Ondas mecánicas: fuente, propiedades, fórmulas.

Puedes imaginar qué son las ondas mecánicas,tirando una piedra al agua. Los círculos que aparecen en él y son huecos y crestas alternas son un ejemplo de ondas mecánicas. ¿Cuál es su esencia? Las ondas mecánicas son el proceso de propagación de vibraciones en medios elásticos.

Ondas en la superficie de los líquidos.

Tales ondas mecánicas existen debido aEl efecto sobre las partículas del líquido de las fuerzas de la interacción intermolecular y la gravedad. La gente lleva mucho tiempo estudiando este fenómeno. Los más notables son las olas del océano y el mar. A medida que aumenta la velocidad del viento, cambian y su altura aumenta. La forma de las olas en sí también es complicada. En el océano, pueden alcanzar proporciones terroríficas. Uno de los ejemplos más evidentes de poder es el tsunami, que arrasa con todo a su paso.

Energía de las olas del mar y del océano.

Достигая берега, морские волны при резком Los cambios de profundidad aumentan. A veces alcanzan una altura de varios metros. En esos momentos, la energía cinética de una masa colosal de agua se transmite a los obstáculos costeros, que rápidamente colapsan bajo su influencia. El poder del surf a veces alcanza valores grandiosos.

Ondas elásticas

En mecánica no solo se estudian las vibracionessuperficie líquida, sino también las llamadas ondas elásticas. Se trata de perturbaciones que se propagan en diferentes medios bajo la influencia de fuerzas elásticas en ellos. Tal perturbación es cualquier desviación de las partículas de un medio dado de la posición de equilibrio. Un buen ejemplo de ondas elásticas es una cuerda larga o un tubo de goma sujeto a algo en un extremo. Si lo tira con fuerza y ​​luego con un movimiento lateral brusco crea una perturbación en su segundo extremo (no asegurado), puede ver cómo "corre" a lo largo de toda la longitud de la cuerda hasta el soporte y se refleja hacia atrás.

Fuente de onda mecánica

La perturbación inicial conduce a la aparición deentorno de olas. Está provocada por la acción de algún cuerpo extraño, que en física se denomina fuente de onda. Puede ser la mano de una persona que balancea la cuerda o un guijarro arrojado al agua. En el caso de que la acción de la fuente sea de corta duración, a menudo surge una sola ola en el medio. Cuando el "perturbador" hace movimientos vibratorios largos, las ondas comienzan a surgir una tras otra.

Condiciones para la aparición de ondas mecánicas.

No siempre se forman oscilaciones de este tipo.Una condición necesaria para su aparición es la aparición en el momento de la perturbación del medio de las fuerzas que le impiden, en particular, la elasticidad. Tienden a acercar las partículas vecinas cuando divergen y las alejan unas de otras en el momento de la aproximación. Las fuerzas elásticas que actúan sobre partículas distantes de la fuente de perturbación comienzan a desequilibrarlas. Con el tiempo, todas las partículas del medio están involucradas en un movimiento oscilatorio. La propagación de tales vibraciones es una ola.

Ondas mecánicas en un medio elástico

Hay 2 tipos de movimiento en una onda elásticaal mismo tiempo: oscilaciones de partículas y propagación de perturbaciones. Longitudinal es una onda mecánica, cuyas partículas vibran en la dirección de su propagación. La transversal es una onda cuyas partículas del medio vibran en la dirección de su propagación.

Propiedades mecánicas de las ondas

Las perturbaciones en la onda longitudinal sonenrarecimiento y compresión, y en los transversales - desplazamientos (desplazamientos) de algunas capas del medio en relación con otras. La deformación por compresión va acompañada de la aparición de fuerzas elásticas. En este caso, la deformación por cizallamiento está asociada a la aparición de fuerzas elásticas exclusivamente en sólidos. En medios gaseosos y líquidos, el cizallamiento de las capas de estos medios no se acompaña de la aparición de la fuerza anterior. Por sus propiedades, las ondas longitudinales pueden propagarse en cualquier medio y las ondas transversales pueden propagarse exclusivamente en las sólidas.

