Усі типи хвиль

Сучасний світ сповнений хвиль, вони знаходяться в нашому повсякденному житті, ми можемо виявити звукові хвилі — в музиці, механічні — у коливанні струн, електромагнітні хвилі в електриці та світлі.

Центр Архе. Володимир Сперантов: Звуки фізики та фізика звуків

Типи хвиль

• Отже, що таке хвилі? Вони мають ні кольору, ні запаху, ні форми. Хвилі, скоріше, є процесом або деяким станом, які ми можемо описати математично і віднести до будь-яких фізичних явищ.
• Зате хвилі мають властивості, і одним з них є здатність передавати енергію з однієї точки в іншу, подібно до будь-якого об'єкта, що пересувається. З цією властивістю ми також можемо зіткнутися в повсякденному житті. Наприклад, при штормі сила морської хвилі настільки велика, що здатна перемістити камінь вагою в тонну, при спалюванні вугілля ми користуємося продуктом згоряння, а сонячні батареї здатні трансформувати одну десяту сонячної енергії в електричну.
• Ще однією властивістю хвилі є лінійність. Вона проявляється у здатності коливань однієї хвилі впливати на коливання інший, а проходити паралельно. Наприклад, під час розмови двох людей, звукові хвилі не відбиваються, а, як би, накладаються, друг на друга.

Хвилі – це фундаментальне поняття у фізиці, на якому ґрунтуються багато явищ і процесів у природі та побуті. Ще Леонардо да Вінчі писав у п'ятнадцятому столітті про хвилі: «Імпульс набагато швидше за воду, тому що численні випадки, коли хвиля біжить від точки виникнення, а вода не рухається з місця…»

Моделі біжать і стоячих хвиль

Хвилі, що біжать

Хвилі, що підкоряються синусоїдальним законом.Характеристиками таких хвиль є швидкість, період та довжина хвилі.

Швидкість поширення хвилі характеризує переміщення фаз у просторі та залежить, скільки не від частоти, а від середовища, в якому протікає хвиля.

Вперше швидкість поширення хвилі у воді була виведена у 1828 році, у Швейцарії. Досвід був проведений наступним чином: вночі, у спокійну та тиху погоду, на великій відстані у ставку розміщувалися два човни. На одній з них людина запалювала порох, а під водою вдаряла в дзвін, інша людина, що знаходиться в другому човні, заміряла різницю в часі між звуком і спалахом світла. Швидкість поширення хвилі під водою становить 1040 м/сек, тоді як у повітрі ця величина 330 м/сек.

Хвилі, що біжать на воді

Хвилі, що біжать на воді

Стоячі хвилі

Стоячі хвилі є сумою хвилі, що подає і відбитої. Для утворення таких видів хвиль необхідно, щоб інтенсивність падаючої та відбитої хвилі була однакова.

В ідеальному випадку, у стоячій хвилі перенесення енергії не здійснюється. Але, оскільки ідеальної моделі у світі не існує, то перенесення все ж таки здійснюється.

Прикладом стоячої хвилі може бути пластмасова трубка зігнута синусоїдально, через яку протягнутий шнур. Переміщуючи трубку горизонтально, імітується хвиля, що біжить, з деякою швидкістю. Далі, обертають трубку навколо осі, отримуючи синфазну зміну амплітуди.

Звукові хвилі (звуки музики) - Наука 2.0

Звукові хвилі

За допомогою звуків людина отримує більшу кількість інформації. Людське вухо здатне сприймати звуки частотою від 20 до 20 000 Гц. Поширення звуків здійснюється у повітрі, а й у інших середовищах.Під водою, наприклад, чітко помітні звуки двигуна човна, а «слухачі» прислухалися до звуків, що видаються супротивником.

Droider.Ru. ЯК влаштований ЗВУК: Децибели, Ватти та Частоти

За допомогою звукових хвиль, людина так само здійснює спілкування, тому вчення про звук є великим розділом, який називається акустикою. Для того, щоб звук краще сприймався органами слуху, він так само повинен мати відповідну інтенсивність, або, простіше кажучи, гучність. Найбільш оптимальний діапазон для людини становить 1000–4000 Гц.

Музика грає у нашому житті величезне значення. Її звучання є гармонійним. Тоді в чому секрет приємного звучання того чи іншого звуку? Справа в тому, що чистий звук має певну кількість коливань, звуки, що не володіють ним, є дратівливими, тобто звичайним шумом.

