Topik kodifier USE: gelombang mekanik, panjang gelombang, suara.

gelombang mekanik - ini adalah proses propagasi dalam ruang osilasi partikel medium elastis (padat, cair atau gas).

Kehadiran sifat elastis dalam medium adalah kondisi yang diperlukan untuk perambatan gelombang: deformasi yang terjadi di setiap tempat, karena interaksi partikel tetangga, secara berurutan dipindahkan dari satu titik medium ke titik lainnya. Berbagai jenis deformasi akan sesuai dengan berbagai jenis gelombang.

Gelombang longitudinal dan transversal.

Gelombang disebut membujur, jika partikel medium berosilasi sejajar dengan arah rambat gelombang. Gelombang longitudinal terdiri dari regangan tarik dan tekan yang berselang-seling. pada gambar. 1 menunjukkan gelombang longitudinal, yang merupakan osilasi lapisan datar medium; arah di mana lapisan berosilasi bertepatan dengan arah rambat gelombang (yaitu, tegak lurus terhadap lapisan).

Gelombang disebut transversal jika partikel-partikel mediumnya berosilasi tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang transversal disebabkan oleh deformasi geser dari satu lapisan media relatif terhadap yang lain. pada gambar. 2, setiap lapisan berosilasi sepanjang dirinya sendiri, dan gelombang merambat tegak lurus terhadap lapisan.

Gelombang longitudinal dapat merambat dalam padatan, cairan dan gas: di semua media ini, reaksi elastis terhadap kompresi terjadi, akibatnya akan ada kompresi dan penghalusan yang berjalan satu demi satu.

Namun, cairan dan gas, tidak seperti padatan, tidak memiliki elastisitas sehubungan dengan geser lapisan. Oleh karena itu, gelombang transversal dapat merambat dalam zat padat, tetapi tidak dapat merambat di dalam zat cair dan gas*.

Penting untuk dicatat bahwa selama perjalanan gelombang, partikel-partikel medium berosilasi di dekat posisi kesetimbangan konstan, yaitu, rata-rata, tetap di tempatnya. Gelombang demikian
transfer energi tanpa transfer materi.

Yang paling mudah dipelajari gelombang harmonik. Mereka disebabkan oleh pengaruh eksternal pada lingkungan, berubah sesuai dengan hukum harmonik. Ketika gelombang harmonik merambat, partikel-partikel medium melakukan osilasi harmonik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi aksi eksternal. Di masa depan, kami akan membatasi diri pada gelombang harmonik.

Mari kita pertimbangkan proses perambatan gelombang secara lebih rinci. Mari kita asumsikan bahwa beberapa partikel medium (partikel) mulai berosilasi dengan periode. Bekerja pada partikel tetangga, itu akan menariknya bersamanya. Partikel, pada gilirannya, akan menarik partikel bersamanya, dll. Dengan demikian, akan muncul gelombang di mana semua partikel akan berosilasi dengan periode.

Namun, partikel memiliki massa, yaitu, mereka memiliki inersia. Butuh beberapa waktu untuk mengubah kecepatan mereka. Akibatnya, partikel dalam gerakannya akan agak tertinggal di belakang partikel, partikel akan tertinggal di belakang partikel, dll. Ketika partikel menyelesaikan osilasi pertama setelah beberapa waktu dan memulai yang kedua, partikel, terletak pada jarak tertentu dari partikel. , akan memulai osilasi pertamanya.

Jadi, untuk waktu yang sama dengan periode osilasi partikel, gangguan medium merambat melalui jarak . Jarak ini disebut panjang gelombang. Osilasi partikel akan identik dengan osilasi partikel, osilasi partikel berikutnya akan identik dengan osilasi partikel, dll. Osilasi, seolah-olah, mereproduksi diri mereka sendiri pada jarak tertentu dapat disebut periode osilasi spasial; bersama dengan periode waktu, itu adalah karakteristik paling penting dari proses gelombang. Dalam gelombang longitudinal, panjang gelombang sama dengan jarak antara kompresi atau penghalusan yang berdekatan (Gbr. 1). Di melintang - jarak antara punuk atau lekukan yang berdekatan (Gbr. 2). Secara umum, panjang gelombang sama dengan jarak (sepanjang arah rambat gelombang) antara dua partikel terdekat dari medium yang berosilasi dengan cara yang sama (yaitu, dengan beda fase sama dengan ).

Kecepatan rambat gelombang adalah rasio panjang gelombang dengan periode osilasi partikel medium:

Frekuensi gelombang adalah frekuensi osilasi partikel:

Dari sini kita mendapatkan hubungan cepat rambat gelombang, panjang gelombang dan frekuensi:

. (1)

Suara.

gelombang suara dalam arti luas, setiap gelombang yang merambat dalam media elastis disebut. Dalam arti sempit suara disebut gelombang suara dalam rentang frekuensi dari 16 Hz sampai 20 kHz, dirasakan oleh telinga manusia. Di bawah kisaran ini adalah area infrasonik, di atas - daerah USG.

Ciri-ciri utama bunyi adalah volume dan tinggi.
Kenyaringan suara ditentukan oleh amplitudo fluktuasi tekanan dalam gelombang suara dan diukur dalam unit khusus - desibel(dB). Jadi, volume 0 dB adalah ambang batas pendengaran, 10 dB adalah detak jam, 50 dB adalah percakapan normal, 80 dB adalah teriakan, 130 dB adalah batas atas kemampuan mendengar (yang disebut ambang nyeri).

Nada - ini adalah suara yang dihasilkan tubuh, membuat getaran harmonik (misalnya, garpu tala atau senar). Pitch ditentukan oleh frekuensi osilasi ini: semakin tinggi frekuensinya, semakin tinggi bunyinya bagi kita. Jadi, dengan menarik tali, kami meningkatkan frekuensi osilasinya dan, karenanya, nadanya.

Kecepatan suara di media yang berbeda berbeda: semakin elastis media, semakin cepat suara merambat di dalamnya. Dalam cairan, kecepatan suara lebih besar dari pada gas, dan pada padatan lebih besar dari pada cairan.
Misalnya, kecepatan suara di udara kira-kira 340 m / s (lebih mudah untuk mengingatnya sebagai "sepertiga kilometer per detik") *. Di air, suara merambat dengan kecepatan sekitar 1500 m/s, dan di baja - sekitar 5000 m/s.
perhatikan itu frekuensi suara dari sumber tertentu di semua media adalah sama: partikel media membuat osilasi paksa dengan frekuensi sumber suara. Menurut rumus (1), kita kemudian menyimpulkan bahwa ketika berpindah dari satu medium ke medium lain, seiring dengan kecepatan suara, panjang gelombang suara berubah.

proses gelombang- proses transfer energi tanpa transfer materi.

gelombang mekanik- gangguan merambat dalam media elastis.

Kehadiran media elastis adalah kondisi yang diperlukan untuk perambatan gelombang mekanik.

Perpindahan energi dan momentum dalam medium terjadi sebagai akibat interaksi antar partikel medium yang bertetangga.

