Поперечные и продольные волны. Скорость распространения и длина волны. Интерференция и дифракция волн.

Любые возмущения среды, которые распространяются с некоторой скоростью, называются волнами. Если на систему, в частности, на жидкость, подействовать некоторой силой, то она выйдет из состояния равновесия. Начнется распространения волн. Волны на воде - колебания пластов воды. В данном случае, если течения отсутствуют, то происходит просто поднятие или опускание жидкости. Существует ошибочное мнение, что волны перемещают слои жидкости. На самом деле колебания происходят только по горизонтали. Кроме волн в жидкости могут происходить возмущения абсолютно во всех средах, вызванные силой упругости. Такие волны называются упругими. Упругие волны делятся на: продольные - когда колебания происходят по направлению движения волны; поперечные - колебания, направленные перпендикулярно к направлению среды.

Средой для распространения продольной волны может служить твердое, газообразное или жидкое тело. Поперечная волна распространяется только в твердом теле.

Расстояние между двумя соседними максимумами или минимумами амплитуды называется длиной волны; единицей измерения является метр (м). λ= v × T, здесь λ – длина волны, v – скорость распространения волны, Т – период волны.  Скорость, с которой волна распространяется в среде, называется скоростью колебания. Благодаря тому, что атомы и молекулы в твёрдых телах находятся достаточно близко друг к другу, и они лучше взаимодействуют друг с другом, это приводит к большей скорости волны в твердых телах. Можно сделать вывод - чем более плотная среда, тем быстрее в ней распространяются волны.

Процесс наложения волн, находящихся в одинаковой фазе или противофазе, в результате чего происходит достижение максимумов и минимумов амплитуды, называется интерференцией. Чтобы интерференция произошла, в обязательном порядке волны должны быть когерентными. Это значит, что они должны испускаться с одинаковой частотой и в одинаковой фазе.  Если разность хода двух волн равна целому числу волн (т.е. четному числу полуволн), то в точке наложения этих волн образуется интерференционный максимум; амплитуда результирующего колебания в два раза увеличится: А =2x₀. Если разность хода этих волн равна нечетному числу полуволн, то это означает, что волны от двух точек-вибраторов придут в противофазе и погасят друг друга; амплитуда результирующего колебания будет равной нулю: А = 0; получим интерференционный минимум.

Процесс огибания волнами преград, называется дифракцией. Дифракция присуща любому виду волн.

Звук. Скорость звука.

Звук является частным случаем распространения волны в упругой среде. Звук возникает в результате колебаний различных сред. Звук можно слышать в том случае, когда частота такого колебания будет больше 16 Гц с интенсивностью более 10^-12 Вт/м². Звуковые волны относятся к поперечным видам волн. Следует обратить внимание, что для распространения звука необходимо время. Именно поэтому мы сначала видим молнию и только потом слышим гром. Скорость распространения звука зависит от среды. Быстрее всего он распространяется в твердых телах, затем в жидкостях. А медленнее всего - в газах. Распространение звука невозможно в вакууме. В воздухе при температуре 0⁰С звук перемещается со скоростью 331 м/с.

Если звук встретил на своем пути большую преграду, например, стену, то он не может её огибать. В таком случае звук отбивается и начинает перемещаться в противоположном направлении. Такой процесс можно наблюдать в больших и пустых помещениях, и называется он эхо. Громкость звука измеряется в децибелах. Чем больше амплитуда звука, тем больше его сила, тем громче звук. Высота звука характеризуется его частотой. Например, из-за большой скорости взмахов крыльев комара мы слышим звук высокой частоты, при этом у мухи он более низкий. Это объясняется менее частыми движениями крыльев мухи.

Не всякое колеблющее тело издает слышимый звук. Источниками звука могут являться физические тела, колеблющие частотой от 16 до 20 000 Гц. Именно эти звуковые частоты доступны нашему восприятию. Звуковые волны с частотой меньшей 16 Гц называются инфразвуками, а большей 20 кГц ультразвуками.

Инфразвуки, воздействуя на мозг, они представляют опасность для его физического и психического здоровья. Мощные генераторы инфразвука, направляя свое излучение на агрессивную толпу людей, служат средством её сдерживания, заставляя бежать из опасной зоны.

Роль ультразвука в жизни человека положительна; он используется в диагностике, хирургии и как один из физиотерапевтических методов.

Литература