Branch Education Російською. Що таке швидкість звуку та як він поширюється?

У 1780-х роках німецький музикант і фізик Ернст Хланді запропонував оригінальний спосіб вимірювання звукових хвиль. Він за допомогою звуку викликав вібрацію тонкої металевої пластинки з порошком на поверхні і знайшов, що порошок збирається в різні малюнки за рахунок інтерференції вібрацій. Потім він вивів формули для обчислення властивостей звуку, виходячи з малюнків, що вийшли.

Крамола. Про звук у світобудові

Go Experimental. 8 CRAZY experiments with SOUND!

Вперше звук вдалося записати американському винахіднику Томасу Алва Едісону за допомогою фонографа у 1877 році. Ця система функціонувала за допомогою тиску звукових хвиль, що рухало голку вгору-вниз, а та подряпала поглиблення на шматку олов'яної фольги, намотаної на обертовий циліндр.

Фонограф Едісона мав величезний успіх, але мав і недоліки.Наприклад, запис міг здійснюватися лише один раз.

Електромагнітні хвилі

Вивчення електромагнітних хвиль має велике значення, і це явище вплинуло на всі сфери життя людини.

Вперше електромагнітні хвилі було виявлено Р. Герцем (1857-1894) під час проведення ним класичних дослідів. Для збудження електромагнітних хвиль був застосований іскровий генератор. Коливання він зміг виявити за допомогою резонатора, спостерігаючи через лупу за виникненням дрібних іскор.

Шкала електромагнітних хвиль 1

Шкала електромагнітних хвиль 2

Одним із найвидатніших застосувань передачі електрики є створення в 1837 телеграфного пристрою американськими винахідниками Семюелом Морзе і Альфредом Вейлом. Також вони подарували життя азбуці Морзе – системі кодування, що є електричними сигналами, у вигляді «точок» і «тире», що передаються по дроту. Далі цей код перекладався словами. Азбука Морзе стала використовуватися у військовій інфраструктурі США наприкінці 19 століття і далі Європа та Америка з'єдналися трансатлантичним кабелем.

Електромагнітний спектр

Радіохвилі

Поява радіохвиль значно змінила життя суспільства, забезпечуючи безперебійний зв'язок та передачу інформації без використання телефонних проводів та кабелів.

У 1988 р. Генріх Герц став першим ученим, який зміг генерувати радіохвилі. Він створив "дипольну антену", в якій для генерування радіохвиль використовуються. високочастотні коливання зарядів у довгому дроті, що збуджуються при раптовому розряді через іскровий проміжок.

Друга така ж антена знаходилася на відстані від першої, і коли в її проміжку виникала іскра, було ясно, що вона створена електромагнітною хвилею.

Появою радіо, до речі, людство зобов'язане Ніколе Тесла, який створив антени, здатні передавати радіосигнали високої частоти великі відстані (1890-е).

Електромагнітний спектр – це «континуум» хвиль, що випромінюються, з потенційно нескінченним діапазоном. Цей спектр є нескінченною кількістю хвиль різної довжини. У міру зменшення довжини хвилі збільшується частота і проникаюча здатність хвилі. Однак швидкість поширення у вакуумі всіх хвиль однакова.

Мікрохвилі – радіохвилі з найкоротшою довжиною. Від 1 см до 100 мкм широко використовуються в побуті, наприклад в мікрохвильових печах.

Інфрачервоні промені можна виявити в будь-яких нагрітих тілах. Це є тепло. Пряме зображення в інфрачервоному світлі стало можливим у 50-х роках 20-го століття, коли були винайдені детектори, чутливі до довжин хвиль. Вони здатні перетворювати інфрачервоне випромінювання на видиме, а також відображати теплові зони.

brusspup. Incredible UV Sand Resonance Experiment!

Nils Berglund. A wave traveling between two parabolic antennas

Ультрафіолетові – короткохвильове випромінювання. Оскільки фотони цього випромінювання є енергійними, вони є небезпечними для живих організмів. Багато квітів пофарбовані ультрафіолетовим світлом. Ця адаптація сприяє запиленню, залучаючи себе комах, здатних розрізняти ультрафіолетове випромінювання.

Рентгенівські промені – ці промені несуть велику кількість енергії, і так само є небезпечними для живих клітин.

