Mehāniskie viļņi: avots, īpašības, formulas

Iedomājieties, kas ir mehānisks vilnis,akmens izmet ūdenī. Rindas, kas tajā parādās un kas ir pārmaiņas depresijas un kores, ir piemērs mehāniskiem viļņiem. Kāda ir viņu būtība? Mehāniskie viļņi ir vibrāciju izplatīšanās process elastīgos materiālos.

Viļņi uz šķidrumu virsmām

Šādi mehāniski viļņi pastāvietekme uz šķidruma starpmolekulārās mijiedarbības spēku daļiņām un gravitāciju. Cilvēki jau sen ir pētījuši šo parādību. Visnozīmīgākās ir okeāna un jūras viļņi. Kad vēja ātrums palielinās, tie mainās, un to augstums palielinās. Arī viļņu forma ir sarežģīta. Okeānā tās var sasniegt biedējošas proporcijas. Viens no ilustratīvākajiem varu piemēriem ir cunami, kas visu iznīcina savā ceļā.

Jūras un okeāna viļņu enerģija

Sasniedzot krastu, jūras viļņi ir asimainās dziļums. Dažreiz tie sasniedz vairāku metru augstumu. Šādos brīžos milzīgās ūdens masas kinētiskā enerģija tiek pārnesta uz piekrastes šķēršļiem, kurus tās ietekmē ātri iznīcina. Sērfošanas spēks dažreiz sasniedz grandiozas vērtības.

Elastīgie viļņi

Mehānikā tiek pētītas ne tikai svārstības.šķidruma virsmu, bet arī tā saucamos elastīgos viļņus. Tie ir traucējumi, kas izplatās dažādās vidēs elastīgo spēku ietekmē. Šāds traucējums ir jebkura dotā vides daļiņu novirze no līdzsvara stāvokļa. Labs elastīgo viļņu piemērs ir garš virves vai gumijas caurule, kas vienā galā ir piestiprināta pie kāda. Ja jūs cieši pievelciet to un pēc tam izveidojat traucējumus sānu asu kustības otrajā (vaļīgajā) galā, jūs varat redzēt, kā tas “iet” pa visu virves garumu līdz atbalstam un atspoguļo atpakaļ.

Mehānisko viļņu avots

Sākotnējais traucējums noved pievidēja viļņa. To izraisa svešas ķermeņa darbība, ko fizikā sauc par viļņa avotu. Viņi var būt cilvēka roku, kas ir satricinājis virvi vai ūdenī izmestu akmeni. Gadījumā, ja avota darbība ir īslaicīga, vidē bieži notiek viens vilnis. Kad "traucētājs" veic ilgu svārstību kustību, viļņi sāk parādīties viens pēc otra.

Mehānisko viļņu rašanās apstākļi

Šādas vibrācijas ne vienmēr veidojas.Nepieciešams priekšnoteikums to izskatu veidošanai ir spēks, kas traucē to spēku, jo īpaši, elastību. Viņi cenšas apvienot kaimiņos esošās daļiņas, kad tās atšķiras, un tuvināt tās viena no otras. Elastības spēki, kas iedarbojas uz daļiņu, kas atrodas tālu no avota, traucējumiem, sāk tos izlīdzināt. Laika gaitā visas barotnes daļiņas ir iesaistītas vienā svārstīgā kustībā. Šādu svārstību izplatība ir vilnis.

Mehāniskie viļņi elastīgā vidē

Elastīgajā vilnī ir 2 kustību veiditajā pašā laikā: daļiņu svārstības un traucējumu izplatīšanās. Garenvirziena vilni sauc par mehānisku vilni, kuras daļiņas svārstās pa tās pavairošanas virzienu. Šķērsvirziens ir vilnis, kura daļiņas svārstās visā tās izplatīšanās virzienā.

Mehānisko viļņu īpašības

Perturbācijas garenvirzienā irretināšanas un saspiešanas, kā arī dažu vidēja slāņu šķērsvirzienu (pārvietojumu) attiecība pret citiem. Kompresijas deformāciju pavada elastīgu spēku parādīšanās. Šajā gadījumā bīdes deformācija ir saistīta ar elastīgu spēku parādīšanos tikai cietās daļās. Gāzveida un šķidrās vidēs šo nesēju slāņu nobīde nav saistīta ar iepriekšminētā spēka izskatu. Pateicoties savām īpašībām, garenvirziena viļņi var izplatīties jebkurā vidē un šķērsvirzienā - tikai cietā veidā.

