Garenvirziena un šķērsviļņu piemēri. A

Ir gareniskie un šķērsviļņi. Vilni sauc šķērsvirziena, ja vides daļiņas svārstās virzienā, kas ir perpendikulārs viļņa izplatīšanās virzienam (15.3. att.). Šķērsvilnis izplatās, piemēram, pa izstieptu horizontālu gumijas auklu, kuras viens no galiem ir fiksēts, bet otrs ir iestatīts vertikālā svārstību kustībā.

Sīkāk aplūkosim izglītības procesu šķērsviļņi. Ņemsim bumbiņu ķēdi kā īstas auklas modeli ( materiālie punkti), savienoti viens ar otru ar elastīgiem spēkiem (15.4. att., a). 15.4. attēlā ir attēlots bīdes viļņu izplatīšanās process un parādītas lodīšu pozīcijas secīgos laika intervālos, kas vienādi ar perioda ceturtdaļu.

Sākotnējā laika momentā (t 0 = 0) visi punkti atrodas līdzsvara stāvoklī (15.4. att., a). Tad mēs radām traucējumus, 1. punktu novirzot no līdzsvara stāvokļa par lielumu A un 1. punkts sāk svārstīties, 2. punkts, elastīgi savienots ar 1., nonāk svārstību kustībā nedaudz vēlāk, 3. vēl vēlāk utt. . Pēc ceturtdaļas perioda svārstības \(\Bigr(t_2 = \frac(T)(4) \Bigl)\) izplatīsies līdz 4. punktam, 1. punktam būs laiks novirzīties no līdzsvara stāvokļa par maksimālais attālums, kas vienāds ar svārstību amplitūdu A (15.4. att., b). Pēc pusperioda 1. punkts, virzoties uz leju, atgriezīsies līdzsvara stāvoklī, 4. no līdzsvara stāvokļa novirzās par attālumu, kas vienāds ar svārstību amplitūdu A (15.4. att., c), vilnis izplatījās uz 7. punkts utt.

Ar laiku t5 = T 1. punkts, pabeidzis pilnīgu svārstību, iziet cauri līdzsvara stāvoklim, un svārstību kustība izplatīsies uz 13. punktu (15.4. att., d). Visi punkti no 1. līdz 13. atrodas tā, ka tie veido pilnīgu vilni, kas sastāv no depresijas Un kupris.

Vilni sauc gareniski, ja vides daļiņas svārstās viļņu izplatīšanās virzienā (15.5. att.).

Garenisku vilni var novērot uz garas mīkstas liela diametra atsperes. Uzsitot kādu no atsperes galiem, var pamanīt, kā secīgi kondensāti un tā pagriezienu retumi izplatīsies pa visu pavasari, skrienot cits pēc cita. 15.6. attēlā punkti parāda atsperes spoļu stāvokli miera stāvoklī un pēc tam atsperes spoļu pozīcijas secīgos intervālos, kas vienādi ar perioda ceturtdaļu.

Tādējādi garenvirziena vilnis aplūkotajā gadījumā atspoguļo mainīgus kondensācijas (Сг) un retināšana (vienreiz) atsperu spoles.

Viļņa veids ir atkarīgs no vides deformācijas veida. Garenvirziena viļņi izraisa spiedes-spriegojuma deformācija, šķērsviļņus - bīdes deformācija. Tāpēc gāzēs un šķidrumos, kuros elastīgie spēki rodas tikai saspiešanas laikā, šķērsviļņu izplatīšanās nav iespējama. IN cietvielas Elastīgie spēki rodas gan stiepes (spriegojuma), gan bīdes laikā, tāpēc tajos iespējama gan garenvirziena, gan šķērsviļņu izplatīšanās.

Kā redzams 15.4. un 15.6. attēlā, gan šķērsviļņos, gan garenvirziena viļņos katrs vides punkts svārstās ap savu līdzsvara stāvokli un novirzās no tā ne vairāk kā par amplitūdu, un vides deformācijas stāvoklis tiek pārnests no viena vides punkta. vidējs uz citu. Būtiska atšķirība starp elastīgajiem viļņiem vidē un jebkuru citu sakārtotu tās daļiņu kustību ir tāda, ka viļņu izplatīšanās nav saistīta ar vielas pārnesi vidē.