Висновок

Здавалося б, невидима, не має ні запаху, ні матеріального уявлення, хвиля здатна стати інструментом для багатьох винаходів, вона може набувати форми, набувати властивостей і ознак.Відкриття хвиль, а також їх застосування, зіграло колосальну роль у науці та техніці. Важливо, що відкриття хвиль послужило сходинкою для подальшого розвитку прогресу.

Хвилі у фізиці - види, формули та визначення з прикладами

Стоячи на березі озера чи ставка, ви могли спостерігати, як кільцями розбігаються хвилі від місця, куди був кинутий камінь, як хвилі розгойдують човен чи катер. Вітер порушує рівновагу морської поверхні, здається, що море насувається на берег, але це не так. Не переміщаються полем колосся, коли «хвилюється» нива, вони тільки нахиляються і знову випрямляються. Після кораблем чи човном завжди виникає типова картина хвиль.

Хвильові процеси поширені у природі. Фізичні основи хвильових рухів різні, але вони пояснюються однаковими законами.

Що ж таке хвиля і які причини виникнення хвиль

Вам відомо, що тверді, рідкі та газоподібні тіла складаються з частин, що взаємодіють між собою. Якщо частка тіла починає здійснювати коливання, то результаті взаємодії її з іншими частинками тіла цей рух поширюється з певною швидкістю в усіх напрямках.

Хвиля - процес поширення коливань у будь-якому середовищі. Хвиля - це зміна стану середовища, що розповсюджується в просторі та переносить енергію.

Спостереження. Розглянемо особливості поширення хвиль. Якщо розглядати хвилі на поверхні води (рис. 204), то вони здаються валами, що рухаються в певному напрямку, причому відстані між валами або гребенями однакові.

Якщо кинути у воду поплавець, його не відноситиме хвилею, а він почне робити коливання вгору-вниз, залишаючись майже на одному місці.

При поширенні хвилі змінюється стан коливається середовища, але не перенесення речовини.

Досвід 1. Закріпимо один кінець довгого гумового шнура і злегка змусимо шнур вагатися. По шнуру побіжить хвиля (рис. 205).

При розповсюдженні хвилі змінюється лише форма шнура, а кожна його ділянка коливається щодо свого положення рівноваги, причому коливання відбуваються у напрямку, перпендикулярному до напряму поширення хвилі (рис. 206). поперечними хвилями.

Поперечні хвилі

Поперечні хвилі - це хвилі, в яких частинки здійснюють коливання в напрямку, перпендикулярному до напряму поширення хвилі.

Досвід 2. Якщо вдарити по одному з кінців довгої м'якої пружини великого діаметра, то по пружині «побіжить» стиск. виток пружини здійснює коливання вздовж напрямку поширення хвилі. називають поздовжньою хвилею.

Поздовжні хвилі

Поздовжні хвилі - це хвилі, в яких частинки здійснюють коливання вздовж напрямку поширення хвилі.

При поширенні хвилі рух передається від однієї ділянки тіла до іншого.Передача енергії без передачі речовини – основна властивість усіх хвиль.

Будь-які хвилі характеризуються довжиною та швидкістю їх поширення.

Довжина хвилі - це відстань між найближчими один до одного точками хвилі, що коливаються в однакових фазах (рис. 208).

Довжину хвилі позначають грецькою літерою А. (лямбда). Її одиницею є один метр (1 м).

Хвилі будь-якого походження поширюються у просторі не миттєво, і з певною швидкістю. Наприклад, можна побачити, як чайка летить над морем начебто весь час над одним гребенем хвилі. І тут швидкість польоту чайки дорівнює швидкості поширення хвилі.

А як можна визначити швидкість розповсюдження хвилі?

Ви вже знаєте, що будь-яке коливання характеризується періодом коливань, тобто часом, після якого повторюються коливання. Тоді можна сказати, що за один період хвиля поширюється на відстань. Тому швидкість її поширення можна знайти за формулою:

де v – швидкість поширення хвилі (м/с); - Довжина хвилі (м); Т – період коливань (с).

Оскільки період та частота пов'язані співвідношенням

Приклад №1

Визначте швидкість поширення хвилі на воді, якщо її довжина дорівнює 180 м, а період коливань – 15 с.