Gelombang bersifat longitudinal dan transversal.

Gelombang mekanik longitudinal - gelombang di mana pergerakan partikel medium terjadi dalam arah rambat gelombang. Gelombang mekanik transversal - gelombang di mana partikel medium bergerak tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Gelombang longitudinal dapat merambat di media apapun. Gelombang transversal tidak terjadi pada gas dan cairan, karena

tidak ada posisi partikel yang tetap.

Tindakan eksternal periodik menyebabkan gelombang periodik.

gelombang harmonik- gelombang yang dihasilkan oleh getaran harmonik partikel medium.

panjang gelombang- jarak di mana gelombang merambat selama periode osilasi dari sumbernya:

kecepatan gelombang mekanik- kecepatan propagasi gangguan dalam medium. Polarisasi adalah urutan arah osilasi partikel dalam medium.

Bidang polarisasi- bidang di mana partikel-partikel medium bergetar dalam gelombang. Gelombang mekanik terpolarisasi linier adalah gelombang yang partikelnya berosilasi sepanjang arah (garis) tertentu.

Polarizer- perangkat yang memancarkan gelombang polarisasi tertentu.

gelombang berdiri- gelombang yang terbentuk sebagai hasil dari superposisi dua gelombang harmonik yang merambat satu sama lain dan memiliki periode, amplitudo, dan polarisasi yang sama.

Antinode dari gelombang berdiri- posisi titik dengan amplitudo maksimum osilasi.

Simpul gelombang berdiri- titik gelombang yang tidak bergerak, amplitudo osilasinya sama dengan nol.

Pada panjang l dari string yang dipasang pada ujungnya, sebuah bilangan bulat n setengah gelombang dari gelombang berdiri transversal cocok:

Gelombang seperti itu disebut mode osilasi.

Modus osilasi untuk bilangan bulat sembarang n > 1 disebut harmonik ke-n atau nada atas ke-n. Modus osilasi untuk n = 1 disebut modus osilasi harmonik pertama atau fundamental. Gelombang suara adalah gelombang elastis dalam medium yang menimbulkan sensasi pendengaran pada seseorang.

Frekuensi osilasi yang sesuai dengan gelombang suara terletak pada kisaran dari 16 Hz hingga 20 kHz.

Kecepatan rambat gelombang suara ditentukan oleh laju transfer interaksi antar partikel. Laju suara dalam zat padat v p, sebagai suatu peraturan, lebih besar daripada kecepatan suara dalam zat cair v l, yang, pada gilirannya, melebihi kecepatan suara dalam gas v g.

Sinyal suara diklasifikasikan berdasarkan nada, timbre dan kenyaringan. Nada suara ditentukan oleh frekuensi sumber getaran suara. Semakin tinggi frekuensi osilasi, semakin tinggi suara; getaran frekuensi rendah sesuai dengan suara rendah. Timbre bunyi ditentukan oleh bentuk getaran bunyi. Perbedaan bentuk getaran yang memiliki periode yang sama dikaitkan dengan amplitudo relatif yang berbeda dari mode dasar dan nada atas. Volume bunyi dicirikan oleh tingkat intensitas bunyi. Intensitas suara - energi gelombang suara yang datang pada area 1 m 2 dalam 1 s.

Ombak. Sifat umum gelombang.

Melambai - ini adalah fenomena perambatan dalam ruang dari waktu ke waktu dari perubahan (gangguan) dari kuantitas fisik yang membawa energi bersamanya.

Terlepas dari sifat gelombang, transfer energi terjadi tanpa transfer materi; yang terakhir hanya dapat terjadi sebagai efek samping. Transfer energi- perbedaan mendasar antara gelombang dan osilasi, di mana hanya transformasi energi "lokal" yang terjadi. Gelombang, sebagai suatu peraturan, dapat menempuh jarak yang cukup jauh dari tempat asalnya. Untuk alasan ini, gelombang kadang-kadang disebut sebagai " getaran terlepas dari emitor».

Gelombang dapat diklasifikasikan

Secara alami:

Gelombang elastis - gelombang merambat dalam media cair, padat dan gas karena aksi gaya elastis.

Gelombang elektromagnetik- merambat dalam gangguan ruang (perubahan keadaan) medan elektromagnetik.

Gelombang pada permukaan zat cair- nama konvensional untuk berbagai gelombang yang terjadi pada antarmuka antara cairan dan gas atau cairan dan cairan. Gelombang di air berbeda dalam mekanisme dasar osilasi (kapiler, gravitasi, dll.), yang mengarah ke hukum dispersi yang berbeda dan, sebagai akibatnya, perilaku gelombang ini berbeda.

Sehubungan dengan arah osilasi partikel medium:

Gelombang memanjang - partikel medium berosilasi paralel dalam arah perambatan gelombang (seperti, misalnya, dalam kasus perambatan suara).

Gelombang transversal - partikel medium berosilasi tegak lurus arah rambat gelombang (gelombang elektromagnetik, gelombang pada permukaan separasi media).

a - melintang; b - memanjang.

gelombang campuran.

Menurut geometri muka gelombang:

Permukaan gelombang (depan gelombang) adalah tempat kedudukan titik-titik di mana gangguan telah mencapai momen tertentu dalam waktu. Dalam medium isotropik homogen, kecepatan rambat gelombang adalah sama ke segala arah, yang berarti bahwa semua titik bagian depan berosilasi dalam fase yang sama, bagian depan tegak lurus dengan arah rambat gelombang, dan nilai-nilai osilasi kuantitas di semua titik di depan adalah sama.

datar bidang gelombang - fasa tegak lurus terhadap arah rambat gelombang dan sejajar satu sama lain.

bulat gelombang - permukaan fase yang sama adalah bola.

Berbentuk silinder gelombang - permukaan fase menyerupai silinder.

Spiral gelombang - terbentuk jika sumber / sumber gelombang berbentuk bola atau silinder dalam proses radiasi bergerak sepanjang kurva tertutup tertentu.

gelombang pesawat

Gelombang disebut datar jika permukaan gelombangnya adalah bidang yang sejajar satu sama lain, tegak lurus terhadap kecepatan fase gelombang. = f(x, t)).

Mari kita perhatikan gelombang sinusoidal bidang monokromatik (frekuensi tunggal) yang merambat dalam media homogen tanpa redaman sepanjang sumbu X.

,di mana

Kecepatan fase gelombang adalah kecepatan permukaan gelombang (depan),

- amplitudo gelombang - modul deviasi maksimum dari nilai yang berubah dari posisi keseimbangan,

– frekuensi siklik, T – periode osilasi, – frekuensi gelombang (mirip dengan osilasi)

k - bilangan gelombang, memiliki arti frekuensi spasial,

Ciri lain dari gelombang adalah panjang gelombang m, ini adalah jarak yang ditempuh gelombang selama satu periode osilasi, memiliki arti periode spasial, ini adalah jarak terpendek antara titik-titik yang berosilasi dalam satu fase.

kamu

Panjang gelombang terkait dengan bilangan gelombang dengan relasi , yang mirip dengan relasi waktu

Bilangan gelombang berhubungan dengan frekuensi siklik dan kecepatan rambat gelombang

x
kamu
kamu

Angka-angka menunjukkan osilogram (a) dan potret (b) gelombang dengan periode waktu dan ruang yang ditunjukkan. Tidak seperti osilasi stasioner, gelombang memiliki dua karakteristik utama: periodisitas temporal dan periodisitas spasial.