Līdz ar to, viļņiem izplatoties, elastīgās deformācijas enerģija un impulss tiek pārnestas bez vielas pārneses. Viļņu enerģija elastīgā vidē sastāv no kinētiskā enerģija vibrējošām daļiņām un no potenciālā enerģija barotnes elastīgā deformācija.

Apsveriet, piemēram, garenisko vilni elastīgā atsperē. Noteiktā laika momentā kinētiskā enerģija tiek sadalīta nevienmērīgi pa atsperi, jo dažas atsperes spoles šajā brīdī atrodas miera stāvoklī, bet citas, gluži pretēji, pārvietojas līdzi. maksimālais ātrums. Tas pats attiecas uz potenciālo enerģiju, jo šajā brīdī daži atsperes elementi nav deformēti, bet citi ir maksimāli deformēti. Tāpēc, apsverot viļņu enerģiju, tiek ieviests tāds raksturlielums kā kinētiskās un potenciālās enerģijas blīvums \(\omega\) (\(\omega=\frac(W)(V) \) - enerģija uz tilpuma vienību). Viļņu enerģijas blīvums katrā barotnes punktā nepaliek nemainīgs, bet periodiski mainās, vilnim pārejot: enerģija izplatās kopā ar vilni.

Jebkuram viļņu avotam ir enerģija W, ko vilnis savas izplatīšanās laikā pārraida uz barotnes daļiņām.

Viļņa I intensitāte parāda, cik daudz enerģijas vidēji vilnis nodod laika vienībā caur virsmas laukuma vienību, kas ir perpendikulāra viļņa izplatīšanās virzienam\

Viļņa intensitātes SI vienība ir vats uz vienu kvadrātmetru J/(m 2 \(\cdot\) c) = W/m 2

Viļņa enerģija un intensitāte ir tieši proporcionāla tā amplitūdas kvadrātam \(~I \sim A^2\).

Literatūra

Aksenovičs L. A. Fizika in vidusskola: Teorija. Uzdevumi. Pārbaudījumi: Mācību grāmata. pabalsts vispārējās izglītības iestādēm. vide, izglītība / L. A. Aksenoviča, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 425-428.

1. Jūs jau zināt, ka sauc par mehānisko vibrāciju izplatīšanās procesu vidē mehāniskais vilnis.

Piesprādzējam vienu auklas galu, nedaudz izstiepjam un brīvo auklas galu virzīsim uz augšu un tad uz leju (ļausim svārstīties). Redzēsim, ka pa auklu “skraidīs” vilnis (84. att.). Auklas daļas ir inertas, tāpēc tās nobīdīsies attiecībā pret līdzsvara stāvokli nevis vienlaicīgi, bet ar zināmu kavēšanos. Pamazām visas auklas daļas sāks vibrēt. Pa to izplatīsies svārstības, citiem vārdiem sakot, tiks novērots vilnis.

Analizējot svārstību izplatību pa auklu, var pamanīt, ka vilnis “skrien” horizontālā virzienā, bet daļiņas svārstās vertikālā virzienā.

Viļņus, kuru izplatīšanās virziens ir perpendikulārs vides daļiņu vibrācijas virzienam, sauc par šķērsvirzieniem.

Šķērsviļņi apzīmē pārmaiņu kupri Un depresijas.

Papildus šķērsviļņiem var pastāvēt arī garenviļņi.

Viļņus, kuru izplatīšanās virziens sakrīt ar vides daļiņu vibrācijas virzienu, sauc par garenvirzieniem.

Piestiprināsim vienu garās atsperes galu, kas piekārta uz vītnēm, un sasitīsim tās otru galu. Redzēsim, kā gar to “skrien” pagriezienu kondensāts, kas parādās atsperes beigās (85. att.). Notiek kustība sabiezējumi Un retināšana.