Рішення
За формулою визначаємо швидкість розповсюдження хвилі на воді.

v = 180 м: 15 с = 12 м/с.
Відповідь: 12 м/с.

Приклад №2

Яка основна властивість механічної хвилі?

Відповідь: переносити енергію.

Інтерференція хвиль

Для хвиль невеликих амплітуд справедливий принцип суперпозиції: якщо точку простору приходять хвилі від кількох джерел, ці хвилі накладаються друг на друга. В результаті такого накладання в деяких точках простору може спостерігатися постійне посилення коливань, а в деяких ослаблення.З'ясуємо чому і коли це відбувається. Нехай до деякої точки M надходять дві когерентні хвилі — хвилі від двох джерел , що коливаються синхронно, тобто в однакових фазах і з однаковою частотою (рис. 22.6, а).

Якщо хвилі приходять у точку М у протилежних фазах (одного й того часу одна хвиля «штовхає» точку М вгору, а друга «штовхає» її вниз), то хвилі постійно гаситимуть одне одного (рис. 22.6, б). Якщо ж хвилі приходять до точки М в однакових фазах, то в точці M постійно спостерігатимуться коливання зі збільшеною амплітудою (рис. 22.6, в). явище накладання хвиль, внаслідок якого в деяких точках простору спостерігається стійке у часі посилення чи ослаблення результуючих коливань, називають інтерференцією.

Дифракція хвиль

Судно, що пливе морем, утворює на поверхні води хвилю. Якщо на своєму шляху хвиля зустріне скелю або гілку, що стирчить з води, то за скелею утворюється тінь (тобто безпосередньо за скелю хвиля не проникає), а за гілкою тінь не утворюється (хвиля гілку огинає).

Явище обгинання хвилями перешкод називають дифракцією (Від латів. Difractus - розламаний) (рис. 22.8).

У наведеному прикладі дифракція хвилі відбувається на гілці, але не відбувається на скелі. Але це завжди так. Якщо скеля досить віддалена від берега, то на деякій відстані від скелі тінь зникне хвиля обігне і скелю. Справа в тому, що дифракція спостерігається у двох випадках: 1) коли лінійні розміри перешкод, на які знаходить хвиля (або розміри отворів, крізь які проходить хвиля), можна порівняти з довжиною хвилі; 2) коли відстань від перешкоди до місця спостереження набагато більша за розмір перешкоди.

• Поширення у просторі коливань речовини чи поля називають хвилею. Механічною хвилею називають поширення коливань у пружному середовищі.
• Хвиля поширюється у просторі не миттєво, і з кінцевою швидкістю. При поширенні хвилі відбувається перенесення енергії без перенесення речовини. У деяких точках простору внаслідок накладання хвиль одна на одну може спостерігатися стійке у часі посилення або ослаблення результуючих коливань – це явище називають інтерференцією. Хвилі можуть огинати перешкоди – це явище називають дифракцією.
• Хвилю, в якій частинки середовища коливаються перпендикулярно до напряму поширення хвилі, називають поперечною. Хвилю, в якій частинки середовища коливаються вздовж напрямку поширення хвилі, називають поздовжньою.
• Хвиля періодична у часі та просторі. p align="justify"> Періодичність хвилі в часі характеризується періодом коливань кожної окремої точки хвилі. Періодичність хвилі у просторі характеризується довжиною хвилі. Довжина хвилі - це відстань, на яку поширюється хвиля за час, що дорівнює періоду коливань. Довжина λ, частота і швидкість v поширення хвилі пов'язані формулою хвилі: v = λν .

Звукові хвилі

Звучання флейти, шум мегаполісу, шарудіння трави, гуркіт водоспаду, людська мова, музичний звук, шум, акустичний резонанс. Все це пов'язано з поширенням простору певних механічних хвиль, які називають звуковими хвилями. Їх вивчає акустика – наука про звук. З елементами акустики ви почали знайомитись у курсі фізики 9 класу. Отже, згадуємо та дізнаємося про нове.

Звукові (акустичні) хвилі - Це механічні хвилі з частотами від 20 Гц до 20 кГц.Звукові хвилі зазвичай доходять до вуха через повітря - у вигляді послідовних згущень і розріджень (тобто в повітрі звукові хвилі є поздовжніми). У зонах згущень (розріджень) тиск повітря трохи більше (менше) атмосферного (рис. 23.1).

