Penyebaran gelombang dalam medium elastik. Perpustakaan Terbuka - perpustakaan terbuka maklumat pendidikan

Gelombang dipanggil apa-apa gangguan keadaan jirim atau bidang, menyebarkan di ruang dari masa ke masa.

Mekanikal gelombang yang timbul dalam media elastik disebut, i.e. dalam persekitaran di mana daya timbul yang menghalang:

1) ubah bentuk tegangan (mampatan);

2) ubah bentuk ricih.

Dalam kes pertama, ada gelombang membujur, di mana getaran zarah-zarah medium berlaku ke arah penyebaran getaran. Gelombang membujur boleh merebak dalam badan pepejal, cair dan gas, kerana mereka dikaitkan dengan kemunculan daya anjal ketika berubah isi padu.

Dalam kes kedua, terdapat ruang gelombang ricih, di mana zarah-zarah medium bergetar dalam arah tegak lurus dengan arah penyebaran getaran. Gelombang ricih hanya dapat merebak dalam pepejal, kerana dikaitkan dengan kemunculan daya anjal ketika berubah bentuk badan.

Sekiranya beberapa badan bergetar dalam medium elastik, maka ia bertindak pada zarah-zarah medium yang bersebelahan dengannya, dan menjadikannya melakukan getaran paksa. Medium di dekat badan berayun cacat, dan daya elastik muncul di dalamnya. Kekuatan ini bertindak pada zarah-zarah medium yang semakin jauh dari badan, membawa mereka keluar dari kedudukan keseimbangan mereka. Dari masa ke masa, semakin banyak zarah medium terlibat dalam gerakan berayun.

Fenomena gelombang mekanikal sangat penting bagi kehidupan seharian. Sebagai contoh, berkat gelombang bunyi yang disebabkan oleh keanjalan persekitaran, kita dapat mendengar. Gelombang ini dalam gas atau cecair mewakili turun naik tekanan yang menyebar di persekitaran tertentu. Sebagai contoh gelombang mekanikal, seseorang juga dapat menyebut: 1) gelombang di permukaan air, di mana sambungan bahagian permukaan air yang bersebelahan bukan disebabkan oleh keanjalan, tetapi oleh daya tarikan graviti dan permukaan; 2) gelombang letupan dari letupan cengkerang; 3) gelombang seismik - getaran di kerak bumi, merebak dari tempat gempa.

Perbezaan antara gelombang elastik dan pergerakan zarah medium yang diperintahkan adalah bahawa penyebaran ayunan tidak berkaitan dengan pemindahan bahan dari satu tempat ke tempat yang lain dalam jarak yang jauh.

Lokus titik-titik di mana ayunan mencapai pada masa tertentu dalam masa disebut depan ombak. Bahagian depan gelombang adalah permukaan yang memisahkan bahagian ruang yang sudah terlibat dalam proses gelombang dari kawasan di mana ayunan belum timbul.

Lokus titik yang bergetar dalam fasa yang sama disebut permukaan gelombang... Permukaan gelombang dapat ditarik melalui titik apa pun di ruang yang diliputi oleh proses gelombang. Akibatnya, ada sejumlah permukaan gelombang yang tidak terbatas, sementara hanya ada satu gelombang depan pada satu masa, ia bergerak sepanjang masa. Bentuk depan boleh berbeza bergantung pada bentuk dan ukuran sumber getaran dan sifat mediumnya.

Dalam kes medium yang homogen dan isotropik, gelombang sfera menyebar dari sumber titik, iaitu gelombang depan dalam kes ini adalah sfera. Sekiranya sumber ayunan adalah satah, maka mana-mana bahagian depan gelombang di dekatnya sedikit berbeza dari bahagian satah, oleh itu gelombang dengan bahagian depan disebut satah.

Mari kita anggap bahawa selama beberapa bahagian depan gelombang telah berpindah ke. Kuantiti

dipanggil kelajuan penyebaran gelombang depan atau halaju fasa ombak di tempat tertentu.

Garis, tangen yang pada setiap titik bertepatan dengan arah gelombang pada titik ini, iaitu dengan arah pemindahan tenaga disebut sinar... Dalam medium isotropik yang homogen, sinar adalah garis lurus yang berserenjang dengan bahagian depan gelombang.

Getaran dari sumber boleh menjadi harmonik dan tidak harmonik. Oleh itu, gelombang mengalir dari sumber monokromatik dan bukan monokromatik... Gelombang bukan monokromatik (mengandungi getaran frekuensi yang berbeza) dapat diuraikan menjadi monokromatik (masing-masing mengandungi getaran dengan frekuensi yang sama). Gelombang monokromatik (sinusoidal) adalah pengabstrakan: gelombang seperti itu mesti diperpanjang dalam ruang dan waktu.

Untuk memahami bagaimana getaran merebak dalam medium, mari kita mulakan dari jauh. Adakah anda pernah beristirahat di pantai, menyaksikan ombak berjalan di atas pasir secara metodis? Pemandangan yang indah, bukan? Tetapi dalam tontonan ini, selain kesenangan, anda dapat memperoleh beberapa faedah, jika anda berfikir dan berspekulasi sedikit. Kita juga beralasan untuk memberi manfaat kepada minda kita.

Apakah gelombang?

Umumnya diterima bahawa gelombang adalah pergerakan air. Mereka timbul kerana angin bertiup di laut. Tetapi ternyata jika ombak adalah pergerakan air, maka angin yang bertiup ke satu arah hanya akan mengambil alih sebagian besar air laut dari satu hujung laut ke ujung yang lain dalam beberapa waktu. Dan kemudian di suatu tempat, katakanlah, di lepas pantai Turki, air akan mengalir beberapa kilometer dari pantai, dan akan ada banjir di Crimea.

Dan jika dua angin berlainan bertiup di laut yang sama, maka di suatu tempat mereka dapat mengatur lubang besar di dalam air. Bagaimanapun, perkara ini tidak berlaku. Sudah tentu ada banjir kawasan pesisir semasa taufan, tetapi laut hanya menerjang ombaknya di pesisir, semakin jauh, semakin tinggi, tetapi ia tidak bergerak sendiri.

Jika tidak, laut boleh mengembara ke seluruh planet bersama angin. Oleh itu, ternyata air tidak bergerak dengan ombak, tetapi tetap di tempatnya. Jadi, apakah gelombang itu? Apakah sifat mereka?

Adakah penyebaran gelombang getaran?

Osilasi dan gelombang berlaku di kelas 9 dalam kursus fizik dalam satu topik. Adalah logik untuk menganggap bahawa ini adalah dua fenomena yang sama, bahawa ia saling berkaitan. Dan ini benar. Penyebaran getaran dalam medium adalah gelombang.

Sangat mudah untuk melihat ini dengan jelas. Ikat satu hujung tali ke sesuatu yang tidak bergerak, dan tarik hujung yang lain dan kemudian goncang dengan lembut.

Anda akan melihat bagaimana gelombang mengalir di sepanjang tali dengan tangan. Dalam kes ini, tali itu sendiri tidak menjauh dari anda, ia bergetar. Getaran dari sumber menyebarkan di sepanjangnya, dan tenaga ayunan ini dihantar.

Itulah sebabnya, gelombang melemparkan objek ke pantai dan runtuh dengan kekuatan, mereka sendiri memindahkan tenaga. Walau bagaimanapun, bahan itu sendiri tidak bergerak. Laut tetap di tempatnya yang betul.

Gelombang membujur dan melintang

Membezakan antara gelombang membujur dan melintang. Gelombang di mana ayunan berlaku di sepanjang arah penyebarannya disebut membujur... TETAPI melintang gelombang adalah gelombang yang merambat tegak lurus dengan arah getaran.

Apakah jenis gelombang yang anda fikir tali atau gelombang laut ada? Gelombang ricih ada dalam contoh tali kita. Getaran kami diarahkan ke atas dan ke bawah, dan gelombang menyebar di sepanjang tali, iaitu secara tegak lurus.