2. Analizējot šķērsenisko un garenisko viļņu veidošanās procesu, var izdarīt šādus secinājumus:

- mehāniskie viļņi veidojas vides daļiņu inerces un to savstarpējās mijiedarbības dēļ, kas izpaužas elastīgo spēku esamībā;

- katra barotnes daļiņa veic piespiedu svārstības, tāda pati kā pirmā vibrācijā iedarbinātā daļiņa; visu daļiņu vibrācijas frekvence ir vienāda un vienāda ar vibrācijas avota frekvenci;

- katras daļiņas vibrācija notiek ar kavēšanos, kas ir saistīta ar tās inerci; Šī aizkave ir lielāka, jo tālāk daļiņa atrodas no svārstību avota.

Svarīga viļņu kustības īpašība ir tāda, ka kopā ar vilni netiek pārnesta neviena viela. To ir viegli pārbaudīt. Uzmetot korķa gabalus uz ūdens virsmas un izveidojot viļņu kustību, jūs redzēsiet, ka viļņi "skrienas" pa ūdens virsmu. Korķa gabali pacelsies augšā viļņa virsotnē un nokritīs pie siles.

3. Apskatīsim vidi, kurā izplatās gareniskie un šķērsviļņi.

Garenisko viļņu izplatīšanās ir saistīta ar ķermeņa tilpuma izmaiņām. Tie var izplatīties gan cietos, gan šķidros, gan gāzveida ķermeņos, jo visos šajos ķermeņos rodas elastības spēki, mainoties to tilpumam.

Šķērsviļņu izplatīšanās galvenokārt ir saistīta ar ķermeņa formas izmaiņām. Gāzēs un šķidrumos, mainoties to formai, nerodas elastības spēki, tāpēc šķērsviļņi tajos nevar izplatīties. Šķērsviļņi izplatās tikai cietās vielās.

Viļņu kustības piemērs cietā ķermenī ir vibrāciju izplatīšanās zemestrīču laikā. No zemestrīces centra izplatās gan gareniskie, gan šķērsviļņi. Seismiskā stacija vispirms saņem gareniskos viļņus un pēc tam šķērsvirziena viļņus, jo pēdējo ātrums ir mazāks. Ja ir zināmi šķērsviļņu un garenvirziena viļņu ātrumi un izmērīts laika intervāls starp to pienākšanu, tad var noteikt attālumu no zemestrīces centra līdz stacijai.

4. Jūs jau esat iepazinušies ar viļņa garuma jēdzienu. Atcerēsimies viņu.

Viļņa garums ir attālums, kādā vilnis izplatās laikā, kas vienāds ar svārstību periodu.

Varam arī teikt, ka viļņa garums ir attālums starp diviem tuvākajiem šķērsviļņa pauguriem vai ieplakām (86. att. A) vai attālums starp diviem tuvākajiem gareniskā viļņa kondensācijām vai retumiem (86. att., b).

Viļņa garums ir apzīmēts ar burtu l un tiek mērīts collās metri(m).

5. Zinot viļņa garumu, jūs varat noteikt tā ātrumu.

Viļņa ātrums tiek uzskatīts par cekulas vai siles kustības ātrumu šķērsviļņā, sabiezēšanas vai retināšanas ātrumu garenvirziena vilnī .

v = .

Kā liecina novērojumi, tajā pašā frekvencē viļņu ātrums un attiecīgi viļņa garums ir atkarīgs no vides, kurā tie izplatās. 15. tabulā parādīts skaņas ātrums iekšā dažādas vides plkst dažādas temperatūras. Tabulā redzams, ka cietās vielās skaņas ātrums ir lielāks nekā šķidrumos un gāzēs, bet šķidrumos tas ir lielāks nekā gāzēs. Tas ir saistīts ar faktu, ka šķidrumos un cietās vielās molekulas ir sakārtotas tuvāks draugs savā starpā nekā gāzēs, un mijiedarbojas spēcīgāk.

15. tabula

trešdiena	Temperatūra,° AR	Ātrums, jaunkundze
Oglekļa dioksīds	0	259
Gaiss	0	332
Gaiss	10	338
Gaiss	30	349
Hēlijs	0	965
Ūdeņradis	0	128
Petroleja	15	1330
Ūdens	25	1497
Varš	20	4700
Tērauds	20	50006100
Stikls	20	5500

Salīdzinoši lielais skaņas ātrums hēlijā un ūdeņradi izskaidrojams ar to, ka šo gāzu molekulu masa ir mazāka nekā citām, un attiecīgi tām ir mazāka inerce.

