Описание волновых процессов. Типы и свойства волн.

  • 24 сент. 2011 г.
  • 1842 Слова
Волны, изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Например, удар по концу стального стержня вызывает на этом конце местное сжатие, которое распространяется затем вдоль стержня со скоростью около 5 км/сек; это — упругая волна. Упругие волны существуют в твёрдых телах, жидкостях и газах. Звуковые волны и сейсмические волны в земной кореявляются частными случаями упругих волн. К электромагнитным волнам относятся радиоволны, свет, рентгеновские лучи и др. Основное свойство всех волн, независимо от их природы, состоит в том, что в виде Волны осуществляется перенос энергии без переноса вещества (последний может иметь место лишь как побочное явление). Например, после прохождения по поверхности жидкости волны, возникшей от брошенного в воду камня,частицы жидкости останутся приблизительно в том же положении, что и до прохождения волны. Волновые процессы встречаются почти во всех областях физических явлений; изучение волны важно и для физики и для техники.
Волны могут различаться по тому, как возмущения ориентированы относительно направления их распространения. Так, например, звуковая волна распространяется в газе в том же направлении, вкаком происходит смещение частиц газа , в волне, распространяющейся вдоль струны, смещение точек струны происходит в направлении, перпендикулярном струне . Волны первого типа называются продольными, а второго—поперечными.
В жидкостях и газах упругие силы возникают только при сжатии и не возникают при сдвиге, поэтому упругие деформации в жидкостях и газах могут распространяться только в видепродольных волн («Волны сжатия»). В твёрдых же телах, в которых упругие силы возникают также при сдвиге, упругие деформации могут распространяться не только в виде продольных волн («Волны сжатия»), но и в виде поперечных волн («Волны сдвига»). В твёрдых телах ограниченного размера (например, в стержнях, пластинках и т.п.) картина распространения волны более сложна, здесь возникают ещё и другие типы волн,являющиеся комбинацией первых двух основных типов.
В электромагнитных волнах направления электрического и магнитного полей почти всегда (за исключением некоторых случаев распространения в несвободном пространстве) перпендикулярны направлению распространения волны, поэтому электромагнитные Волны в свободном пространстве поперечны.
Волны могут иметь различный вид. Одиночной Волны, или импульсом, называетсясравнительно короткое возмущение, не имеющее регулярного характера . Ограниченный ряд повторяющихся возмущений называется цугом волны.Обычно понятие цуга относят к отрезку синусоиды . Особую важность в теории волны имеет представление о гармонической волне, т. е. бесконечной и синусоидальной волне, в которой все изменения состояния среды происходят по закону синуса или косинуса; такие волны могли бы распространятьсяв однородной среде (если амплитуда их невелика) без искажения формы . Понятие бесконечной синусоидальной волны, разумеется, является абстракцией, применимой к достаточно длинному цугу синусоидальных волн.
Основными характеристиками гармонической волны являются длина волны и время, за которое частица среды совершает одно полное колебание. Таким образом, бесконечная волна обладает строгойпериодичностью в пространстве (что обнаруживается в случае, например, упругих волн, хотя бы на моментальной фотографии волны) и периодичностью во времени (что обнаруживается, если следить за движением во времени определённой частицы среды).
В гармонической волне изменения колеблющейся величины W во времени происходит по закону синуса (или косинуса), т. е. значение, которое эта величина принимает при наибольшихотклонениях от положения равновесия. В любой другой точке, расположенной на расстоянии r от первой в направлении распространения волны, колебания происходят по такому же закону, но с запозданием на время.Распространение волны всегда связано с переносом энергии, который можно количественно характеризовать вектором потока энергии 1. Этот вектор для...
tracking img