Udbredelse af bølger i et elastisk medium. Åbent bibliotek - åbent bibliotek med pædagogisk information

bølger er enhver forstyrrelse af tilstanden af ​​stof eller felt, der forplanter sig i rummet over tid.

Mekanisk kaldet bølger, der opstår i elastiske medier, dvs. i medier, hvor der opstår kræfter, der forhindrer:

1) træk (kompression) deformationer;

2) forskydningsdeformationer.

I det første tilfælde, der langsgående bølge, hvor oscillationerne af mediets partikler forekommer i retningen af ​​udbredelsen af ​​svingningerne. Længdebølger kan forplante sig i faste, flydende og gasformige legemer, pga de er forbundet med udseendet af elastiske kræfter, når de skifter bind.

I det andet tilfælde eksisterer der i rummet tværgående bølge, hvori mediets partikler oscillerer i retninger vinkelret på udbredelsesretningen af ​​vibrationer. Tværbølger kan kun forplante sig i faste stoffer, pga forbundet med fremkomsten af ​​elastiske kræfter ved forandring formularer legeme.

Hvis et legeme svinger i et elastisk medium, så virker det på partiklerne i mediet, der støder op til det, og får dem til at udføre tvangssvingninger. Mediet nær det oscillerende legeme deformeres, og der opstår elastiske kræfter i. Disse kræfter virker på partikler af mediet, der er længere og længere væk fra kroppen, og tager dem ud af ligevægt. Over tid er et stigende antal partikler af mediet involveret i oscillerende bevægelse.

Mekaniske bølgefænomener har stor betydning for hverdagen. For eksempel, takket være lydbølgerne forårsaget af miljøets elasticitet, kan vi høre. Disse bølger i gasser eller væsker er tryksvingninger, der forplanter sig i et givet medium. Som eksempler på mekaniske bølger kan man også nævne: 1) bølger på vandoverfladen, hvor forbindelsen af ​​tilstødende sektioner af vandoverfladen ikke skyldes elasticitet, men tyngdekraft og overfladespændingskræfter; 2) eksplosionsbølger fra granateksplosioner; 3) seismiske bølger - udsving i jordskorpen, der udbreder sig fra stedet for et jordskælv.

Forskellen mellem elastiske bølger og enhver anden ordnet bevægelse af mediets partikler er, at udbredelsen af ​​oscillationer ikke er forbundet med overførslen af ​​mediets stof fra et sted til et andet over lange afstande.

Stedet for punkter, hvortil svingninger når et bestemt tidspunkt kaldes foran bølger. Bølgefronten er den overflade, der adskiller den del af rummet, der allerede er involveret i bølgeprocessen, fra det område, hvor der endnu ikke er opstået svingninger.

Stedet for punkter, der svinger i samme fase kaldes bølgeoverflade. Bølgeoverfladen kan trækkes gennem et hvilket som helst punkt i det rum, som bølgeprocessen dækker. Følgelig er der et uendeligt antal bølgeoverflader, mens der kun er én bølgefront på ethvert tidspunkt, den bevæger sig hele tiden. Formen af ​​fronten kan være forskellig afhængig af formen og dimensionerne af oscillationskilden og mediets egenskaber.

I tilfælde af et homogent og isotropt medium udbreder sfæriske bølger sig fra en punktkilde, dvs. bølgefronten i dette tilfælde er en kugle. Hvis kilden til oscillationer er et plan, så adskiller enhver sektion af bølgefronten sig lidt fra en del af planet i nærheden af ​​det, derfor kaldes bølger med en sådan front plane bølger.

Lad os antage, at i løbet af tiden har en del af bølgefronten flyttet sig til . Værdi

kaldes bølgefrontens udbredelseshastighed el fasehastighed bølger på dette sted.

En linje, hvis tangent i hvert punkt falder sammen med bølgeretningen i det punkt, dvs. med retningen af ​​energioverførsel kaldes bjælke. I et homogent isotropisk medium er strålen en lige linje vinkelret på bølgefronten.

Oscillationer fra kilden kan være enten harmoniske eller ikke-harmoniske. Derfor løber bølger fra kilden monokromatisk og ikke-monokromatisk. En ikke-monokromatisk bølge (som indeholder vibrationer af forskellige frekvenser) kan dekomponeres til monokromatiske bølger (som hver indeholder vibrationer af samme frekvens). En monokromatisk (sinusformet) bølge er en abstraktion: en sådan bølge skal forlænges uendeligt i rum og tid.

For at forstå, hvordan vibrationer forplanter sig i et medium, lad os starte på afstand. Har du nogensinde hvilet på kysten og set bølgerne metodisk løbe på sandet? Et vidunderligt syn, ikke? Men i dette skuespil kan du udover fornøjelsen finde noget udbytte, hvis du tænker og ræsonnerer lidt. Vi ræsonnerer også for at gavne vores sind.