Viļņu ātrums ir atkarīgs arī no temperatūras. Jo īpaši, jo augstāka gaisa temperatūra, jo lielāks ir skaņas ātrums. Iemesls tam ir tas, ka, paaugstinoties temperatūrai, palielinās daļiņu mobilitāte.

Pašpārbaudes jautājumi

1. Ko sauc par mehānisko vilni?

2. Kādu vilni sauc par šķērsvirzienu? gareniski?

3. Kādas ir viļņu kustības iezīmes?

4. Kādos medijos izplatās garenviļņi un kuros izplatās šķērsviļņi? Kāpēc?

5. Ko sauc par viļņa garumu?

6. Kā viļņu ātrums ir saistīts ar viļņa garumu un svārstību periodu? Ar viļņa garumu un vibrācijas frekvenci?

7. No kā ir atkarīgs viļņa ātrums pie nemainīgas svārstību frekvences?

27. uzdevums

1. Šķērsvilnis virzās pa kreisi (87. att.). Nosakiet daļiņu kustības virzienu Ašajā vilnī.

2 * . Vai viļņu kustības laikā notiek enerģijas pārnešana? Paskaidrojiet savu atbildi.

3. Kāds ir attālums starp punktiem A Un B; A Un C; A Un D; A Un E; A Un F; B Un Fšķērsvilnis (88. att.)?

4. 89. attēlā parādīts barotnes daļiņu momentānais stāvoklis un to kustības virziens šķērsviļņā. Uzzīmējiet šo daļiņu atrašanās vietu un norādiet to kustības virzienu intervālos, kas vienādi ar T/4, T/2, 3T/4 un T.

5. Kāds ir skaņas ātrums varā, ja viļņa garums ir 11,8 m pie svārstību frekvences 400 Hz?

6. Laiva šūpojas uz viļņiem, kas pārvietojas ar ātrumu 1,5 m/s. Attālums starp divām tuvākajām viļņu virsotnēm ir 6 m. Nosakiet laivas svārstību periodu.

7. Nosakiet vibratora frekvenci, kas rada 15 m garus viļņus ūdenī 25 °C temperatūrā.

Garenvirziena viļņi

1. definīcija

Vilnis, kurā notiek svārstības tā izplatīšanās virzienā. Gareniskā viļņa piemērs ir skaņas vilnis.

1. attēls. Garenvirziena vilnis

Mehāniskos gareniskos viļņus sauc arī par kompresijas viļņiem vai kompresijas viļņiem, jo ​​tie rada saspiešanu, pārvietojoties pa vidi. Šķērsvirziena mehāniskos viļņus sauc arī par "T-viļņiem" vai "bīdes viļņiem".

Gareniskie viļņi ietver akustiskos viļņus (daļiņu kustības ātrumu elastīgā vidē) un seismiskos P viļņus (ko rada zemestrīces un sprādzieni). Garenvirziena viļņos vides nobīde ir paralēla viļņa izplatīšanās virzienam.

Skaņas viļņi

Garenvirziena harmonisko skaņas viļņu gadījumā frekvenci un viļņa garumu var aprakstīt ar formulu:

$y_0-$ svārstību amplitūda;\textit()

$\omega -$ viļņa leņķiskā frekvence;

$c-$ viļņu ātrums.

Parastā $\left((\rm f)\right)$ viļņa frekvence tiek dota ar

Skaņas izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vides veida, temperatūras un sastāva, caur kuru tā pārvietojas.

Elastīgā vidē harmonisks gareniskais vilnis virzās pozitīvā virzienā pa asi.

Šķērsviļņi

2. definīcija

Šķērsvilnis- vilnis, kurā vides vibrācijas molekulu virziens ir perpendikulārs izplatīšanās virzienam. Šķērsviļņu piemērs ir elektromagnētiskais vilnis.

2. attēls. Garenvirziena un šķērsviļņi

Viļņus dīķī un viļņus uz virknes var viegli attēlot kā šķērsviļņus.