Sifat umum gelombang:

1. 
   Gelombang membawa energi.

Intensitas gelombang adalah energi rata-rata waktu yang dipindahkan gelombang elektromagnetik atau suara per satuan waktu melalui satuan luas permukaan yang terletak tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Intensitas gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudonya I=W/t∙S, di mana W adalah energi, t adalah waktu, S adalah luas muka. I=[W/m2]. Juga, intensitas gelombang apa pun dapat ditentukan oleh I = wv, di mana v adalah kecepatan rambat gelombang (grup).

2. Gelombang memberikan tekanan pada benda (memiliki momentum).

3. Cepat rambat gelombang dalam suatu medium bergantung pada frekuensi dispersi gelombang, sehingga gelombang dengan frekuensi yang berbeda merambat dalam medium yang sama dengan kecepatan yang berbeda (kecepatan fase).

4. Gelombang membelok di sekitar rintangan - difraksi.

Difraksi terjadi ketika ukuran penghalang sebanding dengan panjang gelombang.

5. Pada antarmuka antara dua media, gelombang dipantulkan dan dibiaskan.

Sudut datang sama dengan sudut pantul, dan rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah nilai konstan untuk kedua media ini.

6. Ketika gelombang koheren ditumpangkan (perbedaan fase gelombang ini pada setiap titik konstan dalam waktu), mereka berinterferensi - pola interferensi minimal dan maksimal yang stabil terbentuk.

Gelombang dan sumber yang membangkitkannya disebut koheren jika beda fase gelombang tidak bergantung pada waktu. Gelombang dan sumber yang membangkitkan mereka disebut tidak koheren jika perbedaan fase gelombang berubah dengan waktu.

Hanya gelombang dengan frekuensi yang sama, di mana osilasi terjadi di sepanjang arah yang sama (yaitu, gelombang koheren), yang dapat berinterferensi. Interferensi dapat berupa stasioner atau non-stasioner. Hanya gelombang koheren yang dapat memberikan pola interferensi stasioner. Misalnya, dua gelombang bola di permukaan air, merambat dari dua sumber titik yang koheren, akan menghasilkan gelombang yang dihasilkan pada interferensi. Bagian depan gelombang yang dihasilkan akan menjadi bola.

Ketika gelombang berinterferensi, energinya tidak bertambah. Interferensi gelombang menyebabkan redistribusi energi osilasi antara berbagai partikel medium yang berjarak dekat. Ini tidak bertentangan dengan hukum kekekalan energi karena, rata-rata, untuk wilayah ruang yang luas, energi gelombang yang dihasilkan sama dengan jumlah energi gelombang interferensi.

Ketika gelombang yang tidak koheren ditumpangkan, nilai rata-rata amplitudo kuadrat dari gelombang yang dihasilkan sama dengan jumlah amplitudo kuadrat dari gelombang yang ditumpangkan. Energi osilasi yang dihasilkan dari setiap titik medium sama dengan jumlah energi osilasinya, karena semua gelombang tidak koheren secara terpisah.

7. Gelombang diserap oleh medium. Dengan jarak dari sumber, amplitudo gelombang berkurang, karena energi gelombang sebagian ditransfer ke medium.

8. Gelombang dihamburkan dalam medium yang tidak homogen.

Hamburan - gangguan medan gelombang yang disebabkan oleh ketidakhomogenan medium dan objek hamburan yang ditempatkan dalam medium ini. Intensitas hamburan tergantung pada ukuran ketidakhomogenan dan frekuensi gelombang.

gelombang mekanik. Suara. Karakteristik suara .

Melambai- gangguan menyebar di ruang angkasa.

Sifat umum gelombang:

• 
  membawa energi;
• 
  memiliki momentum (memberi tekanan pada tubuh);
• 
  pada batas dua media mereka dipantulkan dan dibiaskan;
• 
  diserap oleh lingkungan;
• 
  difraksi;
• 
  gangguan;
• 
  penyebaran;
• 
  Cepat rambat gelombang bergantung pada medium yang dilalui gelombang.

1. 
   Gelombang mekanik (elastis).

Jika di suatu tempat dalam medium elastis (padat, cair atau gas) osilasi partikel tereksitasi, maka karena interaksi atom dan molekul medium, osilasi mulai ditransmisikan dari satu titik ke titik lain dengan kecepatan terbatas tergantung pada densitas dan sifat elastis medium. Fenomena ini disebut gelombang mekanik atau elastis. Perhatikan bahwa gelombang mekanik tidak dapat merambat dalam ruang hampa.

Kasus khusus gelombang mekanik - gelombang pada permukaan zat cair, gelombang yang timbul dan merambat di sepanjang permukaan bebas zat cair atau pada antarmuka antara dua zat cair yang tidak saling bercampur. Mereka terbentuk di bawah pengaruh pengaruh eksternal, sebagai akibatnya permukaan cairan dikeluarkan dari keadaan setimbang. Dalam hal ini, gaya muncul yang mengembalikan keseimbangan: gaya tegangan permukaan dan gravitasi.

Gelombang mekanik terdiri dari dua jenis:

Gelombang longitudinal disertai dengan regangan tarik dan tekan dapat merambat di media elastis apa pun: gas, cairan, dan padatan. Gelombang transversal merambat di media di mana gaya elastis muncul selama deformasi geser, yaitu, dalam padatan.

Yang cukup menarik untuk latihan adalah gelombang harmonik atau sinusoidal sederhana. Persamaan gelombang sinus bidang adalah:

- disebut nomor gelombang ,

– frekuensi melingkar ,

TETAPI - amplitudo osilasi partikel.

Gambar menunjukkan "potret" gelombang transversal pada dua titik waktu: t dan t + t. Selama waktu t, gelombang bergerak sepanjang sumbu OX sejauh t. Gelombang seperti ini disebut gelombang berjalan.

Panjang gelombang adalah jarak antara dua titik yang berdekatan pada sumbu OX, berosilasi dalam fase yang sama. Jarak yang sama dengan panjang gelombang , gelombang berjalan selama periode T, oleh karena itu,

= T, di mana adalah kecepatan rambat gelombang.

Untuk setiap titik yang dipilih pada grafik proses gelombang (misalnya, untuk titik A), koordinat x dari titik ini berubah seiring waktu t, dan nilai ekspresi t – kx tidak berubah. Setelah selang waktu t, titik A akan bergerak sepanjang sumbu OX untuk jarak tertentu x = t. Karena itu: t – kx = (t + t) – k(x + x) = konstanta atau t = kΔx.

