Поперечная волна

Примеры продольных и поперечных волн

При реактивном ускорении от двухступенчатой ракеты, движущейся относительно Земли со скоростью 28 м/с, отделилась первая ступень массой 592 т с началь ной скоростью 20 м/с (относительно Земли). Определи, какую начальную скорость относительно Земли получила вторая ступень ракеты в результате такого ускорения, если на момент ускорения она имела массу 114 т. Ответ (округли до тысячных): м/с. Брусок находится в покое на наклонной плоскости с углом наклона 60 градусов. Масса бруска 500г. Определить силу натяжения нити. Сила тяги двигателя автомобиля 20кн. Сила сопротивлению движения равна 5 кН, ускорение автомобиля равно 5м/c^2. Найти массу автомобиля. Визначити напруженість електричного поля створеного провідною сферою у води ( е = 81) поблизу ЇЇ поверхні.Радіус сфери 5 см,заряд 1 нКл.Скористатися т еоремою гаусса Bизначити частоту обертання електрона по коловій орбітів магнитному полі,якщомагнітна андукція дорівнює 1 Тл 1. Центром качаний физического маятника называется а) точка на прямой, проходящей через точку подвеса и центр масс и отстоящая от точки подвеса на рас — стояние, равное приведенной длине б) точка подвеса в) центр масс г) точка на прямой, проходящей через точку подвеса и центр масс и отстоящая от центра масс на рас- стояние, равное приведенной длине. 2. На некоторой планете под действием силы тяжести все тела падают а) с ускорением, зависящим от массы тела 10) с ускорением, зависящим от массы планеты — в) с ускорением, зависящим от массы тела и массы планеты. 3. Оборотный маятник совершает 8 колебаний за 16 с. Найти приведенную длину маятника. а) 0,65 м б) 1,0 м В) 1,5 м г ) 2,5 м 4. Старинные часы, маятник которых можно считать математическим маятником, на поверхности Земли спешат. Что нужно сделать, чтобы они шли верно: опустить их в шахту или поднять на некоторую высоту? Объяснить. 5. В каком случае и во сколько раз частота колебаний стержня длиной 1ми мас- сой 1 кг (см. рис.) больше: когда ось проходит через край стержня (в точке А) или на расстоянии 20 см от края (в точке В)? Начальная скорость снаряда выпущенного из пушки вертикально вверх равна 100 м/с .В точке максимального подъема снаряд разорвался на два осколка, разле тевшихся в вертикальном направлении . Массы осколков 2:1. осколок большей массы упал на землю первым вблизи точки выстрела со скоростью 200 м/с . До какой максимальной высоты может подняться осколок меньшей массы? Паливо дістали змішуванням рівних об’єктів бензину і спирту.Яка кількість теплоти виділяється при згоранні 1 кг суміші 50000 кДж енергії скількі кілограм дров спалили Расстояние между пластинами плоского конденсатора 5мм разность потенциалов 150 в на нижней пластине лежит плитка парафина (з=2) толщиной 4 мм определи ть напряжённость в воздухе и парафине

Продольные волны

Продольные волны — распространяющееся с конечной скоростью в пространстве переменное взаимодействие материи, которое обычно характеризуется двумя функциями ─ векторной, направленной вдоль потока энергии волны, и скалярной функцией. В упругих волнах (звуковых волнах) векторная функция описывает колебания скорости движения элементов среды распространения волны. В зависимости от вида продольных волн и среды их распространения, скалярная функция описывает разного рода изменения в среде или в поле, например, плотность вещества.

Активность продольной волны

Продольными волнами называются волны, в которых колебания совершаются вдоль направления распространения. Примером таких волн могут быть акустические (упругие) волны, в редких случаях существуют примеры продольных электромагнитных волн (в сильно диспергирующих средах). Примером продольной волны является звуковая волна в воздухе.

Понятие плотности потока энергии продольных волн впервые введено русским физиком Н. А. Умовым.

Литература

  • Виноградова М. Б., Руденко О. В., Сухоруков А. П.. Теория волн: учебное пособие для физических специальностей вузов. — 2-е издание, переработанное и дополненное. — Москва: Наука, 1990. — 432 с. — ISBN 5-02-014050-3. Архивировано 13 апреля 2014 года.

См.также

  • Поперечная волна
  • P-волна

В каких средах не могут распространяться поперечные волны ?