Мал. 23.1. Людське вухо сприймає звукові хвилі з надмірним (звуковим) тиском приблизно від 20 мкПа (0 децибелів – поріг чутності) до 20 Па (120 децибелів – больовий поріг). Порівняйте =100 000 Па

Звук - Механічна хвиля, тому всі властивості хвильового руху стосуються і звуку.

• Звук поширюється серед з кінцевою швидкістю, що залежить від температури, щільності, складу та інших характеристик середовища. Так, у рідинах звук поширюється швидше, ніж у газах, і повільніше, ніж у твердих тілах. Швидкість поширення звуку зазвичай збільшується зі збільшенням температури середовища (у повітрі при температурі 0 ° С швидкість поширення звуку становить близько 330 м/с, а при 20 ° С - 340 м/с). З іншого боку, що менше маса молекул середовища, то швидше поширюється звук.
• Джерелом звуку є тіло, що вагається (рис. 23.2). Такі коливання можуть бути вимушеними (дифузор гучномовця), вільними (струна гітари), автоколиваннями (струни смичкових інструментів).
• Звук не поширюється у вакуумі.
• При поширенні звуку немає переносу речовини, але відбувається перенесення енергії.
• Звукові хвилі можуть накладатися одна на одну (яву інтерференції); можуть огинати перешкоди (явище дифракції).

Як пов'язані суб'єктивні та об'єктивні характеристики звуку

Усі фізичні величини, що характеризують механічні хвилі (амплітуда, частота, довжина, енергія), є характеристиками звуку.Ці величини залежить від особливостей сприйняття звуку людиною, тому їх називають об'єктивними, чи фізичними, характеристиками звуку. Суб'єктивні характеристики звуку (гучність, висота, тембр) зумовлені особливостями слуху людини, тому їх називають фізіологічними. Зрозуміло, що фізичні та фізіологічні характеристики звуку пов'язані (див. таблицю).

Гучність звуку визначається насамперед амплітудою звукової хвилі (звуковим тиском), проте залежить і від частоти звукової хвилі. Людське вухо погано сприймає звуки низьких (близько 20 Гц) та високих (близько 20 кГц) частот, найкраще середніх частот (1–3 кГц).

Гучність звуку вимірюють у децибелах (дБ). Так, при частоті звуку 1 кГц і звуковому тиску 20 Па гучність звуку становить 120 дБ – це больовий поріг звуку – найгучніший звук, який може сприймати людина, не відчуваючи болю (звук такої гучності видає двигун реактивного літака).

Тембр звуку визначається складом звукової хвилі: крім основної частоти (за якою ми й оцінюємо висоту звуку) будь-який звук містить кілька слабших і більш високих додаткових частот - обертонів. Саме завдяки тембру ми впізнаємо людину за голосом, відрізняємо звуки фортепіано від звуків флейти тощо. буд. Кожен музичний інструмент, кожна людина чи тварина мають свій тембр.

Що таке акустичний резонанс

На будь-яке тіло, розташоване в межах поширення звукової хвилі, діє періодична сила, частота якої дорівнює частоті хвилі. Під дією цієї сили тіло починає здійснювати вимушені вагання.Якщо частота власних коливань тіла зменшується з частотою звукової хвилі, то амплітуда коливань тіла збільшується і воно починає видавати звук — спостерігається акустичний резонанс.

Акустичний резонанс - Це явище різкого зростання амплітуди звукового сигналу при наближенні частоти сигналу-збудника до частоти власних коливань системи.

Спостерігати акустичний резонанс можна з допомогою досвіду із двома камертонами, мають однакову частоту (рис. 23.3).

Акустичний резонанс використовують збільшення інтенсивності звуку, створеного деяким джерелом (струною, ніжками камертону, голосовими зв'язками тощо. буд.). Наприклад, збільшення гучності камертону його приєднують до дерев'яному ящику (резонатору), власна частота коливань повітря у якому дорівнює частоті коливань камертону. Камертон, приєднаний до резонатора, звучить набагато голосніше, ніж той, що тримають у руці.