Ini menyiratkan:

Jadi, gelombang sinusoidal berjalan memiliki periodisitas ganda - dalam ruang dan waktu. Periode waktu sama dengan periode osilasi T partikel medium, periode spasial sama dengan panjang gelombang . Bilangan gelombang adalah analog spasial dari frekuensi melingkar.

1. 
   Suara.

Suara- ini adalah getaran mekanis yang merambat dalam media elastis - gas, cairan dan padatan, dirasakan oleh organ pendengaran. Bunyi merupakan gelombang dengan intensitas yang cukup rendah.Rentang frekuensi bunyi yang dapat didengar terletak pada kisaran kira-kira 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Gelombang dengan frekuensi kurang dari 20 Hz disebut infrasonik, dan dengan frekuensi lebih dari 20 kHz - USG. Gelombang dengan frekuensi dari sampai Hz disebut hipersonik. Cabang fisika yang mempelajari fenomena bunyi disebut akustik.

Setiap proses osilasi dijelaskan oleh sebuah persamaan. Itu juga diturunkan untuk getaran suara:

Sifat dasar gelombang bunyi

Persepsi subjektif dari suara (volume, nada, timbre)

Ciri-ciri fisik objektif bunyi (kecepatan, intensitas, spektrum)

Kecepatan suara dalam media gas dihitung dengan rumus:

- kompresibilitas media adiabatik,

- kepadatan.

1. 
   Menerapkan suara

Hewan terkenal yang memiliki kemampuan ekolokasi adalah kelelawar dan lumba-lumba. Dalam hal kesempurnaan mereka, ekolokasi hewan-hewan ini tidak kalah, tetapi dalam banyak hal mereka melampaui (dalam hal keandalan, akurasi, efisiensi energi) ekolokasi modern buatan manusia.

Sonar yang digunakan di bawah air disebut sonar atau sonar (nama sonar dibentuk dari huruf awal tiga kata bahasa Inggris: sound - sound; navigation - navigation; range - range). Sonar sangat diperlukan untuk mempelajari dasar laut (profilnya, kedalamannya), untuk mendeteksi dan mempelajari berbagai objek yang bergerak jauh di bawah air. Dengan bantuan mereka, objek atau hewan besar individu, serta kawanan ikan kecil atau moluska, dapat dengan mudah dideteksi.

Gelombang frekuensi ultrasonik banyak digunakan dalam pengobatan untuk tujuan diagnostik. Pemindai ultrasound memungkinkan Anda memeriksa organ dalam seseorang. Radiasi ultrasonik kurang berbahaya bagi manusia daripada sinar-x.

Gelombang elektromagnetik.

Properti mereka.

gelombang elektromagnetik adalah medan elektromagnetik yang merambat di ruang dari waktu ke waktu.

Gelombang elektromagnetik hanya dapat dieksitasi dengan muatan yang bergerak cepat.

Keberadaan gelombang elektromagnetik secara teoritis diprediksi oleh fisikawan besar Inggris J. Maxwell pada tahun 1864. Dia mengusulkan interpretasi baru dari hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik dan mengembangkan idenya lebih lanjut.

Setiap perubahan medan magnet menghasilkan pusaran medan listrik di ruang sekitarnya, medan listrik yang berubah-ubah waktu menghasilkan medan magnet di ruang sekitarnya.

Gambar 1. Medan listrik bolak-balik menghasilkan medan magnet bolak-balik dan sebaliknya

Sifat-sifat gelombang elektromagnetik berdasarkan teori Maxwell:

Gelombang elektromagnetik melintang – vektor dan saling tegak lurus dan terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat.

Gambar 2. Perambatan gelombang elektromagnetik

Medan listrik dan medan magnet dalam gelombang berjalan berubah dalam satu fase.

Vektor-vektor dalam gelombang elektromagnetik yang merambat membentuk apa yang disebut vektor triplet kanan.

Osilasi dari vektor dan terjadi dalam fase: pada saat yang sama, pada satu titik dalam ruang, proyeksi kekuatan medan listrik dan magnet mencapai maksimum, minimum, atau nol.

Gelombang elektromagnetik merambat dalam materi dengan kecepatan akhir

Di mana - permeabilitas dielektrik dan magnetik medium (kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam medium tergantung pada mereka),

Konstanta listrik dan magnet.

Kecepatan gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa

Kerapatan fluks energi elektromagnetik atauintensitas J disebut energi elektromagnetik yang dibawa oleh gelombang per satuan waktu melalui permukaan suatu satuan luas:

,

Mengganti di sini ekspresi untuk , dan , dan dengan mempertimbangkan kesetaraan kerapatan energi volumetrik medan listrik dan magnet dalam gelombang elektromagnetik, kita dapat memperoleh:

Gelombang elektromagnetik dapat terpolarisasi.

Demikian juga, gelombang elektromagnetik memiliki semua sifat dasar gelombang : mereka membawa energi, memiliki momentum, mereka dipantulkan dan dibiaskan pada antarmuka antara dua media, diserap oleh media, menunjukkan sifat dispersi, difraksi dan interferensi.

Eksperimen Hertz (eksperimen deteksi gelombang elektromagnetik)

Untuk pertama kalinya, gelombang elektromagnetik dipelajari secara eksperimental

Hertz pada tahun 1888. Dia mengembangkan desain generator osilasi elektromagnetik (vibrator Hertz) yang sukses dan metode untuk mendeteksinya dengan metode resonansi.

Vibrator terdiri dari dua konduktor linier, di ujungnya ada bola logam yang membentuk celah percikan. Ketika tegangan tinggi diterapkan dari induksi ke bangkai, percikan melompat di celah, itu memperpendek celah. Selama pembakarannya, sejumlah besar osilasi terjadi di sirkuit. Penerima (resonator) terdiri dari kawat dengan celah percikan. Kehadiran resonansi dinyatakan dalam munculnya bunga api di celah percikan resonator sebagai respons terhadap percikan yang timbul di vibrator.

Dengan demikian, eksperimen Hertz memberikan dasar yang kuat bagi teori Maxwell. Gelombang elektromagnetik yang diprediksi oleh Maxwell ternyata bisa diwujudkan dalam praktik.

PRINSIP-PRINSIP KOMUNIKASI RADIO

Komunikasi radio transmisi dan penerimaan informasi menggunakan gelombang radio.

Pada 24 Maret 1896, pada pertemuan Departemen Fisika Masyarakat Fisika dan Kimia Rusia, Popov, menggunakan instrumennya, dengan jelas menunjukkan transmisi sinyal pada jarak 250 m, mentransmisikan radiogram dua kata pertama di dunia "Heinrich Hertz".

SKEMA PENERIMA A.S. POPOV

Popov menggunakan komunikasi telegraf radio (transmisi sinyal dengan durasi berbeda), komunikasi semacam itu hanya dapat dilakukan dengan menggunakan kode. Pemancar percikan dengan vibrator Hertz digunakan sebagai sumber gelombang radio, dan koherer berfungsi sebagai penerima, tabung gelas dengan serbuk logam, yang resistansinya, ketika gelombang elektromagnetik mengenainya, turun ratusan kali. Untuk meningkatkan sensitivitas koherer, salah satu ujungnya dibumikan, dan ujung lainnya dihubungkan ke kabel yang diangkat di atas Bumi, panjang total antena adalah seperempat panjang gelombang. Sinyal pemancar percikan meluruh dengan cepat dan tidak dapat ditransmisikan dalam jarak jauh.

