rörelseriktningen för sladdens punkter kommer vi att utföra en extra konstruktion. Låt vågen röra sig en liten sträcka över ett kort tidsintervall Δt. Eftersom vågen skiftar åt höger och dess form inte förändras över tiden, kommer sladdens punkter att ta positionen som visas i fig. 2 prickade linjer.

Vågen är tvärgående, det vill säga att strängens punkter rör sig vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning. Från fig. 2 ser vi att punkt K efter ett tidsintervall Δt kommer att vara lägre än dess initiala position, därför är hastigheten för dess rörelse riktad nedåt; punkt B kommer att röra sig högre, därför är dess rörelsehastighet riktad uppåt; Punkt C kommer att flyttas lägre, därför är dess rörelsehastighet riktad nedåt.

Svar: A = 30 cm; T = 0,4 s; v = 2,5 Hz; X = 1,2 m; K och C - ner, B - upp.

Låt oss sammanfatta det

Utbredningen av vibrationer i ett elastiskt medium kallas en mekanisk våg. En mekanisk våg där delar av mediet vibrerar vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning kallas tvärgående; en våg där delar av mediet svänger längs vågens utbredningsriktning kallas longitudinell.

En våg fortplantar sig inte i rymden direkt, utan med en viss hastighet. När en våg utbreder sig överförs energi utan att materia överförs. Avståndet över vilket en våg utbreder sig under en tid som är lika med en period kallas våglängden - detta är avståndet mellan de två närmaste punkterna som svänger synkront (har samma svängningsfas). Längden λ, frekvensen ν och hastigheten v för vågutbredningen är relaterade till vågformeln: v = λν.

Kontrollfrågor

1. Definiera en mekanisk våg. 2. Beskriv mekanismen för bildning och utbredning av en mekanisk våg. 3. Nämn de viktigaste egenskaperna hos vågrörelser. 4. Vilka vågor kallas longitudinella? tvärgående? I vilka miljöer sprider de sig? 5. Vad är våglängd? Hur definieras det? 6. Hur är längden, frekvensen och hastigheten för vågutbredning relaterade?

Övning nr 17

1. Bestäm längden på varje våg i fig. 1.

2. I havet når våglängden 270 m, och dess period är 13,5 s. Bestäm utbredningshastigheten för en sådan våg.

3. Sammanfaller utbredningshastigheten för vågen och rörelsehastigheten för de punkter i mediet där vågen utbreder sig?

4. Varför utbreder sig inte en mekanisk våg i ett vakuum?

5. Som ett resultat av explosionen producerad av geologer fortplantade sig en våg i jordskorpan med en hastighet av 4,5 km/s. Vågen, reflekterad från jordens djupa lager, registrerades på jordens yta 20 sekunder efter explosionen. På vilket djup förekommer berget, vars täthet skiljer sig kraftigt från jordskorpans densitet?

6. I fig. Figur 2 visar två rep längs vilka en tvärgående våg utbreder sig. Varje rep visar vibrationsriktningen för en av dess punkter. Bestäm riktningarna för vågutbredning.

7. I fig. Figur 3 visar läget för två strängar längs vilka vågen utbreder sig, och utbredningsriktningen för varje våg visas. Bestäm för varje fall a och b: 1) amplitud, period, våglängd; 2) riktningen i vilken punkterna A, B och C på sladden rör sig vid ett givet ögonblick; 3) antalet svängningar som någon punkt på sladden gör på 30 s. Antag att cellens sida är 20 cm.

8. En man som stod på stranden fastställde att avståndet mellan angränsande vågtoppar är 15 m. Dessutom beräknade han att på 75 s når 16 vågtoppar. Bestäm hastigheten för vågutbredning.

Detta är läroboksmaterial