Hvad er bølger?

Det er almindeligt accepteret, at bølger er vandets bevægelse. De opstår på grund af vinden, der blæser over havet. Men det viser sig, at hvis bølgerne er vandets bevægelse, så skulle vinden, der blæser i den ene retning, på et stykke tid simpelthen overhale det meste af havvandet fra den ene ende af havet til den anden. Og så et sted, f.eks. ud for Tyrkiets kyst, ville vandet være gået flere kilometer fra kysten, og der ville have været en oversvømmelse på Krim.

Og hvis to forskellige vinde blæser over det samme hav, så kunne de et eller andet sted organisere et kæmpe hul lige i vandet. Dette sker dog ikke. Der er selvfølgelig oversvømmelser af kystområder under orkaner, men havet bringer simpelthen sine bølger til kysten, jo længere de er, jo højere er de, men det bevæger sig ikke selv.

Ellers kunne havene rejse over hele planeten sammen med vinden. Derfor viser det sig, at vandet ikke bevæger sig med bølgerne, men bliver på plads. Hvad er så bølger? Hvad er deres natur?

Er udbredelse af vibrationer, hvad bølger er?

Svingninger og bølger afholdes i 9. klasse i fysikforløbet i ét emne. Det er da logisk at antage, at der er tale om to fænomener af samme karakter, at de hænger sammen. Og det er helt rigtigt. Udbredelsen af ​​vibrationer i et medium er, hvad bølger er.

Det er meget nemt at se dette tydeligt. Bind den ene ende af rebet til noget ubevægeligt, og træk i den anden ende og ryst det derefter let.

Du vil se, hvordan bølger løber fra rebet med håndkraft. Samtidig flytter selve rebet sig ikke væk fra dig, det svinger. Vibrationer fra kilden forplanter sig langs den, og energien fra disse vibrationer transmitteres.

Derfor kaster bølgerne genstande i land og falder med kraft, de overfører selv energi. Selve stoffet bevæger sig dog ikke. Havet forbliver på sin retmæssige plads.

Langsgående og tværgående bølger

Der er langsgående og tværgående bølger. Bølger, hvor svingninger opstår langs deres udbredelsesretning kaldes langsgående. MEN tværgående Bølger er bølger, der forplanter sig vinkelret på vibrationsretningen.

Hvad tror du, hvilken slags bølger havde rebet eller havbølgerne? Forskydningsbølger var i vores reb-eksempel. Vores svingninger var rettet op og ned, og bølgen forplantede sig langs rebet, det vil sige vinkelret.

For at få langsgående bølger i vores eksempel skal vi udskifte rebet med en gummisnor. Når du trækker ledningen ubevægelig, skal du strække den med fingrene et bestemt sted og slippe den. Det strakte segment af snoren vil trække sig sammen, men energien fra denne stræk-kontraktion vil blive transmitteret videre langs snoren i form af svingninger i nogen tid.

Foredrag nr. 9

mekaniske bølger

6.1. Udbredelse af vibrationer i et elastisk medium.

6.2. Planbølgeligning.

6.3. bølgeligning.

6.4. Bølgeudbredelseshastighed i forskellige medier.

Mekaniske vibrationer, der forplanter sig i et elastisk medium (fast, flydende eller gasformigt) kaldes mekaniske eller elastiske bølger.

Processen med udbredelse af oscillationer i et kontinuerligt medium kaldes almindeligvis en bølgeproces eller en bølge. Partiklerne i mediet, hvori bølgen forplanter sig, er ikke involveret af bølgen i translationsbevægelse. de svinger kun rundt om deres ligevægtspositioner. Sammen med bølgen overføres kun tilstanden af ​​oscillerende bevægelse og dens energi fra partikel til partikel i mediet. Af denne grund hovedegenskaben for alle bølger, uanset deres natur, er overførsel af energi uden overførsel af stof.

I betragtning af afhængigheden af ​​retningen af ​​partikeloscillationer med hensyn til den retning, hvori bølgen udbreder sig, skelner vi langsgående og tværgående bølger.

langsgående, hvis oscillationerne af mediets partikler forekommer i bølgeudbredelsesretningen. Længdebølger er forbundet med volumetrisk træk-kompressionsdeformation af mediet; derfor kan de forplante sig både i faste stoffer og i væsker og gasformige medier.

En elastisk bølge kaldes tværgående, hvis oscillationerne af mediets partikler forekommer i planer vinkelret på bølgens udbredelsesretning Tværbølger kan kun forekomme i et medium, der har formens elasticitet, dvs. er i stand til at modstå forskydningsdeformation. Kun faste legemer har denne egenskab.