Komunikasi radiotelepon (bicara dan musik) menggunakan sinyal termodulasi frekuensi tinggi. Sinyal frekuensi rendah (suara) membawa informasi, tetapi praktis tidak dipancarkan, dan sinyal frekuensi tinggi dipancarkan dengan baik, tetapi tidak membawa informasi. Modulasi digunakan untuk komunikasi radiotelepon.

Modulasi - proses membangun korespondensi antara parameter sinyal HF dan LF.

Dalam teknik radio, beberapa jenis modulasi digunakan: amplitudo, frekuensi, fase.

Modulasi amplitudo - perubahan amplitudo osilasi (listrik, mekanik, dll.), Terjadi pada frekuensi yang jauh lebih rendah daripada frekuensi osilasi itu sendiri.

Osilasi harmonik frekuensi tinggi dimodulasi amplitudonya oleh osilasi harmonik frekuensi rendah (τ = 1/Ω adalah periodenya), t adalah waktu, A adalah amplitudo osilasi frekuensi tinggi, T adalah periodenya.

Skema komunikasi radio menggunakan sinyal AM

Osilator AM

Amplitudo sinyal RF berubah sesuai dengan amplitudo sinyal LF, kemudian sinyal termodulasi dipancarkan oleh antena pemancar.

Di penerima radio, antena penerima mengambil gelombang radio, di sirkuit osilasi, karena resonansi, sinyal yang disetel sirkuit (frekuensi pembawa stasiun pemancar) dipilih dan diperkuat, kemudian komponen frekuensi rendah sinyal harus dipilih.

Radio pendeteksi

Deteksi – proses pengubahan sinyal frekuensi tinggi menjadi sinyal frekuensi rendah. Sinyal yang diterima setelah deteksi sesuai dengan sinyal suara yang bekerja pada mikrofon pemancar. Setelah amplifikasi, getaran frekuensi rendah dapat diubah menjadi suara.

Detektor (demodulator)

Dioda digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik

a) sinyal AM, b) sinyal yang terdeteksi

RADAR

Pendeteksian dan penentuan secara tepat letak benda dan kecepatan geraknya menggunakan gelombang radio disebut radar . Prinsip radar didasarkan pada sifat pantulan gelombang elektromagnetik dari logam.

1 - antena berputar; 2 - sakelar antena; 3 - pemancar; 4 - penerima; 5 - pemindai; 6 - indikator jarak; 7 - indikator arah.

Untuk radar, gelombang radio frekuensi tinggi (VHF) digunakan, dengan bantuannya sinar terarah mudah dibentuk dan daya radiasinya tinggi. Dalam rentang meter dan desimeter - sistem kisi vibrator, dalam rentang sentimeter dan milimeter - pemancar parabola. Lokasi dapat dilakukan baik dalam mode terus menerus (untuk mendeteksi target) dan dalam mode berdenyut (untuk menentukan kecepatan suatu objek).

Area penerapan radar:

• 
  Penerbangan, astronotika, angkatan laut: keselamatan lalu lintas kapal dalam segala cuaca dan setiap saat sepanjang hari, pencegahan tabrakan, keselamatan lepas landas, dll. pendaratan pesawat.
• 
  Warfare: deteksi tepat waktu pesawat atau rudal musuh, penyesuaian otomatis tembakan anti-pesawat.
• 
  Radar planet: mengukur jarak ke mereka, menentukan parameter orbitnya, menentukan periode rotasi, mengamati topografi permukaan. Di bekas Uni Soviet (1961) - radar Venus, Merkurius, Mars, Jupiter. Di AS dan Hongaria (1946) - percobaan menerima sinyal yang dipantulkan dari permukaan bulan.

SEBUAH TELEVISI

Skema telekomunikasi pada dasarnya berhimpitan dengan skema komunikasi radio. Perbedaannya adalah, selain sinyal suara, sinyal gambar dan kontrol (perubahan garis dan perubahan bingkai) ditransmisikan untuk menyinkronkan operasi pemancar dan penerima. Di pemancar, sinyal-sinyal ini dimodulasi dan ditransmisikan, di penerima mereka diambil oleh antena dan diproses, masing-masing di jalurnya sendiri.

Pertimbangkan salah satu skema yang mungkin untuk mengubah gambar menjadi osilasi elektromagnetik menggunakan ikonoskop:

Dengan bantuan sistem optik, gambar diproyeksikan ke layar mosaik, karena efek fotolistrik, sel layar memperoleh muatan positif yang berbeda. Pistol elektron menghasilkan berkas elektron yang bergerak melintasi layar, mengeluarkan sel bermuatan positif. Karena setiap sel adalah kapasitor, perubahan muatan menyebabkan munculnya tegangan yang berubah - osilasi elektromagnetik. Sinyal tersebut kemudian diperkuat dan dimasukkan ke dalam perangkat modulasi. Dalam kineskop, sinyal video diubah kembali menjadi gambar (dengan cara yang berbeda, tergantung pada prinsip pengoperasian kineskop).

Karena sinyal televisi membawa lebih banyak informasi daripada radio, pekerjaan dilakukan pada frekuensi tinggi (meter, desimeter).

Perambatan gelombang radio.
Gelombang radio - adalah gelombang elektromagnetik dalam jangkauan (10 4

Setiap bagian dari rentang ini diterapkan di mana kelebihannya dapat digunakan dengan sebaik-baiknya. Gelombang radio dari rentang yang berbeda merambat pada jarak yang berbeda. Perambatan gelombang radio tergantung pada sifat-sifat atmosfer. Permukaan bumi, troposfer dan ionosfer juga memiliki pengaruh yang kuat terhadap perambatan gelombang radio.

Perambatan gelombang radio- ini adalah proses transmisi osilasi elektromagnetik dari jangkauan radio di ruang angkasa dari satu tempat ke tempat lain, khususnya dari pemancar ke penerima.
Gelombang frekuensi yang berbeda berperilaku berbeda. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci fitur perambatan gelombang panjang, sedang, pendek dan ultrapendek.
Perambatan gelombang panjang.

Gelombang panjang (>1000 m) merambat:

• 
  Pada jarak hingga 1-2 ribu km karena difraksi pada permukaan bola Bumi. Mampu mengelilingi dunia (Gambar 1). Kemudian propagasi mereka terjadi karena aksi pemandu dari pandu gelombang bola, tanpa dipantulkan.

Beras. satu

Kualitas koneksi:

stabilitas penerimaan. Kualitas penerimaan tidak tergantung pada waktu hari, tahun, kondisi cuaca.

Kekurangan:

Karena daya serap gelombang yang kuat saat merambat di atas permukaan bumi, diperlukan antena besar dan pemancar yang kuat.

