Μηχανικά κύματα: η πηγή, οι ιδιότητες του τύπου

Φανταστείτε τι ένα μηχανικό κύμα, μπορούν να ρίχνουν μια πέτρα στο νερό. Κύκλοι που προκύπτουν σ 'αυτό και οι εναλλασσόμενες κοιλότητες και κορυφές - είναι ένα παράδειγμα των μηχανικών κυμάτων. Ποια είναι η φύση τους; Μηχανικά κύματα - μια διαδικασία της διάδοσης ταλάντωσης σε ελαστική μέσα ενημέρωσης.

τριχοειδή κύματα

Τέτοια μηχανικά κύματα υφίστανται λόγω της επίδρασης επί της αντοχής των σωματιδίων του ενδομοριακή αλληλεπίδραση του υγρού και της βαρύτητας. Οι άνθρωποι εδώ και καιρό μελετά το φαινόμενο. Το πιο αξιοσημείωτο είναι τα κύματα της θάλασσας και των ωκεανών. Με την αύξηση της ταχύτητας του ανέμου, αλλάζουν, και το ύψος τους αυξάνει. Είναι επίσης πολύπλοκη και το σχήμα των ίδιων των κυμάτων. Στον ωκεανό, μπορούν να φτάσουν τρομακτικές διαστάσεις. Ένα από τα πιο προφανή παραδείγματα είναι η δύναμη των τσουνάμι που σαρώνει τα πάντα στο πέρασμά του.

Η ενέργεια των κυμάτων της θάλασσας και των ωκεανών

Φτάνοντας κύματα ακτή του ωκεανού με μια απότομη αλλαγή στις βάθος αυξάνεται. Μερικές φορές φτάνουν σε ύψος αρκετών μέτρων. Σε τέτοιες στιγμές, η κινητική ενέργεια της τεράστιας μάζας του νερού αποστέλλεται χερσαίες εμπόδια ότι κάτω από την επιρροή του γρήγορα καταστράφηκαν. Η δύναμη των κυμάτων φθάνει μερικές φορές μεγαλοπρεπές τιμές.

ελαστικά κύματα

Στη μηχανική μελέτη όχι μόνο διακυμάνσεις στην υγρή επιφάνεια, αλλά επίσης λεγόμενα ελαστικά κύματα. Αυτή η διαταραχή, τα οποία διανέμονται σε διάφορα μέσα μαζικής ενημέρωσης στο πλαίσιο της δράσης των ελαστικών δυνάμεων σε αυτά. Μια τέτοια διαταραχή είναι οποιαδήποτε απόκλιση των σωματιδίων του μέσου από τη θέση ισορροπίας. Ένα καλό παράδειγμα των ελαστικών κυμάτων είναι ένα μακρύ σχοινί ή ένα σωλήνα από καουτσούκ συνδεδεμένο το ένα άκρο σε τίποτα. Αν είναι τεντωμένη, και στη συνέχεια μια απότομη κίνηση από την πλευρά της για να δημιουργήσει ένα δεύτερο (μη κολλώδη) τελειώνει την αγανάκτησή του, μπορούμε να τα δείτε όλα πάνω από το «τρέχει μέσα» το μήκος του σχοινιού στην υποστήριξη και αντανακλούν πίσω.

Πηγή των μηχανικών κυμάτων

Πρωτογενής διαταραχή δημιουργεί ένα περιβάλλον κύμα. Προκαλείται από τη δράση ενός ξένου σώματος, που στη φυσική ονομάζεται η πηγή των κυμάτων. Μπορεί να είναι ένα ανθρώπινο χέρι, ταλαντεύονται σχοινί ή πέτρα ρίχνονται στο νερό. Στην περίπτωση όπου η πηγή έχει τη δράση μικρής διάρκειας, στο μέσο αυτό είναι συχνά μια ενιαία κύμα. Όταν η «παρενοχλητής» κάνει μεγάλη κίνηση ταλάντωσης, τα κύματα αρχίζουν να εμφανίζονται το ένα μετά το άλλο.