Акустичний резонанс використовують у багатьох музичних інструментах. Повітря в трубах органу, корпусах арф, бандур, гітар і т. д. резонує з тонами і обертонами звуків, що видаються тілами, що коливаються, і посилює їх. Порожнина рота – резонатор для звукових хвиль, які створюються завдяки коливанням голосових зв'язок. Мал. 23.3. Якщо змусити звучати один із камертонів, через резонанс почне звучати і другий

Звукова хвиля, досягнувши вуха, відчуває низку перетворень. Спочатку вона діє на барабанну перетинку, змушуючи її вібрувати. Чим гучніший звук, тим сильніше вібрує перетинка, передаючи звукові коливання в середнє вухо, де вони посилюються.

Посилений звук потрапляє у внутрішнє вухо із заповненим рідиною равликом.Поверхня равлика покрита волосковими клітинами, кількість яких сягає 15 000. Кожна клітина резонує з певним діапазоном частот. Виявивши «власну» частоту, клітина починає вагатися, збуджуючи нервові закінчення, і в мозок йде нервовий імпульс – людина чує звук.

З віком кількість волоскових клітин зменшується (від 15 000 у дитини до 4 тисяч у людини похилого віку). Першими гинуть клітини, що «відповідають» за високу частоту, тому доросла людина не чує високих звуків (підліток чує звуки до 22 кГц, людина похилого віку — до 12 кГц).

Згадуємо інфра- та ультразвук

Інфразвук (від латів. infra - нижче, під) - це механічні хвилі, частота яких менше 20 Гц. Інфразвукові хвилі виникають під час штормів, землетрусів, цунамі, вивержень вулканів, внаслідок ударів об берег морських хвиль. Деякі істоти здатні сприймати інфразвукові хвилі (рис. 23.4). Джерелом інфразвуку може бути і об'єкти, створені людиною: турбіни, двигуни внутрішнього згоряння тощо. буд. У містах найбільший рівень інфразвуку біля автомагістралей.

Інфразвук дуже небезпечний для тварин та людини: він може викликати симптоми морської хвороби, запаморочення, втрату зору, спричинити підвищену агресивність. При тривалому впливі інтенсивне інфразвукове випромінювання може призвести до зупинки серця. При цьому людина навіть не розуміє, що відбувається, адже вона не чує інфразвуку. Механічні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, називають ультразвуковими хвилями (Від лат. Ultra - понад, за межами).

Ультразвук є у шумі вітру та водоспаду, у звуках, які видають деякі живі істоти.Встановлено, що ультразвук до 100 кГц сприймають багато комах та гризунів; вловлюють його та собаки.

Слабкий ультразвук - основа ультразвукової локації - Визначення розташування та характеру руху об'єкта за допомогою ультразвуку. Так, кажани та дельфіни, випромінюючи ультразвук та сприймаючи його луну, можуть навіть у повній темряві знайти дорогу чи зловити видобуток. Ультразвукове дослідження дозволяє «побачити» немовля, що ще не народилося, дослідити стан внутрішніх органів, виявити сторонні тіла в тканинах. Ультразвукову локацію застосовують також на морських судах - для виявлення об'єктів у воді (сонари) та дослідження рельєфу морського дна (ехолоти); у металургії - для виявлення та встановлення розмірів дефектів у виробах (дефектоскопи).

Потужний ультразвук застосовують у техніці (обробка міцних матеріалів, зварювання, очищення поверхонь від забруднень); медицині (подрібнення каміння в організмі, що дозволяє уникнути хірургічних операцій); харчової промисловості (виготовлення сирів, соусів); косметології (виготовлення кремів, зубної пасти).

• Механічні хвилі із частотами 20 Гц - 20 кГц називають звуковими хвилями (звуком). Суб'єктивні характеристики звуку: висота звуку (визначається частотою звукової хвилі); гучність звуку (визначається амплітудою та частотою звукової хвилі); тембр звуку (визначається спектром звукової хвилі).
• Явище різкого зростання амплітуди звукового сигналу у разі наближення частоти сигналу-збудника до частоти власних коливань системи називають акустичним резонансом. Акустичні резонатори мають багато музичних інструментів.
• Механічні хвилі, частота яких менше 20 Гц, називають інфразвуковими хвилями (інфразвук).Механічні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, називають ультразвуковими хвилями (ультразвук).

При копіюванні будь-яких матеріалів із сайту evkova.org обов'язкове активне посилання на сайт www.evkova.org

Сайт створений колективом викладачів на некомерційній основі для додаткової освіти молоді

Сайт пишеться, підтримується та керується колективом викладачів

Telegram та логотип telegram є товарними знаками корпорації Telegram FZ-LLC.

