Механические волны — это процесс распространения в упругой среде колебаний (отклонений частиц среды от положения равновесия).
|
Модель 1. Механические волны
|
Если отклонить один из шариков от положения равновесия, то возникнут колебания этого шарика, эти колебания начнут смещать соседние шарики, и эти возмущения побегут в обе стороны от первого шарика.
В упругих средах роль шариков выполняют молекулы среды, а роль пружинок — межмолекулярные взаимодействия.
Механические колебания разной частоты наш организм воспринимает по-разному. Например, колебания воздуха с частотой 2 Гц наше тело чувствует как вибрацию (дрожание). Частоту 20 Гц наше тело уже не ощущает, зато ухо слышит ее как низкий «басистый» звук. Механические колебания с частотой в пределах 20 Гц — 20 кГц наш орган слуха (ухо) воспринимает как звук.
Механические волны бывают поперечными и продольными.
|
|
|
|
Продольной волной называется волна, колебания частиц в каждой точке которой происходят вдоль направления скорости распространения волны.
|
|
|
|
|
|
Продольные волны, сопровождаемые деформациями растяжения и сжатия, могут распространяться в любых упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах. Примером продольной волны являются волны плотности и давления в газах.
|
Модель 2. Волны давления в продольной звуковой волне
|
|
|
|
|
Поперечной волной называется волна, колебания частиц в каждой точке которой происходят перпендикулярно скорости распространения волны.
|
|
|
|
|
|
Поперечные волны распространяются в тех средах, где появляются силы упругости при деформации сдвига, то есть в твердых телах и на поверхности различных жидкостей. Поперечные волны не могут существовать в жидкой или газообразной среде.
|
Модель 3. Распространение поперечного волнового импульса по натянутому резиновому жгуту
|
На рисунке показано, как распространяется поперечная волна. Количество частиц среды (на рисунке — кружочков) остается постоянным. Каждая из них лишь смещается вверх-вниз, то есть совершает колебания около «своего» положения равновесия. Тем не менее, волна переносит энергию из левой части среды в правую. Ведь распространение колебаний на участки среды, прежде находившиеся в покое, и означает распространение (передачу) энергии.
|
Модель 4. Распространение поперечной волны
|
|