Механические волны. Поперечные и продольные волны

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