При реактивном ускорении от двухступенчатой ракеты, движущейся относительно Земли со скоростью 28 м/с, отделилась первая ступень массой 592 т с началь ной скоростью 20 м/с (относительно Земли). Определи, какую начальную скорость относительно Земли получила вторая ступень ракеты в результате такого ускорения, если на момент ускорения она имела массу 114 т. Ответ (округли до тысячных): м/с. Брусок находится в покое на наклонной плоскости с углом наклона 60 градусов. Масса бруска 500г. Определить силу натяжения нити. Сила тяги двигателя автомобиля 20кн. Сила сопротивлению движения равна 5 кН, ускорение автомобиля равно 5м/c^2. Найти массу автомобиля. Визначити напруженість електричного поля створеного провідною сферою у води ( е = 81) поблизу ЇЇ поверхні.Радіус сфери 5 см,заряд 1 нКл.Скористатися т еоремою гаусса Bизначити частоту обертання електрона по коловій орбітів магнитному полі,якщомагнітна андукція дорівнює 1 Тл 1. Центром качаний физического маятника называется а) точка на прямой, проходящей через точку подвеса и центр масс и отстоящая от точки подвеса на рас — стояние, равное приведенной длине б) точка подвеса в) центр масс г) точка на прямой, проходящей через точку подвеса и центр масс и отстоящая от центра масс на рас- стояние, равное приведенной длине. 2. На некоторой планете под действием силы тяжести все тела падают а) с ускорением, зависящим от массы тела 10) с ускорением, зависящим от массы планеты — в) с ускорением, зависящим от массы тела и массы планеты. 3. Оборотный маятник совершает 8 колебаний за 16 с. Найти приведенную длину маятника. а) 0,65 м б) 1,0 м В) 1,5 м г ) 2,5 м 4. Старинные часы, маятник которых можно считать математическим маятником, на поверхности Земли спешат. Что нужно сделать, чтобы они шли верно: опустить их в шахту или поднять на некоторую высоту? Объяснить. 5. В каком случае и во сколько раз частота колебаний стержня длиной 1ми мас- сой 1 кг (см. рис.) больше: когда ось проходит через край стержня (в точке А) или на расстоянии 20 см от края (в точке В)? Начальная скорость снаряда выпущенного из пушки вертикально вверх равна 100 м/с .В точке максимального подъема снаряд разорвался на два осколка, разле тевшихся в вертикальном направлении . Массы осколков 2:1. осколок большей массы упал на землю первым вблизи точки выстрела со скоростью 200 м/с . До какой максимальной высоты может подняться осколок меньшей массы? Паливо дістали змішуванням рівних об’єктів бензину і спирту.Яка кількість теплоти виділяється при згоранні 1 кг суміші 50000 кДж енергії скількі кілограм дров спалили Расстояние между пластинами плоского конденсатора 5мм разность потенциалов 150 в на нижней пластине лежит плитка парафина (з=2) толщиной 4 мм определи ть напряжённость в воздухе и парафине

Пусть колеблющееся тело находится в среде, все частицы которой связаны между собой. Соприкасающиеся с ним частицы среды придут в колебательное движение, в результате чего в прилегающих к этому телу участках среды возникают периодические деформации (например, сжатие и растяжение). При деформациях в среде появляются упругие силы, которые стремятся вернуть частицы среды в первоначальное состояние равновесия.

Таким образом, периодические деформации, которые появились в каком-нибудь месте упругой среды, будут распространяться с некоторой скоростью, зависящей от свойств среды. При этом частицы среды не вовлекаются волной в поступательное движение, а совершают колебательные движения около своих положений равновесия, от одних участков среды к другим передается только упругая деформация.

Процесс распространения колебательного движения в среде называется волновым процессом или просто волной. Иногда эту волну называют упругой, потому что она обусловлена упругими свойствами среды.

В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны, различают продольные и поперечные волны. Интерактивная демонстрация поперечной и продольной волны

Продольная волна – это волна, в которой частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны.

Продольную волну можно наблюдать на длинной мягкой пружине большого диаметра. Ударив по одному из концов пружины, можно заметить, как по пружине будут распространяться последовательные сгущения и разрежения ее витков, бегущие друг за другом. На рисунке точками показано положение витков пружины в состоянии покоя, а затем положения витков пружины через последовательные промежутки времени, равные четверти периода.

Таким образом, продольная волна в рассматриваемом случае представляет собой чередующиеся сгущения (Сг) и разрежения (Раз) витков пружины.
Демонстрация распространения продольной волны

Поперечная волна — это волна, в которой частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны.

Рассмотрим подробнее процесс образования поперечных волн. Возьмем в качестве модели реального шнура цепочку шариков (материальных точек), связанных друг с другом упругими силами. На рисунке изображен процесс распространения поперечной волны и показаны положения шариков через последовательные промежутки времени, равные четверти периода.

В начальный момент времени (t0 = 0) все точки находятся в состоянии равновесия. Затем вызываем возмущение, отклонив точку 1 от положения равновесия на величину А и 1-я точка начинает колебаться, 2-я точка, упруго связанная с 1-й, приходит в колебательное движение несколько позже, 3-я — еще позже и т.д. Через четверть периода колебания (t2=T4) распространятся до 4-й точки, 1-я точка успеет отклониться от своего положения равновесия на максимальное расстояние, равное амплитуде колебаний А. Через половину периода 1-я точка, двигаясь вниз, возвратится в положение равновесия, 4-я отклонилась от положения равновесия на расстояние, равное амплитуде колебаний А, волна распространилась до 7-й точки и т.д.

К моменту времени t5 = T 1-я точка, совершив полное колебание, проходит через положение равновесия, а колебательное движение распространится до 13-й точки . Все точки от 1-й до 13-й расположены так, что образуют полную волну, состоящую из впадины и гребня.

Демонстрация распространения поперечной волны

Вид волны зависит от вида деформации среды. Продольные волны обусловлены деформацией сжатия — растяжения, поперечные волны — деформацией сдвига. Поэтому в газах и жидкостях, в которых упругие силы возникают только при сжатии, распространение поперечных волн невозможно. В твердых телах упругие силы возникают и при сжатии (растяжении) и при сдвиге, поэтому в них возможно распространение как продольных, так и поперечных волн.

Как показывают рисунки, и в поперечной и в продольной волнах каждая точка среды колеблется около своего положения равновесия и смещается от него не более чем на амплитуду, а состояние деформации среды передается от одной точки среды к другой. Важное отличие упругих волн в среде от любого другого упорядоченного движения ее частиц заключается в том, что распространение волн не связано с переносом вещества среды.

Следовательно, при распространении волн происходит перенос энергии упругой деформации и импульса без переноса вещества. Энергия волны в упругой среде состоит из кинетической энергии совершающих колебания частиц и из потенциальной энергии упругой деформации среды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *