3.1.Виникнення та поширення механічних хвиль. Фізичні величини, які характеризують хвилі

1. Механічні хвилі

Механічна хвиля – це поширення коливань у пружному середовищі*.

(*Середовище називають пружним, якщо під час його деформації виникають сили, які протидіють цій деформації, – сили пружності).

 

Проблемне питання

• Як і чому в середовищі поширюється механічна хвиля?

Механічна хвиля створюється тілом, яке коливається, – джерелом хвилі (поплавок). Здійснюючи коливальний рух, джерело хвилі деформує прилеглі до нього шари середовища (стискає та розтягує їх або зсовує). У результаті виникають сили пружності, які діють на сусідні шари середовища та спонукають їх здійснювати вимушені коливання. Ці шари, у свою чергу, деформують наступні шари та змушують їх коливатися. Поступово, один за одним, усі шари середовища долучаються до коливального руху – середовищем поширюється механічна хвиля.

2. Поперечні та повздовжні механічні хвилі

Поперечні хвилі – це хвилі, у яких частинки коливаються в напрямку, перпендикулярному до напрямку їх поширення.

Поперечні хвилі:

- хвилі зсуву (відбувається зсув одних шарів середовища відносно інших);

- поширюються тільки в твердих тілах.

Поздовжні хвилі – це хвилі, у яких частинки коливаються вздовж напрямку поширення хвилі.

Поздовжні хвилі:

- хвилі стиснення та розтягнення (вздовж напрямку поширення хвилі густина середовища почергово то збільшується, то зменшується);

- поширюються в усіх середовищах.

Проблемне питання

• Якими є хвилі на поверхні рідини?

Хвилі на поверхні рідини не є ані поздовжніми, ані поперечними. Вони мають складний поздовжньо-поперечний характер, при цьому частинки рідини рухаються по еліпсах.

3. Основні властивості хвиль

Властивості хвиль

1. Хвилі поширюються в середовищі зі скінченною швидкістю.

2. Частота коливань кожної частини середовища дорівнює частоті коливань джерела хвилі.

3. Механічні хвилі не можуть поширюватись у вакуумі.

4. Хвильовий рух не супроводжується перенесенням речовини.

5. Під час поширення хвилі відбувається перенесення енергії.

4. Фізичні величини, які характеризують коливання

Амплітуда коливань – максимальна відстань, на яку відхиляється точка від положення рівноваги.

Період коливань – час одного повного коливання.

Частота коливань – кількість коливань за одиницю часу.

5. Довжина хвилі

Довжина хвилі – відстань, на яку поширюється хвиля за час, що дорівнює періоду.

v – швидкість поширення хвилі

Довжина хвилі – це відстань між найближчими одна до одної точками хвилі, які коливаються в однаковій фазі.

6. Швидкість поширення хвилі

Формула хвилі:

v – швидкість поширення хвилі

λ – довжина хвилі

ν – частота хвилі

Якщо хвиля переходить з одного середовища в інше:

- швидкість її поширення змінюється

- частота хвилі залишається незмінною (визначається джерелом хвилі)

- довжина хвилі змінюється