Όροι μηχανικά κύματα

Οι διακυμάνσεις αυτού του είδους δεν είναι πάντα σχηματίζονται. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εμφάνισή τους είναι η εμφάνιση κατά τη στιγμή της μέσης όχλησης που εμποδίζουν τον δύναμη, ιδίως ελαστικότητα. Επιδιώκουν να φέρει σε επαφή τα γειτονικά σωματίδια όταν διαχωρίζονται, και αποξενώνουν τους ο ένας από τον άλλο κατά τη στιγμή της σύγκλισης. ελαστική δύναμη που ασκείται στα σωματίδια αποσπαστούν από την πηγή της διαταραχής, αρχίζουν να τους τραβήξει έξω από την ισορροπία. Την πάροδο του χρόνου, όλα τα κομμάτια των μέσων μαζικής ενημέρωσης που εμπλέκονται σε μια κίνηση ταλάντωσης. Πολλαπλασιασμός τέτοιων δονήσεων και ένα κύμα.

Μηχανικά κύματα σε ένα ελαστικό μέσο

Στην ελαστικού κύματος, υπάρχουν δύο είδη κίνησης ταυτόχρονα: οι ταλαντώσεις των σωματιδίων και η κατανομή της διαταραχής. Είναι ονομάζεται διαμήκη μηχανικά κύματα, τα οποία σωματίδια δονούνται κατά μήκος της κατεύθυνσης της αναπαραγωγής της. Ονομάζεται εγκάρσιο κύμα, μέσο σωματίδια που διαφέρουν μεταξύ των κατεύθυνση της διάδοσης.

Οι ιδιότητες του μηχανικά κύματα

Διαταραχές στη διαμήκη κύματος είναι μια αραίωση και συμπίεσης, και εγκάρσια - μετατοπίσεις (μετατοπίσεις) των μερικών στρωμάτων του μέσου σε σχέση με το άλλο. Θλίψη στέλεχος συνοδεύεται από ελαστικές δυνάμεις. Σε αυτό το διάτμησης στέλεχος που συνδέεται με την εμφάνιση των ελαστικών δυνάμεων αποκλειστικά σε στερεά. Η αέρια και η υγρή στιβάδα μετατόπιση των μέσων ενημέρωσης από αυτά τα μέσα δεν συνοδεύεται από την εμφάνιση της εν λόγω δύναμης. Λόγω των ιδιοτήτων του, διαμήκη κύματα μπορεί να μεταδοθεί σε οποιοδήποτε μέσο, και cross - αποκλειστικά στερεό.

Ιδιότητες των κυμάτων νερού

Τα κύματα στην επιφάνεια του υγρού δεν διαμήκη ή εγκάρσια. Είναι πιο πολύπλοκες, η λεγόμενη διαμήκη και εγκάρσια χαρακτήρα. Σε αυτήν την περίπτωση, τα σωματίδια ρευστού κινούνται περιφερειακά ή επίμηκες έλλειψη. Η κυκλική κίνηση των σωματιδίων στην επιφάνεια του υγρού, και ειδικά όταν οι μεγάλες δονήσεις συνοδεύονται από αργή αλλά συνεχή κίνηση τους κατά μήκος της κατεύθυνσης της διάδοσης κυμάτων. Είναι αυτές οι ιδιότητες των μηχανικών κυμάτων στο νερό προκαλεί την εμφάνιση στις όχθες των διαφόρων θαλασσινών.

Συχνότητα μηχανικά κύματα

Εάν το ελαστικό μέσο (υγρό, στερεό, αέριο) να κινήσει τα σωματίδια ταλάντωση της, λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ τους, αυτό θα διαδοθεί με ταχύτητα u. Έτσι, αν σε αέρια ή υγρό μέσο θα είναι στο ταλαντούμενο σώμα, αρχίζει κίνηση μεταδίδεται σε όλους το παρακείμενο σωματίδιο. Θα πρέπει να συμμετέχουν στη διαδικασία της παρακάτω και ούτω καθεξής. Σε αυτό το σημείο μεσαίου όλα θα ταλαντώνονται την ίδια συχνότητα ίση με τη συχνότητα της ταλάντωσης του σώματος. Είναι η συχνότητα του κύματος. Με άλλα λόγια, αυτή η τιμή μπορεί να περιγραφεί ως τα συχνότητα ταλάντωσης σημεία σε ένα περιβάλλον όπου το κύμα διαδίδεται.

Αμέσως μπορεί να μην είναι σαφές το πώς συμβαίνει αυτή η διαδικασία. Με μηχανική κύματα που σχετίζεται ενέργειας μεταφορά ταλαντωτική κίνηση από την πηγή του προς την περιφέρεια του μέσου. Κατά τη διάρκεια που προκύπτουν λεγόμενη περιοδική κύματος παραμόρφωσης μεταφέρονται από το ένα σημείο στο άλλο. Με τον τρόπο αυτό, τα σωματίδια του μέσου δεν μετακινούνται κατά μήκος με το κύμα. Κυμαίνονται κοντά στην θέση ισορροπίας του. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κατανομή των μηχανικών κυμάτων δεν συνοδεύονται από τη μεταφορά του υλικού από το ένα μέρος στο άλλο. Στα μηχανικά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων. Ως εκ τούτου, έχουν χωριστεί σε ζώνες και δημιούργησε μια ειδική κλίμακα. Η συχνότητα μετριέται σε hertz (Ηζ).

βασικός τύπος

Μηχανικές κύμα, τύπος υπολογισμού η οποία είναι αρκετά απλή, είναι ένα ενδιαφέρον αντικείμενο της μελέτης. Η ταχύτητα του κύματος (υ) - είναι μια συγκινητική ταχύτητα μπροστά του (η θέση όλων των σημείων στα οποία η ταλάντωση έχει φτάσει το περιβάλλον αυτή τη στιγμή):

υ = √G / ρ,

όπου ρ - πυκνότητα του μέσου, G - μέτρο.

Κατά τον υπολογισμό της ταχύτητας δεν πρέπει να συγχέεται μηχανικά κύματα σε ένα μέσο με μία ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων μέσου που εμπλέκονται σε μια διαδικασία κύμα. Έτσι, για παράδειγμα, το ηχητικό κύμα διαδίδεται μέσω του αέρα στο μέσο όρο διακυμάνσεις ταχύτητα των μορίων του σε 10 m / s, ενώ η ακουστική ταχύτητα του κύματος σε κανονικές συνθήκες, είναι 330 m / s.

Μετώπου κύματος μπορεί να είναι διαφόρων τύπων, η απλούστερη από τις οποίες είναι:

• Σφαιρικά - προκαλούνται από τις διακυμάνσεις στο αέριο ή υγρό μέσο. Οι μειώσεις πλάτους κύματος με την αύξηση της απόστασης από την πηγή είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης.

Επίπεδη • - παριστά ένα επίπεδο το οποίο είναι κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης κυμάτων. Εμφανίζεται, για παράδειγμα, σε ένα κλειστό κύλινδρο εμβόλου όταν οι τελευταίοι ταλαντεύεται. Το επίπεδο κύμα χαρακτηρίζεται από σχεδόν σταθερό πλάτος. ελαφρά μείωση της με απόσταση από την πηγή της διαταραχής συνδέεται με τον βαθμό του ιξώδους του υγρού ή αερίου μέσου.

μήκος κύματος

Σύμφωνα με μήκος κύματος συνειδητοποιούν την απόσταση που μπροστινό του κινείται σε ένα χρονικό διάστημα που είναι ίση με την περίοδο ταλάντωσης των μέσου σωματιδίων:

λ = Υt = υ / ν = 2πυ / ω,

όπου το Τ - περίοδο ταλάντωσης, υ - ταχύτητα του κύματος, ω - κυκλική συχνότητα, ν - συχνότητα των ταλαντώσεων των μέσου τελείες.

Δεδομένου ότι η ταχύτητα διάδοσης του μηχανικού κύματος εξαρτάται πλήρως από τις ιδιότητες του μέσου, το μήκος λ του κατά τη μετάβαση από το ένα μέσο στο άλλο μεταβάλλεται. Σε αυτή την περίπτωση, η συχνότητα ν ταλάντωσης παραμένει πάντα η ίδια. Μηχανική και τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι παρόμοια σε ότι η διανομή τους γίνεται στη μεταφορά ενέργειας, αλλά δεν υπάρχει μεταφορά της ύλης.