Untuk mendapatkan gelombang membujur dalam contoh kita, kita perlu mengganti tali dengan tali getah. Dengan menarik tali pusat tanpa bergerak, anda perlu meregangkannya dengan jari di tempat tertentu dan melepaskannya. Segmen tali yang diregangkan akan berkontraksi, tetapi tenaga pengecutan-regangan ini akan untuk beberapa waktu akan dihantar di sepanjang kord lebih jauh dalam bentuk getaran.

Nombor kuliah 9

Gelombang mekanikal

6.1. Penyebaran getaran dalam medium elastik.

6.2. Persamaan Gelombang Pesawat.

6.3. Persamaan gelombang.

6.4. Kelajuan penyebaran gelombang di pelbagai media.

Getaran mekanikal yang merebak dalam medium elastik (pepejal, cair atau gas) disebut mekanikal atau elastik ombak.

Proses penyebaran ayunan dalam medium berterusan selalunya disebut proses gelombang atau gelombang. Zarah-zarah medium di mana gelombang menyebarkan tidak terlibat oleh gelombang dalam gerakan translasi. mereka hanya berayun di sekitar kedudukan keseimbangan mereka. Bersama gelombang, hanya keadaan gerakan getaran dan tenaganya yang dipindahkan dari zarah ke zarah medium. Atas sebab ini harta utama semua gelombang, tanpa mengira sifatnya, adalah pemindahan tenaga tanpa pemindahan jirim.

Dengan mengambil kira pergantungan pada arah ayunan zarah sehubungan dengan arah gelombang menyebarkan, membezakan membujur dan melintang ombak.

membujur jika getaran zarah-zarah medium berlaku ke arah perambatan gelombang. Gelombang membujur dikaitkan dengan ubah bentuk tegangan volumetrik - pemampatan medium; oleh itu, mereka boleh menyebarkan baik dalam pepejal dan dalam cecair dan media gas.

Gelombang elastik biasanya disebut melintang jika getaran zarah-zarah medium berlaku dalam satah-satah yang berserenjang dengan arah perambatan gelombang Gelombang melintang boleh timbul hanya dalam medium yang mempunyai keanjalan bentuk, iaitu mampu menahan ubah bentuk ricih. Harta ini hanya dimiliki oleh badan padat.

Dalam rajah. 1 menunjukkan gelombang ricih harmonik merambat di sepanjang paksi 0 NS... Graf gelombang memberikan pergantungan perpindahan semua zarah medium pada jarak ke sumber ayunan pada waktu tertentu. Jarak antara zarah terdekat yang bergetar dalam fasa yang sama biasanya disebut panjang gelombang. Panjang gelombang juga sama dengan jarak fasa ayunan tertentu yang berlanjutan sepanjang tempoh ayunan.

Bukan hanya zarah yang terletak di sepanjang paksi 0 yang bergetar. NS, dan sekumpulan zarah tertutup dalam isipadu tertentu. Lokus titik-titik yang turun naik turun mengikut masa t, adalah kebiasaan untuk memanggil depan gelombang... Bahagian depan gelombang adalah permukaan yang memisahkan bahagian ruang yang sudah terlibat dalam proses gelombang dari kawasan di mana ayunan belum timbul. Lokus titik berayun pada fasa yang sama biasanya disebut permukaan gelombang... Permukaan gelombang dapat ditarik melalui titik apa pun di ruang yang diliputi oleh proses gelombang. Permukaan gelombang dalam bentuk apa pun. Dalam kes yang paling mudah, ia berbentuk pesawat atau sfera. Oleh itu, gelombang dalam kes ini biasanya disebut satah atau sfera. Dalam gelombang satah, permukaan gelombang adalah sekumpulan satah selari, dan dalam gelombang sfera, satu set sfera sepusat.

Kerja yang telah siap

KERJA DIPLOMA

Banyak yang sudah tertinggal dan sekarang anda sudah lulus, sekiranya, tentu saja, anda menulis tesis anda tepat pada waktunya. Tetapi hidup adalah perkara yang hanya menjadi jelas bagi anda bahawa, setelah berhenti menjadi pelajar, anda akan kehilangan semua kegembiraan pelajar, yang kebanyakan anda tidak pernah mencuba, menyisihkan segalanya dan menangguhkannya kemudian. Dan sekarang, bukannya menebus masa yang hilang, anda bekerja keras untuk tesis anda? Terdapat jalan keluar yang bagus: muat turun tesis yang anda perlukan dari laman web kami - dan anda akan mempunyai banyak masa terluang dengan serta-merta!
Tesis ini berjaya dipertahankan di Universiti terkemuka Republik Kazakhstan.
Kos kerja dari 20,000 tenge

KERJA KURSUS

Projek kursus adalah kerja praktikal serius pertama. Dengan menulis makalah istilah persiapan untuk memulakan projek diploma bermula. Sekiranya pelajar belajar bagaimana menyampaikan isi topik dengan betul dalam projek kursus dan merancangnya dengan betul, di masa depan dia tidak akan menghadapi masalah baik dengan menulis laporan, atau menyusun tesis, atau dengan pelaksanaan tugas praktik lain . Untuk membantu pelajar menulis karya pelajar jenis ini dan untuk menjelaskan persoalan yang timbul semasa penyediaannya, sebenarnya bahagian maklumat ini telah dibuat.
Kos kerja dari 2,500 tenge

DISERTASI MASTER

Pada masa ini, di institusi pendidikan tinggi di Kazakhstan dan negara-negara CIS, tahap pendidikan profesional tinggi sangat biasa, yang mengikuti selepas ijazah sarjana muda - ijazah sarjana. Dalam bidang magistrasi, pelajar belajar dengan tujuan untuk memperoleh ijazah sarjana, yang diiktiraf di kebanyakan negara di dunia lebih daripada ijazah sarjana muda, dan juga diiktiraf oleh majikan asing. Hasil belajar di magistrasi adalah pembelaan tesis master.
Kami akan memberi anda bahan analisis dan teks terkini, harganya termasuk 2 artikel ilmiah dan abstrak.
Kos kerja dari 35,000 tenge

LAPORAN AMALAN

Setelah menyelesaikan sebarang jenis amalan pelajar (pendidikan, perindustrian, pra-diploma), diperlukan untuk membuat laporan. Dokumen ini akan menjadi pengesahan kerja praktik pelajar dan asas untuk pembentukan penilaian untuk latihan. Biasanya, untuk menyusun laporan mengenai amalan tersebut, anda perlu mengumpulkan dan menganalisis maklumat mengenai perusahaan, mempertimbangkan struktur dan jadual kerja organisasi tempat praktik diadakan, buat jadual waktu dan terangkan latihan anda.
Kami akan membantu anda menulis laporan mengenai magang dengan mengambil kira spesifik aktiviti perusahaan tertentu.

§ 1 Penyebaran getaran dalam medium. Gelombang membujur dan melintang

Pertimbangkan bagaimana getaran merebak di pelbagai persekitaran. Sering kali anda dapat memerhatikan bagaimana lingkaran bersurai dari pelampung atau dari batu yang dilemparkan. Getaran yang menimbulkan ubah bentuk medium di angkasa boleh menjadi sumber, misalnya gelombang gempa, gelombang laut atau suara. Sekiranya kita mempertimbangkan bunyi, maka getaran dihasilkan baik oleh sumber suara (tali atau garpu penala) dan penerima suara, misalnya, membran mikrofon. Osilasi juga dibuat oleh media itu sendiri, di mana gelombang bergerak.

Proses penyebaran getaran di ruang dari masa ke masa disebut gelombang. Gelombang adalah gangguan yang merebak di angkasa, menjauh dari tempat asalnya.

Perlu diperhatikan bahawa penyebaran gelombang mekanik hanya mungkin dilakukan pada media gas, cecair dan pepejal. Gelombang mekanikal tidak boleh timbul dalam keadaan hampa dengan cara apa pun.

Media pepejal, cair, gas terdiri daripada zarah-zarah individu yang saling berinteraksi antara satu sama lain melalui ikatan. Pengujaan getaran zarah-zarah medium yang diberikan di satu tempat menyebabkan getaran paksa zarah-zarah tetangga, yang seterusnya, menggetarkan getaran yang seterusnya, dll.

Terdapat gelombang membujur dan ricih.

Gelombang dipanggil membujur jika zarah-zarah medium bergetar ke arah perambatan gelombang.

Gelombang membujur dapat dilihat dalam contoh dengan mata air panjang yang lembut: dengan memerah dan melepaskan salah satu hujungnya (ujungnya yang lain tetap), kita akan menyebabkan pergerakan bertebalan dan jarang berlaku gegelungnya.

Dengan kata lain, kita memerhatikan bagaimana dari satu ujung ke ujung yang lain ada gangguan yang disebabkan oleh perubahan daya anjal, kelajuan pergerakan atau pecutan gegelung pegas, anjakan gegelung dari garis keseimbangan . Dalam contoh ini, kita melihat gelombang perjalanan.

Gelombang perjalanan adalah gelombang yang, ketika bergerak di angkasa, memindahkan tenaga tanpa memindahkan jirim.

a) keadaan awal; b) pemampatan spring; c) pemindahan ayunan dari satu gelung ke gelung yang lain (penebalan dan pelepasan gelung).

Dalam mekanik, gelombang elastik yang disebut dikaji.

Medium, zarah-zarahnya saling berkaitan sehingga perubahan kedudukan salah satu daripadanya membawa kepada perubahan kedudukan zarah lain, disebut elastik.

Gelombang disebut melintang jika zarah-zarah medium bergetar dalam arah tegak lurus dengan arah perambatan gelombang.

Sekiranya kita meregangkan tali getah secara mendatar, betulkan salah satu hujungnya dengan kaku, dan bawa ujungnya ke gerakan berayun menegak, kita akan dapat melihat gelombang melintang.

Untuk percubaan, kami akan mensimulasikan rantai mata air dan bola dan pada model ini kami akan menganalisis pergerakan gelombang membujur dan melintang.

Sekiranya gelombang longitudinal (a), bola dipindahkan sepanjang, dan mata air diregangkan atau dimampatkan, iaitu, mampatan atau ubah bentuk tegangan berlaku. Perlu diingat bahawa dalam medium cair dan gas, ubah bentuk tersebut disertai dengan pemadatan medium atau kekurangannya.

Sekiranya bola dipindahkan tegak lurus ke rantai (b), maka yang disebut ubah bentuk ricih berlaku. Dalam kes ini, kita akan melihat pergerakan gelombang ricih. Perlu diingat bahawa ubah bentuk ricih tidak mungkin dilakukan dalam medium cecair dan gas.

Oleh itu, definisi berikut berlaku.

Gelombang mekanikal membujur boleh menyebarkan di mana-mana media: cecair, gas dan pepejal. Gelombang ricih hanya boleh wujud di media pepejal.

§ 2 Ringkasan ringkas mengenai topik pelajaran

Penyebaran gelombang mekanik hanya mungkin dilakukan pada media gas, cecair dan pepejal. Gelombang mekanikal tidak boleh timbul dalam keadaan hampa dengan cara apa pun.

Terdapat gelombang membujur dan ricih. Gelombang mekanikal membujur boleh menyebarkan di mana-mana media: cecair, gas dan pepejal. Gelombang ricih hanya boleh wujud di media pepejal.

Senarai kesusasteraan terpakai:

1. Fizik. Kamus ensiklopedik besar / Ch. ed. A.M. Prokhorov. - Edisi ke-4. - M .: Ensiklopedia Besar Rusia, 1999 .-- S. 293-295.
2. Mekanik Irodov I.E. Undang-undang asas / I.E. Irodov. - Edisi ke-5, Rev. –M .: Makmal pengetahuan asas, 2000, hlm. 205–223.
3. Irodov I.E. Mekanik sistem ayunan / I.E. Irodov. - Edisi ke-3, Rev. –M .: Makmal pengetahuan asas, 2000, hlm. 311–320.
4. A.V. Peryshkin Fizik. Gred 9: buku teks / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. - M .: Bustard, 2014 .-- 319 p. Pengumpulan tugas ujian dalam fizik, gred 9. / E.A.Maron, A.E.Maron. Rumah penerbitan "Education", Moscow, 2007.

Imej yang digunakan: