Mekaniske bølger: kilden, egenskapene av formel

Tenk hva en mekanisk bølge, kan være å kaste en stein i vannet. Kretser som oppstår i denne, og er vekslende fordypninger og rygger - er et eksempel på de mekaniske bølger. Hva er deres natur? Mekaniske bølger - en prosess for pendling forplantning i elastisk media.

kapillarbølger

Slike mekaniske bølger eksistere på grunn av effekten på partikkelstyrke av den intermolekylære vekselvirkning av væske og tyngdekraften. Folk har lenge vært å studere fenomenet. Mest kjent er de sjø og bølger. Med økende vindstyrke, endrer de, og deres høyde øker. Det er også komplisert og formen på bølgene selv. I havet, kan de nå skremmende proporsjoner. En av de mest åpenbare eksempler er kraften av tsunamien som feier bort alt i sin vei.

Energien av sjø og bølger

Nådde shore bølger med en skarp endring i dybden øker. De noen ganger nå en høyde på flere meter. Ved slike øyeblikk den kinetiske energien er den enorme vannmassen sendes til land hindringer som under innflytelse av hurtig ødelagt. Styrken av bølgene når noen ganger grandiose verdier.

elastiske bølger

I mekanikk studie ikke bare svingninger i væskeoverflaten, men også såkalt elastiske bølger. Denne forstyrrelse, som er fordelt i ulike medier under virkningen av elastiske krefter i dem. En slik forstyrrelse er en hvilken som helst avvikelse av partiklene av mediet fra likevektsstillingen. Et godt eksempel på elastiske bølger er et langt tau eller en gummislange festet til den ene enden noe. Hvis det er stram, og deretter en kraftig bevegelse av side for å skape en andre (ikke-klebrig) avslutte sin brand kan vi se den over hele "løpe gjennom" lengden av tauet for å støtte og reflektere tilbake.

Kilde av mekaniske bølger

Primær forstyrrelse gir opphav til en bølge miljø. Det er forårsaket av handlingen av et fremmedlegeme, som i fysikken kalles kilden av bølgene. De kan være en menneskehånd, svaiende tau eller stein kastet i vann. I det tilfellet hvor kilden har den virkning av kort varighet, i det medium er det ofte en enkelt bølge. Når "disturber" gjøre lang oscillerende bevegelse, bølger begynner å dukke opp en etter en.

Betingelser for mekaniske bølger

Svingninger av denne typen er ikke alltid dannet. En forutsetning for deres utseende er utseendet på tidspunktet for forstyrrelse medium hindrer ham styrke, spesielt elastisitet. De søker å bringe sammen nabopartikler når de er adskilt, og fremmed dem fra hverandre ved tidspunktet for konvergens. elastisk kraft som virker på partiklene frittliggende fra kilden for forstyrrelsen, begynne å trekke dem ut av balanse. Over tid blir alle bitene av media involvert i en oscillerende bevegelse. Formering av slike vibrasjoner og en bølge.

Mekaniske bølger i et elastisk medium

I den elastiske bølge, er det to typer bevegelse på samme tid: svingninger av partiklene og fordelingen av forstyrrelse. Det kalles langsgående mekaniske bølge, hvilke partikler vibrere langs retningen av sin forplantning. Kalt tverrgående bølge, mellomstore partikler som varierer over dens forplantningsretning.

Egenskapene til mekaniske bølger

Forstyrrelser i den langsgående bølge er en vakuum, og kompresjon, og tverrgående - skift (forskyvninger) av enkelte lag av mediet i forhold til den andre. Trykkpåkjenninger er ledsaget av elastiske krefter. På denne skjærtøyningen forbundet med utseendet av elastiske krefter utelukkende i faste stoffer. Den gassformede og flytende medier skift lag av disse medier er ikke ledsaget av forekomst av nevnte kraft. På grunn av sine egenskaper kan longitudinale bølger som forplanter seg i alle media, og kryss - utelukkende fast.

