Отримання знань

МЕХАНІЧНІ ХВИЛІ

Розділ 1. Загальні відомості про хвилі.

Окремі частинки будь-якого тіла  - твердого, рідкого чи газоподібного  - взаємодіють одна з одною. Тому, якщо якась частинка тіла починає здійснювати коливальний рух, то завдяки взаємодії між частинками цей рух починає з деякою швидкістю поширюватись у всі напрями.

Хвиля – це процес розповсюдження коливань у просторі з часом.

У повітрі, твердих тілах та всередині рідин механічні хвилі виникають завдяки силам пружності. Ці сили є наслідком взаємодії між окремими частинами тіла. А в утворенні хвиль на поверхні води відіграють роль сила тяжіння та сила поверхневого натягу.

Найбільш наглядно можна побачити хвилю, якщо розглядати хвилі на поверхні води. Якщо створити на поверхні води хвилі, наприклад, кинувши у воду камінь, то по водні гладі почне поширюватись хвиля, якщо на поверхні води знаходиться плаваючий предмет, наприклад шматочок пінопласту, то можна помітити, що він буде здійснювати коливання лише згори вниз, і не переміщуватиметься у напрямі поширення хвилі.

Отже, при поширенні хвилі відбувається переміщення коливального руху від одних частинок тіла до інших, але не перенос речовини. Хвиля не переносить речовину, але переносить енергію. Тобто під час поширення хвиль по поверхні води немає потоків і течій рідини, переміщується лише форма поверхні рідини.

Під час поширення хвилі, як уже говорилось раніше частинки, до яких докотився процес коливання не переміщують разом з хвилею у напрямі її руху, а здійснюють коливання навколо деяких положень рівноваги. В залежності від співвідношення площини поширення хвилі і площини коливання частинок хвилі поділяються на поздовжні та поперечні.

Поперечні хвилі – це хвилі, в яких напрям коливання частинок перпендикулярний до напряму поширення самої хвилі.

Поздовжні хвилі – це хвилі, в яких коливання частинок хвилі відбувається вздовж напряму її поширення

Поздовжні хвилі можуть поширюватись у середовищі, в якому виникають сили пружності при деформації стиску чи розтягу (гази, рідини, тверді тіла).

Поперечні хвилі можуть поширюватись у середовищі, в якому виникають сили пружності при деформації зсуву (лише тверді тіла).

В твердих тілах швидкість поздовжніх хвиль більша ніж швидкість поперечних. Цей факт використовується, наприклад, для визначення відстані до джерела землетрусу чи іншого осередку сейсмічної активності. Знаючи швидкість поздовжніх і поперечних хвиль у земній корі та час запізнення поперечної хвилі, можна визначити відстань до джерела землетрусу.

На рисунку (1) показане поширення поперечної хвилі, а на рис (2) – поздовжньої.

Під час поширення механічної хвилі рух передається від однієї ділянки до іншої. З передачею руху пов’язана і передача енергії. Основна властивість усіх хвиль, незалежно від їх природи, полягає в тому, що хвилі переносять енергію, але не переносять саму речовину. Енергія надходить від джерела та поширюється разом із хвилею.

Хвильовий фронт – геометричне місце точок, до яких в даний момент часу дійшла хвиля.

Лінія нормальна до хвильового фронту називається променем. Під напрямом поширення хвиль розуміють напрям променів. Промені для плоских хвиль являють собою паралельні прямі. Вздовж променів відбувається перенос енергії.

Хвильова поверхня – це геометричне місце точок, які коливаються в одній фазі.

Залежно від форми хвильового фронту усі хвилі поділяють на плоскі, сферичні, циліндричні, кільцеві тощо. Хвилі, у яких хвильова поверхня є частиною площини називаються плоскими.