Viļņu pazīmes uz šķidrumu virsmas

Viļņi uz šķidruma virsmas nav ne gareniski, nešķērsvirzienā. Viņiem ir sarežģītāks, tā sauktais gareniskais-šķērseniskais raksturs. Šajā gadījumā šķidruma daļiņas pārvietojas pa apli vai garenās elipsēs. Daļiņu apļveida kustībām uz šķidruma virsmas, īpaši ar lielām vibrācijām, pavada lēna, bet nepārtraukta kustība viļņu izplatīšanās virzienā. Tieši šīs mehāniskās viļņu īpašības ūdenī izraisa dažādu jūras velšu parādīšanos krastā.

Mehāniskā viļņa frekvence

Если в упругой среде (жидкой, твердой, gāzveida), lai ierosinātu tā daļiņu vibrāciju, tad mijiedarbības dēļ tās izplatīsies ar ātrumu u. Tātad, ja svārstīgais ķermenis atrodas gāzveida vai šķidrā vidē, tad tā kustība sāks pārnest uz visām tai blakus esošajām daļiņām. Viņi procesā iesaistīs šādus pasākumus un tā tālāk. Šajā gadījumā absolūti visi barotnes punkti sāks svārstīties ar tādu pašu frekvenci, kas vienāda ar svārstīgā ķermeņa frekvenci. Viņa ir viļņa frekvence. Citiem vārdiem sakot, šo vērtību var raksturot kā punktu svārstību frekvenci vidē, kurā viļnis izplatās.

Var nebūt uzreiz skaidrs, kāšis process notiek. Vibrācijas enerģijas pārnešana no tās avota uz barotnes perifēriju ir saistīta ar mehāniskiem viļņiem. Tā laikā notiek tā saucamās periodiskās deformācijas, ko vilnis pārnes no viena punkta uz otru. Šajā gadījumā barotnes daļiņas kopā ar vilni nepārvietojas. Viņi svārstās blakus līdzsvara stāvoklim. Tāpēc mehāniskā viļņa izplatīšanās nav saistīta ar matērijas pārvietošanos no vienas vietas uz otru. Mehāniskajiem viļņiem ir dažādas frekvences. Tāpēc tie tika sadalīti diapazonos un izveidoja īpašu skalu. Frekvenci mēra hercos (Hz).

Pamatformulas

Mehāniskie viļņi, kuru aprēķināšanas formulasdiezgan vienkārši, ir interesants objekts, kuru izpētīt. Viļņa ātrums (υ) ir tā priekšējās kustības ātrums (visu to punktu ģeometriskais izvietojums, kuros vide ir sasniegusi pašreizējo vibrāciju):

υ = √G / ρ,

kur ρ ir barotnes blīvums, G ir elastības modulis.

Aprēķinot, nejauciet mehānisko ātrumuviļņi vidē ar barotnes daļiņu ātrumu, kas ir iesaistīts viļņu procesā. Tā, piemēram, skaņas vilnis gaisā izplatās ar vidējo molekulu vibrācijas ātrumu pie 10 m / s, savukārt skaņas viļņa ātrums normālos apstākļos ir 330 m / s.

Viļņu fronte ir dažāda veida, no kurām vienkāršākās ir:

• Sfēriska - ko izraisa vibrācijas gāzveida vai šķidrā vidē. Viļņa amplitūda samazinās līdz attālumam no avota apgriezti proporcionāli attāluma kvadrātam.

• Dzīvoklis - ir plakne, kasperpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam. Tas rodas, piemēram, slēgtā virzuļa cilindrā, kad tas veic svārstīgas kustības. Plaknes vilni raksturo gandrīz nemainīga amplitūda. Tās nenozīmīgais samazinājums līdz ar attālumu no traucējumu avota ir saistīts ar gāzveida vai šķidras vides viskozitātes pakāpi.

Viļņu garums

Ar viļņa garumu mēs domājam attālumu, kādā tā priekšpuse tiks pārvietota laikā, kas vienāds ar barotnes daļiņu svārstību periodu:

λ = υT = υ / v = 2πυ / ω,

kur T ir svārstību periods, υ ir viļņa ātrums, ω ir cikliskā frekvence, ν ir vidējā punkta svārstību frekvence.

Kopš mehāniskā izplatīšanās ātrumavilnis ir pilnībā atkarīgs no barotnes īpašībām, tad mainās tā garums λ pārejas laikā no vienas barotnes uz otru. Šajā gadījumā svārstību frekvence ν vienmēr paliek nemainīga. Mehāniskie un elektromagnētiskie viļņi ir līdzīgi, jo, kad tie izplatās, enerģija tiek nodota, bet matērija netiek nodota.