Egenskapene til vann bølger

Bølgene på væskeoverflaten ikke er langsgående eller tversgående. De er mer komplekse, de såkalte langsgående og tverrgående karakter. I dette tilfellet, væskepartiklene beveger seg i omkretsretningen eller langstrakt ellipse. Den sirkulære bevegelser av partikler ved væske-overflaten, og spesielt når store vibrasjoner ledsages av deres sakte, men kontinuerlig bevegelse langs retningen av bølgeforplantningen. Det er disse egenskapene til mekaniske bølger i vannet fører til at utseendet på bredden av diverse sjømat.

Frekvens mekaniske bølger

Dersom det elastiske medium (væske, fast, gassformet) for å initiere dets svingnings partikler, på grunn av samspillet mellom dem, det vil forplante seg med hastighet u. Hvis således i et gassformig eller flytende medium vil være i det oscillerende legeme, begynner den bevegelse som overføres til alle tilstøtende partikkelen. De vil bli involvert i prosessen med å følge og så videre. På dette tidspunkt alt mediet vil svinge lik frekvens lik frekvensen av det oscillerende legeme. Det er frekvensen til bølgen. Med andre ord, kan denne verdien bli beskrevet som oscillasjonsfrekvensen punkter i et miljø hvor bølgen forplanter seg.

Umiddelbart kan det ikke være klart hvordan denne prosessen skjer. Med mekaniske bølger assosiert oscillerende bevegelse overføre energi fra kilden til periferien av mediet. Under det oppstår såkalt periodisk deformasjon bølge utføres fra ett punkt til et annet. Ved å gjøre dette, må partiklene av mediet ikke beveger seg sammen med bølgen. De varierer i nærheten av sin likevektsstilling. Det er derfor fordelingen av de mekaniske bølger ikke er ledsaget av overføring av materiale fra ett sted til et annet. I de mekaniske bølger med forskjellige frekvenser. Derfor er de delt inn i band og skapte en spesiell skala. Frekvensen blir målt i hertz (Hz).

basisk formel

Mekanisk bølge, beregningsformel som er ganske enkel, er et interessant gjenstand for undersøkelse. Bølgehastigheten (υ) - er en bevegelseshastighet på sin front (det geometriske sted for alle punkter som svingningen har nådd miljø i øyeblikket):

υ = √G / ρ,

hvor ρ - tetthet av mediet, G - modulus.

Ved beregning av hastigheten ikke må forveksles mekaniske bølger i et medium med en hastighet av bevegelse av medium partikler som er involvert i en bølge prosess. Således, for eksempel, forplanter den lydbølge gjennom luften med en gjennomsnittlig hastighet svingninger av molekylene med 10 m / s, mens den akustiske bølgehastighet i normale forhold, er 330 m / s.

Wavefront kan være av forskjellige typer, den enkleste av disse er:

• Sfærisk - som følge av svingninger i den gassformede eller flytende medium. Bølgeamplituden avtar med økende avstand fra kilden er omvendt proporsjonal med kvadratet av avstanden.

Flat • - representerer et plan som er vinkelrett på bølgeforplantningsretningen. Det forekommer, for eksempel i en lukket stempelsylinder når denne oscilleres. Den plane bølge er karakterisert ved nesten konstant amplitude. Dens liten reduksjon med avstanden fra kilden til forstyrrelsene er forbundet med den grad av viskositeten av den flytende eller gassformet medium.

bølgelengde

Under bølgelengde realisere avstand at dens fremre beveges i en tid som er lik perioden av svingning av de mellom partiklene:

λ = υT = υ / v = 2πυ / ω,

hvor T - svingeperiode, υ - bølgehastighet, ω - syklisk frekvens, ν - frekvens av svingninger av de mellom prikker.

Siden forplantningshastigheten til den mekaniske bølge er helt avhengig av egenskapene til mediet, blir dens lengde λ ved overgangen fra ett medium til et annet endret. I dette tilfellet forblir oscilleringsfrekvens ν alltid den samme. Mekaniske og elektromagnetiske bølger er like i at deres fordeling skjer ved energioverføring, men det er ingen overføring av materie.