2 Перенос энергии бегущей волной.
При незатухающих колебаниях тела, например маятника,его полная энергия остается неизменной,уменьшение кинетической энергии сопровождается одновременным увеличением его потенциальной энергии, и наоборот, в бегущих волнах дело обстоит иначе.
Распространение бегущих волн связано с передачей энергии от одной колеблющейся точки к другой. Это видно из такого примера. Когда где-либо происходит всплеск воды, например, вызванный прыжком рыбы, то от этого места кругами расходятся волны, которые уносят энергию все дальше от места их возникновения, а поверхность воды, пройденная волнами,успокаивается. Чтобы волны шли непрерывно, частицам воды в этом месте, где возникают волны, нужно передавать все новую энергию. Например, ритмично дергая за поплавок, можно получить непрерывный ряд волн на поверхности воды.
Перенос энергии бегущей волной объясняется тем, что максимум как кинетической, так и потенциальной энергии в такой волне приходится на точку волны, которая проходит положение равновесия. Покажем это на примере волны, бегущей по шнуру.
 |
Здесь следует заметить, что в состоянии покоя этот шнур занимает горизонтальное положение. Таким образом, когда по шнуру бежит волна, то в области А и В он не деформирован, а в точке С деформация сдвига шнура наибольшая. Поэтому максимум потенциальной энергии упругой деформации шнура приходится на точку С, которая проходит положение устойчивого равновесия.
Но точка С имеет и наибольшую скорость движения и по сравнению с другими точками шнура т. е. обладает максимальной кинетической энергией. Поскольку точка С движется вниз,через мгновение среднее положение займет ближайшая к ней точка справа, к которой и перейдет и максимум энергии. Она, в свою очередь, передаст эту энергию еще дальше и т. д. Таким образом, передаче энергии в бегущей волне происходит с той же скоростью, с которой распространяется фаза колебаний. Теория показывает, что энергия. переносимая волной прямо пропорциональна плотности среды, квадрату амплитуды колебаний и квадраты их частоты
3 Поперечные и продольные волны.
Вернемся еще раз к волнам в шнуре, показанным на рисунке 12, где видно, что волна бежит вправо, а каждая точка шнура движется вверх или вниз около положения равновесия. Волны, в которых колебания частиц среды происходят перпендикулярно к направлению распространения волны, называют поперечными. Они состоят из ряда чередующихся выпуклостей и впадин.
Выше говорилось, что у шнура, когда по нему бежит волна, возникает деформация сдвига, следствием которой является изменение формы тела. Поперечные волны возможны только в том случае, когда изменение формы сопровождается появлением упругих возвращающих сил. Поскольку этим свойством обладают только твердые вещества и поверхность жидкости, поперечные волны могут возникать только в твердых телах и на поверхностях жидкостей
В природе существуют волны и другого вида. Если взять длинную пружину и один ее конец привести в колебание вдоль оси, то по ней побегут волны в виде перемещающихся сгущений и разрежений ее витков. В этом примере волна бежит вправо, а каждый виток пружины колеблется вдоль ее оси.
Волны, в которых колебания частиц происходит по прямой, вдоль которой распространяется волна, называют продольными. Сдвиг частиц в этой волне происходит по линии, соединяющих их центры, т. е. вызывает изменение объема. Поскольку возвращение силы при изменении объема возникает не только в твердых телах и жидкостях, но и вгазах продольные волны возможны в твердых телах, жидкостях и газах.
На рисунке 15 видно, как распространяются волны на поверхности воды. Светлые окружности изображают гребни волн, т. е. совокупность точек, имеющих максимальное смещение из положения равновесия. Все эти точки колеблются в одинаковой фазе. Прикрепим шнур резким движениемруки, заставим его свободный конец совершатьодно колебание. Вдоль шнура побежит одиночная поперечная волна. Такая волна называетсябегущей.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.