3. attēls. Gaismas viļņi ir šķērsviļņa piemērs

Šķērsviļņi ir viļņi, kas svārstās perpendikulāri izplatīšanās virzienam. Ir divi neatkarīgi virzieni, kuros var notikt viļņu kustības.

3. definīcija

Divdimensiju bīdes viļņi parāda fenomenu, ko sauc polarizācija.

Elektromagnētiskie viļņi uzvedas tāpat, lai gan tos ir nedaudz grūtāk saskatīt. Elektromagnētiskie viļņi ir arī divdimensiju šķērsviļņi.

1. piemērs

Pierādiet, ka parādītajam vilnim plaknes neslāpēta viļņa vienādojums ir $(\rm y=Acos)\left(\omega t-\frac(2\pi )(\lambda )\right)x+(\varphi )_0$ attēlā , var rakstīt kā $(\rm y=Asin)\left(\frac(2\pi )(\lambda )\right)x$. Pārbaudiet to, aizstājot koordinātu vērtības $\ \ x$, kas ir $\frac(\lambda)(4)$; $\frac(\lambda)(2)$; $\frac(0.75)(\lambda)$.

4. attēls.

Vienādojums $y\left(x\right)$ plaknes neslāpētam vilnim nav atkarīgs no $t$, kas nozīmē, ka laika momentu $t$ var izvēlēties patvaļīgi. Izvēlēsimies laika momentu $t$ tādu, lai

\[\omega t=\frac(3)(2)\pi -(\varphi )_0\] \

Aizstāsim šo vērtību vienādojumā:

\ \[=Acos\left(2\pi -\frac(\pi )(2)-\left(\frac(2\pi )(\lambda )\right)x\right)=Acos\left(2\ pi -\left(\left(\frac(2\pi )(\lambda )\right)x+\frac(\pi )(2)\right)\right)=\] \[=Acos\left(\left) (\frac(2\pi )(\lambda )\right)x+\frac(\pi )(2)\right)=Asin\left(\frac(2\pi )(\lambda )\right)x\] \ \ \[(\mathbf x)(\mathbf =)\frac((\mathbf 3))((\mathbf 4))(\mathbf \lambda )(\mathbf =)(\mathbf 18),(\mathbf 75)(\mathbf \ cm,\ \ \ )(\mathbf y)(\mathbf =\ )(\mathbf 0),(\mathbf 2)(\cdot)(\mathbf sin)\frac((\mathbf 3) ))((\mathbf 2))(\mathbf \pi )(\mathbf =-)(\mathbf 0),(\mathbf 2)\]

Atbilde: $Asin\left(\frac(2\pi )(\lambda )\right)x$

Mehāniskie viļņi

Ja daļiņu vibrācijas tiek ierosinātas jebkurā vietā cietā, šķidrā vai gāzveida vidē, tad vides atomu un molekulu mijiedarbības dēļ vibrācijas sāk pārnest no viena punkta uz otru ar ierobežotu ātrumu. Vibrāciju izplatīšanās procesu vidē sauc vilnis .

Mehāniskie viļņi tur ir dažādi veidi. Ja vides daļiņas viļņā tiek pārvietotas virzienā, kas ir perpendikulārs izplatīšanās virzienam, tad vilni sauc šķērsvirziena . Šāda veida viļņa piemērs var būt viļņi, kas iet pa izstieptu gumijas joslu (2.6.1. att.) vai pa auklu.

Ja barotnes daļiņu pārvietošanās notiek viļņa izplatīšanās virzienā, tad vilni sauc gareniski . Viļņi elastīgā stieņā (2.6.2. att.) vai skaņas viļņi gāzē ir šādu viļņu piemēri.

Viļņiem uz šķidruma virsmas ir gan šķērsvirziena, gan garenvirziena komponenti.

Gan šķērseniskajos, gan garenvirziena viļņos nenotiek vielas pārnešana viļņu izplatīšanās virzienā. Izplatīšanās procesā barotnes daļiņas svārstās tikai ap līdzsvara pozīcijām. Tomēr viļņi pārnes vibrācijas enerģiju no viena vides punkta uz citu.

Raksturīga iezīme mehāniskie viļņi ir tas, ka tie izplatās materiālajā vidē (cietā, šķidrā vai gāzveida). Ir viļņi, kas var izplatīties tukšumā (piemēram, gaismas viļņi). Mehāniskajiem viļņiem obligāti ir nepieciešama vide, kas spēj uzglabāt kinētisko un potenciālo enerģiju. Tāpēc videi ir jābūt inertas un elastīgas īpašības. Reālajā vidē šīs īpašības tiek izplatītas visā sējumā. Piemēram, jebkuram mazam cieta ķermeņa elementam ir masa un elastība. Visvienkāršākajā veidā viendimensijas modelis cietu ķermeni var attēlot kā lodīšu un atsperu kopumu (2.6.3. att.).

Garenvirziena mehāniskie viļņi var izplatīties jebkurā vidē - cietā, šķidrā un gāzveida.

Ja cieta ķermeņa viendimensijas modelī viena vai vairākas lodītes tiek pārvietotas virzienā, kas ir perpendikulārs ķēdei, tad notiks deformācija maiņa. Atsperes, kuras deformējas ar šādu pārvietošanos, tiecas atgriezt pārvietotās daļiņas līdzsvara stāvoklī. Šajā gadījumā elastīgie spēki iedarbosies uz tuvākajām nepārvietotajām daļiņām, tiecoties novirzīt tās no līdzsvara stāvokļa. Rezultātā gar ķēdi virzīsies šķērsvilnis.

Šķidrumos un gāzēs elastīga bīdes deformācija nenotiek. Ja viens šķidruma vai gāzes slānis tiek pārvietots noteiktā attālumā attiecībā pret blakus esošo slāni, tad uz robežas starp slāņiem neparādīsies nekādi tangenciālie spēki. Spēki, kas darbojas uz šķidruma un cietas vielas robežas, kā arī spēki starp blakus esošajiem šķidruma slāņiem vienmēr ir vērsti normāli pret robežu - tie ir spiediena spēki. Tas pats attiecas uz gāzveida vidi. Tāpēc Šķidrā vai gāzveida vidē šķērsviļņi nevar pastāvēt.

Būtiska praktiska interese ir vienkārša harmoniskie vai sinusoidālie viļņi . Tie ir raksturoti amplitūdaA daļiņu vibrācijas, biežumsf Un viļņa garumsλ. Sinusoidālie viļņi izplatās viendabīgās vidēs ar noteiktu nemainīgu ātrumu v.

Aizspriedums y (x, t) vides daļiņas no līdzsvara stāvokļa sinusoidālā vilnī ir atkarīgas no koordinātas x uz ass VĒRSIS, pa kuru vilnis izplatās, un laikā t likumā.

Ļaujiet svārstīgajam ķermenim atrasties vidē, kurā visas daļiņas ir savstarpēji saistītas. Ar to saskarē esošās vides daļiņas sāks vibrēt, kā rezultātā šim ķermenim blakus esošajās vides zonās rodas periodiskas deformācijas (piemēram, saspiešana un spriedze). Deformāciju laikā vidē parādās elastīgi spēki, kas tiecas atgriezt vides daļiņas to sākotnējā līdzsvara stāvoklī.

Tādējādi periodiskas deformācijas, kas parādās kādā vietā elastīgā vidē, izplatīsies ar noteiktu ātrumu atkarībā no vides īpašībām. Šajā gadījumā vides daļiņas vilnis neievelk translācijas kustībā, bet veic svārstības ap to līdzsvara pozīcijām, tikai elastīga deformācija tiek pārnesta no vienas vides daļas uz otru.

Svārstību kustības izplatīšanās procesu vidē sauc viļņu process vai vienkārši vilnis. Dažreiz šo vilni sauc par elastīgu, jo to izraisa vides elastīgās īpašības.

Atkarībā no daļiņu svārstību virziena attiecībā pret viļņu izplatīšanās virzienu izšķir garenvirziena un šķērsviļņus.Interaktīva šķērsenisko un garenviļņu demonstrācija

Gareniskais vilnis – Tas ir vilnis, kurā vides daļiņas svārstās viļņa izplatīšanās virzienā.

Garenisku vilni var novērot uz garas mīkstas liela diametra atsperes. Uzsitot kādu no atsperes galiem, var pamanīt, kā secīgi kondensāti un tā pagriezienu retumi izplatīsies pa visu pavasari, skrienot cits pēc cita. Attēlā punkti parāda atsperes spoļu stāvokli miera stāvoklī un pēc tam atsperes spoļu pozīcijas secīgos laika intervālos, kas vienādi ar perioda ceturtdaļu.

Tādējādi, apmēramgarenvirziena vilnis aplūkotajā gadījumā attēlo mainīgu kondensāciju (Сг) un retināšana (vienreiz) atsperu spoles.
Garenviļņu izplatīšanās demonstrēšana

Šķērsvilnis - Tas ir vilnis, kurā vides daļiņas svārstās virzienos, kas ir perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam.

Ļaujiet mums sīkāk apsvērt šķērsenisko viļņu veidošanās procesu. Ņemsim par reālas auklas modeli lodīšu (materiālu punktu) ķēdi, kas savienotas viena ar otru ar elastīgiem spēkiem. Attēlā attēlots šķērsviļņa izplatīšanās process un parādīts lodīšu novietojums secīgos laika intervālos, kas vienādi ar perioda ceturtdaļu.

Sākotnējā laika momentā (t 0 = 0) visi punkti atrodas līdzsvara stāvoklī. Tad mēs radām traucējumus, 1. punktu novirzot no līdzsvara stāvokļa par lielumu A un 1. punkts sāk svārstīties, 2. punkts, elastīgi savienots ar 1., nonāk svārstību kustībā nedaudz vēlāk, 3. vēl vēlāk utt. . Pēc ceturtdaļas svārstību perioda ( t 2 = T 4 ) izplatīsies uz 4. punktu, 1. punktam būs laiks novirzīties no līdzsvara stāvokļa par maksimālo attālumu, kas vienāds ar svārstību amplitūdu A. Pēc pusperioda 1. punkts, virzoties uz leju, atgriezīsies līdzsvara stāvoklī, 4. novirzījies no līdzsvara stāvokļa par attālumu, kas vienāds ar svārstību amplitūdu A, vilnis ir izplatījies līdz 7. punktam utt.

Ar laiku t5 = T 1. punkts, pabeidzis pilnīgu svārstību, iziet cauri līdzsvara stāvoklim, un svārstību kustība izplatīsies uz 13. punktu. Visi punkti no 1. līdz 13. atrodas tā, ka tie veido pilnīgu vilni, kas sastāv no depresijas Un grēda

Bīdes viļņu izplatīšanās demonstrēšana

Viļņa veids ir atkarīgs no vides deformācijas veida. Garenviļņus rada spiedes-spriegojuma deformācija, šķērsviļņus rada bīdes deformācija. Tāpēc gāzēs un šķidrumos, kuros elastīgie spēki rodas tikai saspiešanas laikā, šķērsviļņu izplatīšanās nav iespējama. Cietās vielās elastības spēki rodas gan saspiešanas (spriegojuma), gan bīdes laikā, tāpēc tajās var izplatīties gan garenvirziena, gan šķērsviļņi.

Kā liecina attēli, gan šķērsviļņos, gan garenvirziena viļņos katrs vides punkts svārstās ap savu līdzsvara stāvokli un nobīdās no tā ne vairāk kā par amplitūdu, un vides deformācijas stāvoklis tiek pārnests no viena vides punkta uz cits. Būtiska atšķirība starp elastīgajiem viļņiem vidē un jebkuru citu sakārtotu tās daļiņu kustību ir tāda, ka viļņu izplatīšanās nav saistīta ar vielas pārnesi vidē.

Līdz ar to, viļņiem izplatoties, elastīgās deformācijas enerģija un impulss tiek pārnestas bez vielas pārneses. Viļņa enerģija elastīgā vidē sastāv no svārstīgo daļiņu kinētiskās enerģijas un vides elastīgās deformācijas potenciālās enerģijas.