På fig. 6.1.1 viser en harmonisk forskydningsbølge, der udbreder sig langs 0-aksen x. Bølgegrafen angiver afhængigheden af ​​forskydningen af ​​alle partikler i mediet af afstanden til vibrationskilden på et givet tidspunkt. Afstanden mellem de nærmeste partikler, der svinger i samme fase kaldes bølgelængde. Bølgelængden er også lig med den afstand, en vis fase af svingningen spreder sig over ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ i løbet af svingningsperioden

Ikke kun partikler placeret langs 0-aksen svinger x, men et sæt partikler indesluttet i et bestemt volumen. Stedet for punkter, som oscillationerne når i tidens løb t, almindeligvis kaldet bølgefront. Bølgefronten er den overflade, der adskiller den del af rummet, der allerede er involveret i bølgeprocessen, fra det område, hvor der endnu ikke er opstået svingninger. Stedet for punkter, der svinger i samme fase kaldes bølgeoverflade. Bølgeoverfladen kan trækkes gennem et hvilket som helst punkt i det rum, som bølgeprocessen dækker. Bølgeoverflader kommer i alle former. I de enkleste tilfælde har de form som et fly eller en kugle. Derfor kaldes bølgen i disse tilfælde flad eller sfærisk. I en plan bølge er bølgeoverfladerne et sæt planer parallelt med hinanden, og i en sfærisk bølge er de et sæt koncentriske sfærer.

Færdige arbejder

DISSE VIRKER

Meget er allerede bagud, og nu er du færdiguddannet, hvis du selvfølgelig skriver dit speciale til tiden. Men livet er sådan noget, at det først nu bliver klart for dig, at efter at have holdt op med at være studerende, vil du miste alle studenterglæder, hvoraf mange du ikke har prøvet, udsætte alt og udsætte det til senere. Og nu, i stedet for at indhente det, roder du med dit speciale? Der er en god vej ud: Download det speciale, du har brug for, fra vores hjemmeside - og du vil øjeblikkeligt have en masse fritid!
Diplomværker er blevet forsvaret med succes på de førende universiteter i Republikken Kasakhstan.
Udgifter til arbejde fra 20 000 tenge

KURSUS VIRKER

Kursusprojektet er det første seriøse praktiske arbejde. Det er med at skrive en semesteropgave, at forberedelsen til udviklingen af ​​afgangsprojekter begynder. Hvis en studerende lærer at angive indholdet af emnet korrekt i et kursusprojekt og tegne det korrekt, så vil han i fremtiden ikke have problemer med hverken at skrive rapporter, eller med at udarbejde specialer eller med at udføre andre praktiske opgaver. For at hjælpe eleverne med at skrive denne type elevarbejde og for at afklare de spørgsmål, der opstår under forberedelsen, blev denne informationssektion faktisk oprettet.
Udgifter til arbejde fra 2 500 tenge

MASTERAFGANG

På nuværende tidspunkt, i videregående uddannelsesinstitutioner i Kasakhstan og SNG-landene, er det stadium af videregående faglig uddannelse, der følger efter bachelorgraden - kandidatgraden, meget almindelig. I magistraten studerer studerende med det formål at opnå en kandidatgrad, som er anerkendt i de fleste lande i verden mere end en bachelorgrad, og som også er anerkendt af udenlandske arbejdsgivere. Resultatet af uddannelsen i magistraten er forsvaret af en kandidatafhandling.
Vi vil give dig opdateret analytisk og tekstmateriale, prisen inkluderer 2 videnskabelige artikler og et abstract.
Udgifter til arbejde fra 35 000 tenge

PRAKTISK RAPPORTER

Efter at have gennemført enhver form for studerende praksis (pædagogisk, industriel, bachelor) en rapport er påkrævet. Dette dokument vil være en bekræftelse af den studerendes praktiske arbejde og grundlaget for bedømmelsen af ​​praksis. Normalt skal du for at udarbejde en praktikrapport indsamle og analysere oplysninger om virksomheden, overveje strukturen og arbejdsplanen for den organisation, hvor praktikken finder sted, udarbejde en kalenderplan og beskrive dine praktiske aktiviteter.
Vi hjælper dig med at skrive en rapport om praktikopholdet under hensyntagen til detaljerne i en bestemt virksomheds aktiviteter.

§ 1 Udbredelse af svingninger i et medie. Langsgående og tværgående bølger

Lad os overveje, hvordan svingninger forplanter sig i forskellige medier. Ofte kunne man observere, hvordan cirkler afviger fra en flyder eller en sten, der er kastet i vandet. Oscillationer, der skaber en deformation af mediet i rummet, kan blive en kilde til for eksempel jordskælvsbølger, havbølger eller lyd. Hvis vi betragter lyd, så producerer vibrationer både en lydkilde (en streng eller en stemmegaffel) og en lydmodtager, for eksempel en mikrofonmembran. Mediet, som bølgen passerer igennem, svinger også.

Processen med udbredelse af oscillationer i rummet over tid kaldes en bølge. Bølger er forstyrrelser, der forplanter sig i rummet og bevæger sig væk fra deres oprindelsessted.

Det skal bemærkes, at udbredelsen af ​​mekaniske bølger kun er mulig i gas, flydende og faste medier. En mekanisk bølge kan ikke opstå i et vakuum.

Faste, flydende, gasformige medier består af individuelle partikler, der interagerer med hinanden ved bindingskræfter. Excitationen af ​​​​oscillationer af partikler af et givet medium på ét sted forårsager tvungne svingninger af nabopartikler, som igen exciterer oscillationer af den næste, og så videre.

Der er langsgående og tværgående bølger.

En bølge kaldes langsgående, hvis mediets partikler svinger i bølgeudbredelsesretningen.

En langsgående bølge kan ses i eksemplet med en blød lang fjeder: ved at komprimere og frigive en af ​​dens ender (den anden ende er fikseret), vil vi forårsage en successiv bevægelse af kondensering og slyngning af dens spoler.

Med andre ord observerer vi, hvordan en forstyrrelse opstår fra den ene ende af den til den anden, forårsaget af en ændring i den elastiske kraft, bevægelseshastigheden eller accelerationen af ​​fjederens spoler, spolernes forskydning fra ligevægtslinjen . I dette eksempel ser vi en rejsebølge.

En rejsebølge er en bølge, der, når den bevæger sig i rummet, overfører energi uden at overføre stof.

a) begyndelsestilstand; b) fjederkompression; c) overførsel af vibrationer fra en spole til en anden (kondensering og slyngning af spolerne).

I mekanikken studeres de såkaldte elastiske bølger.

Et medium, hvis partikler er forbundet på en sådan måde, at en ændring i positionen af ​​en af ​​dem fører til en ændring i positionen af ​​andre partikler, kaldes elastisk.

En bølge kaldes tværgående, hvis mediets partikler oscillerer i en retning vinkelret på bølgeudbredelsesretningen.

Hvis en gummisnor strækkes vandret, den ene ende er stift fast, og den anden bringes i lodret oscillerende bevægelse, så kan vi observere en tværgående bølge.

Til eksperimentet vil vi simulere kæder af fjedre og kugler, og på denne model vil vi analysere bevægelsen af ​​langsgående og tværgående bølger.

I tilfælde af en langsgående bølge (a) forskydes kuglerne langs, og fjedrene enten strækkes eller komprimeres, det vil sige, at der opstår kompression eller spændingsdeformation. Det skal huskes, at i et flydende og gasformigt medium er en sådan deformation ledsaget af komprimering af mediet eller dets sjældenhed.

Hvis kuglen forskydes vinkelret på kæden (b), så vil den såkaldte forskydningsdeformation opstå. I dette tilfælde vil vi se bevægelsen af ​​en tværgående bølge. Det skal huskes, at i et flydende og gasformigt medium er forskydningsdeformation umulig.

Derfor gælder følgende definition.

Langsgående mekaniske bølger kan forplante sig i alle medier: flydende, gasformige og faste. Tværbølger kan kun eksistere i faste medier.

§ 2 Kort opsummering af lektionens emne

Udbredelsen af ​​mekaniske bølger er kun mulig i gas, flydende og faste medier. En mekanisk bølge kan på ingen måde opstå i et vakuum.

Der er langsgående og tværgående bølger. Langsgående mekaniske bølger kan forplante sig i alle medier: flydende, gasformige og faste. Tværbølger kan kun eksistere i faste medier.

Liste over brugt litteratur:

1. Fysik. Big Encyclopedic Dictionary / Kap. udg. A. M. Prokhorov. - 4. udg. - M.: Great Russian Encyclopedia, 1999. - S. 293-295.
2. Irodov I. E. Mekanik. Grundlove / I.E. Irodov. - 5. udg., Rev.-M .: Basic Knowledge Laboratory, 2000, s. 205-223.
3. Irodov I.E. Mechanics of oscillatory systems / I.E. Irodov. - 3. udg., Rev. - M .: Basic Knowledge Laboratory, 2000, s. 311-320.
4. Peryshkin A.V. Fysik. 9. klasse: lærebog / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. – M.: Bustard, 2014. – 319s. Samling af testopgaver i fysik, 9. klasse. / E.A. Maron, A.E. Maron. Forlaget "Enlightenment", Moskva, 2007.

Brugte billeder: