Механические волны Печать
Автор naturalscience.ru   

Наблюдали ли вы когда-нибудь, как в ясный день колышется поле со спелыми колосьями пшеницы? Это удивительное зрелище! В безветрие перед вами расстилается желтая гладь, как бы сделанная из тяжелой бархатистой ткани. Но стоит подуть легкому ветерку, как вид поля изменяется: оно сбрасывает с себя тяжелый бархат и одевается в тончайшую кисею, трепещущую на ветру. В этот момент нам кажется, что по золотистой глади то и дело пробегают тени - одна за другой. Но откуда им взяться в ясный день? Разгадка проста: это дуновение ветра пригибает колосья, заставляет их склоняться к земле, обнажая тонкие стебли.

Как же получается, что "тени" бегут по полю, то есть движутся, ведь каждый колосок растет на одном и том же месте? Оказывается, по полю движутся не сами колосья, а места или области, где колосья отклонены от вертикали одинаково или почти одинаково.

Явление распространения колебаний в пространстве с течением времени называется волной. Механические волны бывают поперечными и продольными:

На верхнем чертеже вы видите поперечную волну, а на нижнем - продольную. Обе они бегут вправо. Однако частицы среды на верхнем чертеже колеблются вверх-вниз, а на нижнем - влево-вправо. Другими словами, колебания частиц поперечной волны происходят перпендикулярно (поперек) направлению распространения волны, а колебания частиц продольной волны - вдоль этого направления.

Продольные волны - это периодические сгущения и разрежения среды. Поэтому такие волны могут существовать в любых телах - твердых, жидких, газообразных. Поперечные волны могут существовать лишь в твердых телах. Это объясняется тем, что для распространения такой волны необходимо "жесткое" расположение частиц среды, чтобы между ними могли возникать силы упругости.

На чертеже справа показано, как распространяется поперечная волна. Количество частиц среды (на рисунке - кружочков) остается постоянным. Каждый из них лишь смещается вверх-вниз, то есть совершает колебания около "своего" положения равновесия. Тем не менее, волна переносит энергию из левой части среды в правую. Ведь распространение колебаний на участки среды, прежде находившиеся в покое, и означает распространение (передачу) энергии.

Познакомимся с величинами, которыми принято характеризовать волну. Физическая величина, равная отношению длины волны (l) к периоду колебаний ее частиц (T), называется скоростью волны.

Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, находящимися в одинаковом состоянии, называется длиной волны. На левом чертеже за длину поперечной волны мы взяли расстояние между двумя ближайшими частицами, опустившимися ниже всего. За длину продольной волны мы взяли расстояние между ближайшими частицами, наиболее плотно окруженными соседями.

Колебания частиц среды, в которой распространяется волна, являются вынужденными. Поэтому их период равен периоду колебаний возбудителя волны. Однако скорость распространения волн в различных средах различна. Например, звуковая волна, переходящая из воды в воздух, уменьшает свою скорость в 4-5 раз. Поэтому длина этой волны (l = J T) в воздухе возрастает в такое же число раз.