Pelepasan atmosfer (petir) mengganggu.

Penggunaan:

• 
  Jangkauan ini digunakan untuk siaran radio, untuk telegrafi radio, layanan navigasi radio dan untuk komunikasi dengan kapal selam.
• 
  Ada sejumlah kecil stasiun radio yang mentransmisikan sinyal waktu dan laporan meteorologi yang akurat.

Perambatan gelombang sedang

Gelombang sedang ( =100..1000 m) merambat:

• 
  Seperti gelombang panjang, mereka mampu menekuk di sekitar permukaan bumi.
• 
  Seperti gelombang pendek, mereka juga dapat berulang kali dipantulkan dari ionosfer.

Pada jarak yang jauh dari pemancar, penerimaan mungkin buruk pada siang hari, tetapi penerimaan meningkat pada malam hari. Kekuatan resepsi juga tergantung pada waktu dalam setahun. Jadi, pada siang hari mereka menyebar sependek, dan pada malam hari - selama.

Kualitas koneksi:

• 
  Jangkauan komunikasi pendek. Stasiun gelombang menengah terdengar dalam jarak seribu kilometer. Tetapi ada tingkat gangguan atmosfer dan industri yang tinggi.

Penggunaan:

• 
  Digunakan untuk komunikasi resmi dan amatir, serta terutama untuk penyiaran.

menyebarpendek ombak

Gelombang pendek (=10..100 m) merambat:

• 
  Berulang kali dipantulkan dari ionosfer dan permukaan bumi (Gbr. 2)

Kualitas koneksi:

Kualitas penerimaan pada gelombang pendek sangat tergantung pada berbagai proses di ionosfer yang terkait dengan tingkat aktivitas matahari, waktu dalam setahun dan waktu dalam sehari. Tidak diperlukan pemancar daya tinggi. Untuk komunikasi antara stasiun bumi dan pesawat ruang angkasa, mereka tidak cocok, karena mereka tidak melewati ionosfer.

Penggunaan:

• 
  Untuk komunikasi jarak jauh. Untuk televisi, siaran radio dan komunikasi radio dengan benda bergerak. Ada telegraf departemen dan stasiun radio telepon. Rentang ini adalah yang paling "berpenduduk".

Distribusi ultrashortombak

Gelombang ultrashort (

• 
  Terkadang mereka dapat dipantulkan dari awan, satelit buatan bumi, atau bahkan dari bulan. Dalam hal ini, jangkauan komunikasi mungkin sedikit meningkat.

Kualitas koneksi:

Penerimaan gelombang ultrashort ditandai dengan keteguhan audibilitas, tidak adanya fading, serta pengurangan berbagai interferensi.

Komunikasi pada gelombang ini hanya dimungkinkan pada jarak saling berhadapan L(Gbr. 7).

Karena gelombang ultrashort tidak merambat di luar cakrawala, maka perlu untuk membangun banyak pemancar perantara - repeater.

Pengulang- perangkat yang terletak di titik tengah jalur komunikasi radio, memperkuat sinyal yang diterima dan mentransmisikannya lebih lanjut.

menyampaikan- penerimaan sinyal pada titik perantara, penguatan dan transmisinya dalam arah yang sama atau ke arah lain. Transmisi ulang dirancang untuk meningkatkan jangkauan komunikasi.

Ada dua cara menyampaikan: satelit dan terestrial.

Satelit:

Satelit relai aktif menerima sinyal stasiun bumi, memperkuatnya, dan melalui pemancar terarah yang kuat mengirimkan sinyal ke Bumi ke arah yang sama atau ke arah yang berbeda.

Tanah:

Sinyal ditransmisikan ke stasiun radio analog atau digital terestrial, atau jaringan stasiun tersebut, dan kemudian dikirim lebih jauh ke arah yang sama atau ke arah yang berbeda.

1 - pemancar radio,

2 - antena pemancar, 3 - antena penerima, 4 - penerima radio.

Penggunaan:

• 
  Untuk komunikasi dengan satelit bumi buatan dan

roket luar angkasa. Banyak digunakan untuk siaran televisi dan radio (pita VHF dan FM), navigasi radio, radar, dan komunikasi seluler.

VHF dibagi menjadi rentang berikut:

gelombang meter - dari 10 hingga 1 meter, digunakan untuk komunikasi telepon antara kapal, kapal, dan layanan pelabuhan.

desimeter - dari 1 meter hingga 10 cm, digunakan untuk komunikasi satelit.

sentimeter - dari 10 hingga 1 cm, digunakan dalam radar.

milimeter - dari 1cm hingga 1mm, digunakan terutama dalam pengobatan.

Keberadaan gelombang membutuhkan sumber osilasi dan media material atau medan di mana gelombang ini merambat. Gelombang memiliki sifat yang paling beragam, tetapi mengikuti pola yang serupa.

Secara fisik membedakan:

Menurut orientasi gangguan membedakan:

Gelombang memanjang - Perpindahan partikel terjadi sepanjang arah propagasi; perlu memiliki gaya elastis dalam media selama kompresi; dapat didistribusikan di lingkungan apa pun. Contoh: gelombang suara

Gelombang transversal - Perpindahan partikel terjadi melintasi arah propagasi; hanya dapat merambat di media elastis; perlu memiliki gaya elastis geser dalam media; dapat merambat hanya dalam media padat (dan pada batas dua media). Contoh: gelombang elastis pada tali, gelombang pada air

Menurut sifat ketergantungan pada waktu membedakan:

gelombang elastis - perpindahan mekanis (deformasi) yang merambat dalam media elastis. Gelombang elastis disebut harmonis(sinusoidal) jika getaran medium yang sesuai dengan itu adalah harmonik.

gelombang berjalan - Gelombang yang membawa energi di luar angkasa.

Menurut bentuk permukaan gelombang : bidang, bola, gelombang silinder.

gelombang depan- tempat kedudukan titik-titik, di mana osilasi telah mencapai titik waktu tertentu.

permukaan gelombang- tempat kedudukan titik-titik yang berosilasi dalam satu fase.

Karakteristik gelombang

Panjang gelombang - jarak yang ditempuh gelombang dalam waktu yang sama dengan periode osilasi

Amplitudo gelombang A - amplitudo osilasi partikel dalam gelombang

Kecepatan gelombang v - kecepatan rambat gangguan dalam medium

Periode gelombang T - periode osilasi

Frekuensi gelombang - kebalikan dari periode

Persamaan gelombang berjalan

Selama perambatan gelombang berjalan, gangguan medium mencapai titik berikutnya dalam ruang, sedangkan gelombang mentransfer energi dan momentum, tetapi tidak mentransfer materi (partikel medium terus berosilasi di tempat yang sama di ruang angkasa).

di mana v- kecepatan , φ 0 - fase awal , ω – frekuensi siklik , A– amplitudo

Sifat gelombang mekanik

1. refleksi gelombang – gelombang mekanik asal apapun memiliki kemampuan untuk dipantulkan dari antarmuka antara dua media. Jika gelombang mekanik yang merambat dalam suatu medium menemui hambatan dalam perjalanannya, maka sifat perilakunya dapat berubah secara dramatis. Misalnya, pada antarmuka antara dua media dengan sifat mekanik yang berbeda, gelombang sebagian dipantulkan dan sebagian menembus ke dalam media kedua.

