Продольные и поперечные волны

Определение продольных волн

Волны, в которых частицы среды колеблются в направлении, параллельном направлению, в котором распространяется движение. Продольная всегда механическая и возникает вследствие последовательных сжатий (состояний максимальной плотности и давления) и расширений (состояний минимальной плотности и давления) среды. Примерами продольных являются волны, создаваемые пружиной, когда один из ее концов колеблется в том же направлении, что и пружина (рис. 1), и звуковые.

Определение поперечных волн

Волны, в которых частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном направлению, в котором распространяется движение. (Рис. 2)

Волны, возникающие в пруду с водой, на веревке, или электромагнитные являются примерами поперечных. На рисунке показана связь между сжатиями и расширениями продольной по отношению к гребням и впадинам поперечной.

Некоторые движения, такие как океанские и сейсмические волны, представляют собой комбинацию продольных и поперечных. Например, когда морская распространяется по поверхности воды, молекулы воды движутся почти по кругу, очерчивая ряд гребней и впадин.

Когда волна проходит, молекулы воды на гребнях движутся в ее направлении, а молекулы на впадинах движутся в противоположном направлении. Следовательно, после прохождения определенного числа полных волн смещения молекул воды не происходит.

Скорость поперечной волны

Вы когда-нибудь замечали, что в процессе настройки гитары колышек вращают, чтобы увеличить или уменьшить натяжение струны. При увеличении напряжения любой генерируемый в нем импульс будет иметь более высокую скорость распространения.

Но, поскольку не все струны имеют одинаковую толщину, указанная скорость также будет зависеть от этого фактора, так как чем больше толщина струны, тем меньше скорость распространения. Следовательно, можно утверждать, что скорость распространения по струне равна:

• Прямо пропорциональна его напряжению.
• Обратно пропорциональна толщине струны.

Для определения факторов, от которых зависит скорость распространения по струне, предположим, что на струну действует натяжение \[F_{T}\] и что в момент времени t 0 на ее конце действует сила в вертикальном направлении \[F_{y}\] чтобы заставить его колебаться, как показано на рисунке ниже.

Масса движущихся частиц струны — это масса на единицу длины (м/л) или линейная плотность (м). Тогда v:

Распространение и скорость продольных и поперечных волн

Как вы уже знаете, механические волны передаются при взаимодействии близко расположенных друг к другу частиц. Например, без воды и ее частиц корабли не могли бы использовать сонар, а без частиц воздуха мы не могли бы услышать концерт, а летучие мыши не могли бы летать или охотиться в темноте. С другой стороны, другие типы волн, например, создаваемые солнечным светом, НЕ нуждаются в материальной среде для своей передачи. Солнечный свет достигает Земли после пересечения пустого пространства между двумя звездами. По этой причине нельзя сказать, что волна есть возмущение материального тела, а передача возмущения.

При распространении возмущений через какую-либо среду (землю, воздух, воду и т. д.) они не распространяются мгновенно повсюду, а требуют некоторого времени для перехода из одной точки в другую. Так, например, звук грома воспринимается дольше, чем дальше мы находимся от места, где происходит гроза.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Контрольная

| от 300 ₽ |

Реферат

| от 500 ₽ |

Курсовая

| от 1 000 ₽ |

Нужна помощь

Ключевые моменты

На основе вышесказанного, можно вывести основные особенности, а именно:

• Волны переносят энергию из одной точки в другую без чистого переноса материи.
• Поперечные имеют среду, колеблющуюся перпендикулярно направлению распространения, а продольные имеют среду, колеблющуюся параллельно направлению распространения.
• Есть четыре термина, характерных для определенных типов волн. Пики и впадины описывают поперечные. Сжатие и разрежение описывают продольные.
• Есть четыре термина, которые относятся к обоим типам: среда, длина, амплитуда и частота.
• Движение может состоять из поперечной и продольной составляющих.

Примеры 1 — 2

На графике показана поперечная волна. Какова ее длина?

В основе этого вопроса лежат два навыка: с одной стороны, знание определения длины поперечной волны, а с другой стороны, интерпретация графиков.

Что касается первой точки, длина — это расстояние, пройденное за полный цикл. Это означает, что его можно рассматривать как расстояние между любой точкой и положением той же точки в следующем цикле. Например, расстояние между пиками равно длине, как и расстояние от пика до пика.

Теперь мы используем второй навык, чтобы прочитать расстояние от пика до пика на графике. Первая вершина находится над ориентиром 1, а вторая расположена над отметкой 5. Это дает нам расстояние от пика до пика 4.

Ответ: 4

---

На графике показана продольная волна, распространяющаяся вдоль пружины, и четыре кривые смещения во времени. Если положительное смещение соответствует сжатию пружины, то какой график правильно показывает изменение смещения со временем волны в пружине?

Этот вопрос основан на вашей способности понять идею представления продольной волны как поперечной волны. Нам нужно знать, как связать вершины поперечной волны с зонами сжатия продольной волны. Точно так же вы связываете впадины поперечной волны с областями разрежения продольной волны. Таким образом, правильным ответом будет D, так как пики совмещены с центрами областей сжатия, а впадины совмещены с центрами областей разрежения.
Ответ: D