Características de las ondas en la superficie de los líquidos.

Las ondas en la superficie del líquido no son longitudinales y notransverso. Tienen un carácter más complejo, denominado longitudinal-transversal. En este caso, las partículas de fluido se mueven en círculo o a lo largo de elipses alargadas. Los movimientos circulares de partículas en la superficie de un líquido, y especialmente con grandes vibraciones, van acompañados de su movimiento lento pero continuo en la dirección de propagación de las ondas. Son estas propiedades de las ondas mecánicas en el agua las que determinan la aparición de diversos mariscos en la costa.

Frecuencia de onda mecánica

Si en un medio elástico (líquido, sólido,gaseoso) excitan la vibración de sus partículas, luego debido a la interacción entre ellas, se propagará con una velocidad u. Entonces, si un cuerpo oscilante está en un medio gaseoso o líquido, entonces su movimiento comenzará a transmitirse a todas las partículas adyacentes a él. Involucrarán a otros en el proceso, y así sucesivamente. En este caso, absolutamente todos los puntos del medio comenzarán a vibrar con la misma frecuencia, igual a la frecuencia del cuerpo vibrante. Es la frecuencia de la onda. En otras palabras, esta cantidad se puede caracterizar como la frecuencia de oscilación de puntos en el medio donde se propaga la onda.

Puede que no quede claro de inmediato cómoeste proceso tiene lugar. La transferencia de energía de movimiento vibratorio desde su fuente a la periferia del medio está asociada con ondas mecánicas. En el curso de lo cual, ocurren las llamadas deformaciones periódicas, que son transferidas por la onda de un punto a otro. En este caso, las partículas del medio en sí mismas no se mueven con la onda. Oscilan alrededor de su posición de equilibrio. Es por eso que la propagación de una onda mecánica no va acompañada del traslado de materia de un lugar a otro. Las ondas mecánicas tienen diferentes frecuencias. Por lo tanto, se dividieron en rangos y se creó una escala especial. La frecuencia se mide en hercios (Hz).

Fórmulas basicas

Ondas mecánicas, las fórmulas para calcular québastante simples, son un tema interesante para estudiar. La velocidad de la onda (υ) es la velocidad de movimiento de su frente (el lugar geométrico de todos los puntos a los que ha llegado la oscilación del medio en ese momento):

υ = √G / ρ,

donde ρ es la densidad del medio, G es el módulo de elasticidad.

Al calcular, no confunda la velocidad de la mecánicaondas en un medio con la velocidad de movimiento de las partículas del medio que están involucradas en el proceso ondulatorio. Entonces, por ejemplo, una onda de sonido en el aire se propaga con una velocidad de vibración promedio de sus moléculas de 10 m / s, mientras que la velocidad de una onda de sonido en condiciones normales es de 330 m / s.

El frente de onda es de diferentes tipos, los más simples son:

• Esférico: causado por vibraciones en un medio gaseoso o líquido. En este caso, la amplitud de la onda disminuye con la distancia desde la fuente en proporción inversa al cuadrado de la distancia.

• Plano: representa un plano queperpendicular a la dirección de propagación de la onda. Ocurre, por ejemplo, en un cilindro de pistón cerrado cuando oscila. Una onda plana se caracteriza por una amplitud casi constante. Su leve disminución con la distancia a la fuente de perturbación está asociada con el grado de viscosidad del medio gaseoso o líquido.

Longitud de onda

Se entiende por longitud de onda la distancia a la que se desplazará su frente en un tiempo igual al período de oscilación de las partículas del medio:

λ = υT = υ / v = 2πυ / ω,

donde T es el período de oscilación, υ es la velocidad de la onda, ω es la frecuencia cíclica, ν es la frecuencia de oscilación de los puntos del medio.

Dado que la velocidad de propagación de la mecánicala onda depende completamente de las propiedades del medio, entonces su longitud λ cambia durante la transición de un medio a otro. En este caso, la frecuencia de vibración ν siempre permanece igual. Las ondas mecánicas y electromagnéticas son similares en que cuando se propagan, se transfiere energía, pero no se transfiere materia.