2. Pembiasan gelombang – selama perambatan gelombang mekanik, kita juga dapat mengamati fenomena pembiasan: perubahan arah perambatan gelombang mekanik selama transisi dari satu medium ke medium lainnya.

3. Difraksi gelombang – penyimpangan gelombang dari propagasi bujursangkar, yaitu pembengkokannya di sekitar rintangan.

4. Interferensi gelombang – penambahan dua gelombang. Di ruang di mana beberapa gelombang merambat, interferensinya mengarah pada munculnya daerah dengan nilai minimum dan maksimum dari amplitudo osilasi

Interferensi dan difraksi gelombang mekanik.

Gelombang yang mengalir di sepanjang karet gelang atau tali dipantulkan dari ujung yang tetap; ini menciptakan gelombang perjalanan dalam arah yang berlawanan.

Ketika gelombang ditumpangkan, fenomena interferensi dapat diamati. Fenomena interferensi terjadi ketika gelombang koheren ditumpangkan.

koheren diteleponombakmempunyai frekuensi yang sama, beda fasa tetap, dan getaran terjadi pada bidang yang sama.

gangguan adalah fenomena konstan dari amplifikasi timbal balik dan redaman osilasi di berbagai titik media sebagai akibat dari superposisi gelombang koheren.

Hasil superposisi gelombang tergantung pada fase di mana osilasi ditumpangkan satu sama lain.

Jika gelombang dari sumber A dan B tiba di titik C dalam fase yang sama, maka osilasi akan meningkat; jika dalam fase yang berlawanan, maka terjadi pelemahan osilasi. Akibatnya, pola stabil daerah bolak-balik dari osilasi yang ditingkatkan dan yang melemah terbentuk di ruang angkasa.

Kondisi maksimum dan minimum

Jika osilasi titik A dan B bertepatan dalam fase dan memiliki amplitudo yang sama, maka jelas bahwa perpindahan yang dihasilkan di titik C tergantung pada perbedaan antara jalur kedua gelombang.

Kondisi maksimal

Jika perbedaan antara jalur gelombang ini sama dengan bilangan bulat gelombang (yaitu, jumlah setengah gelombang genap) d = kλ , di mana k= 0, 1, 2, ..., maka interferensi maksimum terbentuk pada titik superposisi gelombang tersebut.

Kondisi maksimal :

A = 2x0.

kondisi minimal

Jika beda lintasan gelombang-gelombang ini sama dengan bilangan ganjil setengah gelombang, maka ini berarti gelombang-gelombang dari titik A dan B akan datang ke titik C dalam antifase dan saling meniadakan.

Kondisi minimal:

Amplitudo osilasi yang dihasilkan A = 0.

Jika d tidak sama dengan bilangan bulat setengah gelombang, maka 0< А < 2х 0 .

Difraksi gelombang.

Fenomena penyimpangan dari perambatan bujursangkar dan pembulatan rintangan oleh gelombang disebutdifraksi.

Hubungan antara panjang gelombang (λ) dan ukuran rintangan (L) menentukan perilaku gelombang. Difraksi paling jelas dimanifestasikan jika panjang gelombang datang lebih besar dari dimensi penghalang. Eksperimen menunjukkan bahwa difraksi selalu ada, tetapi menjadi nyata dalam kondisi d<<λ , di mana d adalah ukuran rintangan.

Difraksi adalah sifat umum gelombang apa pun, yang selalu terjadi, tetapi kondisi pengamatannya berbeda.

Gelombang di permukaan air merambat menuju rintangan yang cukup besar, di belakangnya terbentuk bayangan, mis. tidak ada proses gelombang yang diamati. Properti ini digunakan dalam pembangunan pemecah gelombang di pelabuhan. Jika ukuran penghalang sebanding dengan panjang gelombang, maka akan ada gelombang di belakang penghalang. Di belakangnya, gelombang merambat seolah-olah tidak ada hambatan sama sekali, yaitu. difraksi gelombang diamati.

Contoh manifestasi difraksi . Mendengar percakapan keras di sudut rumah, suara di hutan, ombak di permukaan air.

gelombang berdiri

gelombang berdiri dibentuk dengan menjumlahkan gelombang langsung dan gelombang pantul jika memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama.

Pada tali yang diikat pada kedua ujungnya, timbul getaran kompleks, yang dapat dianggap sebagai hasil superposisi ( superposisi) dua gelombang merambat dengan arah yang berlawanan dan mengalami pemantulan dan pemantulan kembali pada ujung-ujungnya. Getaran senar yang dipasang di kedua ujungnya menciptakan suara semua alat musik petik. Fenomena yang sangat mirip terjadi dengan suara alat musik tiup, termasuk pipa organ.

getaran tali. Dalam tali yang diregangkan kedua ujungnya, ketika getaran transversal dibangkitkan, gelombang berdiri , dan simpul harus ditempatkan di tempat di mana tali dipasang. Oleh karena itu, string bersemangat dengan intensitas yang terlihat hanya getaran seperti itu, setengah dari panjang gelombang yang sesuai dengan panjang string beberapa kali bilangan bulat.

Ini menyiratkan kondisi

Panjang gelombang sesuai dengan frekuensi

n = 1, 2, 3...frekuensi vn ditelepon frekuensi alami string.

Getaran harmonik dengan frekuensi vn ditelepon getaran sendiri atau normal . Mereka juga disebut harmonik. Secara umum, getaran string adalah superposisi dari berbagai harmonik.

Persamaan gelombang berdiri :

Pada titik-titik di mana koordinat memenuhi kondisi (n= 1, 2, 3, ...), amplitudo total sama dengan nilai maksimum - ini antinode gelombang berdiri. Koordinat antinode :

Pada titik-titik yang koordinatnya memenuhi syarat (n= 0, 1, 2,…), amplitudo osilasi total sama dengan nol – Ini simpul gelombang berdiri. Koordinat simpul:

Pembentukan gelombang berdiri diamati ketika gelombang berjalan dan gelombang pantul berinterferensi. Pada batas di mana gelombang dipantulkan, sebuah antinode diperoleh jika medium dari mana refleksi terjadi kurang rapat (a), dan simpul diperoleh jika lebih rapat (b).

Jika kita mempertimbangkan gelombang perjalanan , lalu ke arah perambatannya energi ditransfer gerakan osilasi. Kapan sama tidak ada gelombang perpindahan energi yang berdiri , karena gelombang datang dan gelombang pantul dengan amplitudo yang sama membawa energi yang sama dalam arah yang berlawanan.

Gelombang berdiri muncul, misalnya, pada seutas tali yang kedua ujungnya direntangkan ketika getaran transversal dirangsang di dalamnya. Selain itu, di tempat-tempat pemasangan, ada simpul gelombang berdiri.