Cайт носить інформаційний характер і за жодних умов не є публічною офертою, яка визначається положеннями статті 437 Цивільного кодексу РФ. Ганна Євкова не надає жодних послуг.

Хвиля (фізика)

У цій статті пояснюється, що таке хвилі у фізиці та які їх характеристики. Отже, ви знайдете визначення хвилі у фізиці, приклади хвиль, які елементи хвиль і, нарешті, які бувають види хвиль у фізиці.

Що таке хвиля у фізиці?

У фізиці хвиля — це обурення, яке розповсюджується у просторі, несучи енергію, але не переносячи матерію. Іншими словами, хвиля - це рух, що поширюється через простір, який після проходження хвилі залишається таким самим, як і її початковий стан.

Як правило, хвилі, що вивчаються у фізиці, є гармонійними і періодичними хвилями, що означає, що їх графік циклічно повторюється з плином часу, і їх можна визначити за допомогою функції синуса або косинуса.

Деякі хвилі вимагають транспортування матеріального середовища, тоді як інші здатні переноситися у вакуумі. Нижче ми побачимо, які типи хвиль.

Приклади хвиль

Тепер, коли ми знаємо значення хвилі у фізиці, розглянемо кілька прикладів повсякденних хвиль, щоб краще зрозуміти цю концепцію.

Приклади хвиль:

• Звукові хвилі.
• Горобина виникає на поверхні води, коли кидають камінь.
• Хвиля, що створюється вібрацією струни.
• Хвилі розтікаються пірсом.
• Електромагнітні хвилі

Елементи хвилі

Елементами або частинами хвилі є:

• Подовження (y) : відстань між положенням хвилі та положенням її рівноваги.
• Амплітуда (А) : відстань між максимальним розтягуванням та положенням рівноваги.
• Гребінець : кожна з найвищих точок хвилі
• Долина : кожна з найнижчих точок хвилі
• Цикл чи коливання : це шлях хвилі від однієї точки до наступної еквівалентної точки.
• Довжина хвилі (λ) : відстань, яка поділяє дві послідовні еквівалентні точки хвилі.
• Період (T) : час, потрібний для завершення повного коливання.
• Частота (f) : кількість коливань або вібрацій, що хвиля здійснює в одиницю часу.

рівняння хвилі

У фізиці рівняння хвилі має вигляд y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ). Ця формула використовується для розрахунку подовження хвилі у певному положенні та у певний час.

• є подовженням хвилі.
• це амплітуда хвилі.
• - Відстань від досліджуваної точки до початку хвилі.
• це хвильове число.
• - Кутова частота або частота пульсації.
• це час.
• є початковою фазою хвилі.

Знак перед кутовою швидкістю визначає напрямок руху хвилі. Якщо знак негативний, це означає, що хвиля поширюється вправо, і якщо знак позитивний, це означає, що хвиля поширюється вліво.

Примітка. Майте на увазі, що у фізиці рівняння хвилі можна виразити декількома способами, тому його також можна виразити за допомогою косинуса. Однак, найбільш використовуваною формулою є функція, описана в цій статті.

Види хвиль

У фізиці існує кілька способів класифікації хвиль, тому нижче ми побачимо, які бувають типи хвиль відповідно до критеріїв, які використовуються для їхньої класифікації.

За розмірами розповсюдження

• Одновимірні хвилі : хвиля поширюється лише в одному напрямку.
• Двовимірні хвилі : хвиля поширюється у двох вимірах, тобто вздовж поверхні.
• Тривимірні хвилі : хвиля поширюється у трьох вимірах, тобто у просторі.

Залежно від напрямку коливань

• Поздовжні хвилі : напрям коливань збігається з напрямом поширення хвилі.
• Поперечні хвилі : напрям коливань перпендикулярно напрямку поширення хвиль.

Залежно від середовища

• Механічні хвилі : для поширення хвилі необхідне матеріальне середовище
• Електромагнітні хвилі : хвиля може поширюватися у вакуумі.

За частотою

• Періодичні хвилі : хвильовий графік циклічно повторюється.
• Неперіодичні хвилі : Хвиля коливається вільно, не дотримуючись циклічного шаблону

Для більш детального пояснення, а також прикладів кожного типу хвиль натисніть на наступне посилання: