Волна и её виды

Волны окружают нас повсюду. Они передают различные возмущения, распространяются в различных средах, генерируются разными источниками. Однако все они обладают целым рядом одинаковых свойств — бегущие волны переносят энергию и импульс, гармони­ческие волны любой природы описыва­ются одинаковыми уравнениями и т. д. Но самое главное, волны, если они «не­правильные», передают информацию.

Волна — это распространение возмущений в пространстве.

В разных волнах «возмуще­ние» представляет собой совершенно разные процессы. В звуковых волнах это изменения давления и плотности, вызванные колебаниями молекул среды, в электромагнит­ных — взаимосвязанные изменения напряженностей элек­трического и магнитного полей, в гравитационных — изме­нение геометрических свойств пространства-времени. В волнах на воде возмущение сводится к движению водной поверхности, обусловленному колебаниями частиц воды.

Бегущие волны образуют­ся в результате воздей­ствия на систему, не име­ющую внешних границ, — открытую систему. В такой системе они «убегают» от создающего их источника. Понятие «открытости» не предполагает, что система бесконечна, у нее могут быть границы, но они не должны вызывать отраже­ния волн. Например, звук, распространяющийся вы­соко в воздухе над морем, или звук в комнате со зву­копоглощающими стена­ми — это бегущие волны. И в том, и в другом случае звук распространяется в открытой системе. В обыч­ной комнате, где стенки не покрыты поглощающим звук материалом, волны, отраженные от стен (эхо), накладываются на вол­ны, идущие от источника. В результате возникает до­статочно сложная картина, звук «искажается», а при определенных условиях воздух в комнате может «резонировать» на харак­терных для данного поме­щения частотах.

В стоячей волне, в отличие от бегущей, не происходит переноса энергии. Это оче­видный результат, так как стоячая волна образуется из двух одинаковых волн, несущих навстречу друг другу одинаковые потоки энергии. В стоячей волне происходит лишь превра­щение энергии из одного вида в другой.

Волны могут распространяться в вакууме и в различных средах. Сами среды также довольно разнообразны. Звуко­вые волны могут распространяться и в жидкостях, и в твер­дых телах, и в газах. Элементами этих сред являются атомы и молекулы. Если рассматриваются волны на воде или пес­чаные волны, то в качестве элемен­тов среды выступают частицы воды или песка. Транспортные волны возникают в сплошных потоках ма­шин, соответственно элементы сре­ды — машины. Волны гриппа рас­пространяются в человеческом сообществе, и элементами среды в этом случае являются люди.

Распространение упругой волны

Обяза­тельное условие распространения волны — наличие связей между возмущениями в сосед­них областях пространства. Если оттянуть участок стру­ны, то благодаря силам упругости колебания возникнут не только в отведенных от положения равновесия участ­ках струны, но и в соседних, и дальше в колебание после­довательно будут вовлекаться все новые участки струны, т. е. по струне побежит упругая волна. При распростра­нении электромагнитных волн изменение напряженно­сти электрического поля в некоторой области простран­ства вызывает появление в ее окрестности магнитного поля, и наоборот. Во время эпидемии гриппа больной, чих­нувший в трамвае, заражает вокруг себя несколько пасса­жиров, которые потом так же заражают своих близких, а те — сослуживцев, и волна гриппа начинает лавинообразно нарастать.

Гармонические волны мо­гут распространяться в пространстве с любой скоростью, в том числе и со скоростью, превыша­ющей скорость света в ва­кууме, так как идеальная гармоническая волна не может передать никакой информации. А вот лю­бые изменения — дефек­ты такой волны — уже являются информатив­ными и поэтому не могут перемещаться в про­странстве быстрее, чем свет распространяется в пустоте. Материал с сайта http://worldof.school

Символическое изображение гравитационных волн. Эти волны представляют собой периодическую деформацию геометрии нашего пространства. Гравитационные волны еще не открыты, ведется их интенсивный поиск

Геометрическое место точек, до которых дошли возмуще­ния к рассматриваемому моменту времени, называется фронтом волны. Волны часто имеют название соответст­венно форме фронтальной поверхности. Если она плоская, то и волну называют плоской, если сферическая, то и волну называют сферической. В неоднородных средах возможны волны с очень разной геометрической формой фронта. Различные волновые движения могут описываться одина­ковыми математическими уравнениями. Это отражает сходный характер протекания волновых процессов, хотя их физическая природа может быть совершенно различ­ной. Одни и те же телеграфные уравнения (это их истори­ческое название) описывают распространение и звуковых, и электромагнитных волн. Но в первом случае они опреде­ляют, например, давление и скорость течения жидкой или газообразной среды, а во втором — напряженности элект­рического и магнитного полей. В зависимости от характера распространения возмущений изменяется вид описываю­щих волну уравнений. Для сложных движений они могут быть очень сложными. Проще всего написать уравнение плоской волны.

Наблюдение волн в раз­ных системах отсчета мо­жет дать различные кар­тины. Если вы смотрите из окна вагона, мчащего­ся мимо равномерно сто­ящих песчаных холмов, то (при достаточном во­ображении) вам может показаться, что мимо вас проносятся песчаные волны. Если же вам уда­лось бы оседлать один из гребней реальной бегу­щей песчаной волны, то вы бы могли представить себе, что попали в «стра­ну» песчаных холмов.

На этой странице материал по темам:

• Доклад он физике на тему виды волн с формулами

• Реликтовое электромагнитное излучение доклад