Jika gelombang berdiri didirikan di kolom udara yang terbuka di salah satu ujungnya (gelombang suara), maka antinode terbentuk di ujung terbuka, dan simpul terbentuk di ujung yang berlawanan.

Gelombang mekanik atau elastis adalah proses perambatan osilasi dalam media elastis. Misalnya, udara mulai berosilasi di sekitar senar yang bergetar atau kerucut pengeras suara - senar atau pengeras suara telah menjadi sumber gelombang suara.

Untuk terjadinya gelombang mekanik, dua kondisi harus dipenuhi - adanya sumber gelombang (bisa berupa benda berosilasi) dan media elastis (gas, cair, padat).

Cari tahu penyebab gelombang. Mengapa partikel-partikel medium yang mengelilingi benda yang berosilasi juga ikut bergerak?

Model paling sederhana dari media elastis satu dimensi adalah rantai bola yang dihubungkan oleh pegas. Bola adalah model molekul, pegas yang menghubungkannya memodelkan gaya interaksi antar molekul.

Misalkan bola pertama berosilasi dengan frekuensi . Pegas 1-2 berubah bentuk, gaya elastis muncul di dalamnya, yang berubah dengan frekuensi . Di bawah aksi gaya eksternal yang berubah secara berkala, bola kedua mulai melakukan osilasi paksa. Karena osilasi paksa selalu terjadi pada frekuensi gaya penggerak eksternal, frekuensi osilasi bola kedua akan bertepatan dengan frekuensi osilasi yang pertama. Namun, getaran paksa bola kedua akan terjadi dengan beberapa fase penundaan relatif terhadap gaya penggerak eksternal. Dengan kata lain, bola kedua akan mulai berosilasi lebih lambat dari bola pertama.

Getaran bola kedua akan menyebabkan deformasi pegas 2-3 yang berubah secara berkala, yang akan membuat bola ketiga berosilasi, dan seterusnya. Dengan demikian, semua bola dalam rantai secara bergantian akan terlibat dalam gerak osilasi dengan frekuensi osilasi bola pertama.

Jelas, penyebab perambatan gelombang dalam media elastis adalah adanya interaksi antar molekul. Frekuensi osilasi semua partikel dalam gelombang adalah sama dan bertepatan dengan frekuensi osilasi sumber gelombang.

Menurut sifat getaran partikel dalam gelombang, gelombang dibagi menjadi gelombang transversal, longitudinal dan permukaan.

PADA gelombang longitudinal partikel berosilasi sepanjang arah rambat gelombang.

Perambatan gelombang longitudinal dikaitkan dengan terjadinya deformasi tarik-tekan pada medium. Di area media yang diregangkan, penurunan kepadatan zat diamati - penghalusan. Di area media yang terkompresi, sebaliknya, ada peningkatan kepadatan zat - yang disebut penebalan. Untuk alasan ini, gelombang longitudinal adalah gerakan di ruang area kondensasi dan penghalusan.

Deformasi tarik-tekan dapat terjadi pada media elastis apa pun, sehingga gelombang longitudinal dapat merambat dalam gas, cairan, dan padatan. Contoh gelombang longitudinal adalah bunyi.

PADA gelombang geser partikel berosilasi tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Perambatan gelombang transversal dikaitkan dengan terjadinya deformasi geser pada medium. Deformasi semacam ini hanya dapat terjadi pada zat padat, sehingga gelombang transversal hanya dapat merambat pada zat padat. Contoh gelombang geser adalah gelombang S seismik.

gelombang permukaan terjadi pada antarmuka antara dua media. Partikel berosilasi dari medium memiliki komponen transversal, tegak lurus terhadap permukaan, dan longitudinal dari vektor perpindahan. Selama osilasinya, partikel-partikel medium menggambarkan lintasan elips pada bidang yang tegak lurus terhadap permukaan dan melewati arah rambat gelombang. Contoh gelombang permukaan adalah gelombang di permukaan air dan gelombang L seismik.

Muka gelombang adalah tempat kedudukan titik-titik yang dicapai oleh proses gelombang. Bentuk muka gelombang bisa berbeda. Yang paling umum adalah gelombang bidang, bola dan silinder.

Perhatikan bahwa muka gelombang selalu terletak tegak lurus arah gelombang! Semua titik muka gelombang akan mulai berosilasi dalam satu fase.

Untuk mengkarakterisasi proses gelombang, besaran berikut diperkenalkan:

1. Frekuensi gelombang adalah frekuensi osilasi semua partikel dalam gelombang.

2. Amplitudo gelombang A adalah amplitudo osilasi partikel dalam gelombang.

3. Kecepatan gelombang adalah jarak di mana proses gelombang (gangguan) merambat per satuan waktu.

Perhatikan - kecepatan gelombang dan kecepatan osilasi partikel dalam gelombang adalah konsep yang berbeda! Kecepatan gelombang tergantung pada dua faktor: jenis gelombang dan media di mana gelombang merambat.

Pola umumnya adalah sebagai berikut: kecepatan gelombang longitudinal dalam padatan lebih besar daripada dalam cairan, dan kecepatan dalam cairan, pada gilirannya, lebih besar dari kecepatan gelombang dalam gas.

Tidak sulit untuk memahami alasan fisik dari keteraturan ini. Penyebab perambatan gelombang adalah interaksi molekul. Secara alami, gangguan menyebar lebih cepat di media di mana interaksi molekul lebih kuat.

Dalam medium yang sama, keteraturannya berbeda - kecepatan gelombang longitudinal lebih besar dari kecepatan gelombang transversal.

Misalnya, kecepatan gelombang longitudinal dalam zat padat, di mana E adalah modulus elastisitas (modulus Young) zat, adalah kerapatan zat.

Kecepatan gelombang geser dalam padatan, di mana N adalah modulus geser. Karena untuk semua zat , maka . Salah satu cara untuk menentukan jarak ke sumber gempa didasarkan pada perbedaan kecepatan gelombang seismik longitudinal dan transversal.

Laju gelombang transversal dalam tali atau tali yang diregangkan ditentukan oleh gaya tegangan F dan massa per satuan panjang :

4. panjang gelombang adalah jarak minimum antara titik yang berosilasi sama.

Untuk gelombang yang merambat di permukaan air, panjang gelombang dengan mudah didefinisikan sebagai jarak antara dua punuk yang berdekatan atau depresi yang berdekatan.

Untuk gelombang longitudinal, panjang gelombang dapat ditemukan sebagai jarak antara dua konsentrasi atau fraksi yang berdekatan.

5. Dalam proses perambatan gelombang, bagian-bagian medium terlibat dalam proses osilasi. Sebuah media berosilasi, pertama, bergerak, oleh karena itu, ia memiliki energi kinetik. Kedua, medium yang dilalui gelombang mengalami deformasi, sehingga memiliki energi potensial. Sangat mudah untuk melihat bahwa perambatan gelombang dikaitkan dengan transfer energi ke bagian medium yang tidak tereksitasi. Untuk mengkarakterisasi proses transfer energi, kami memperkenalkan intensitas gelombang Saya.