USE კოდიფიკატორის თემები: მექანიკური ტალღები, ტალღის სიგრძე, ხმა.
მექანიკური ტალღები - ეს არის დრეკადი საშუალების (მყარი, თხევადი ან აირისებრი) ნაწილაკების რხევების სივრცეში გავრცელების პროცესი.
გარემოში დრეკადობის თვისებების არსებობა აუცილებელი პირობაა ტალღების გავრცელებისთვის: დეფორმაცია, რომელიც ხდება ნებისმიერ ადგილას, მეზობელი ნაწილაკების ურთიერთქმედების გამო, თანმიმდევრულად გადადის საშუალო ერთი წერტილიდან მეორეზე. სხვადასხვა ტიპის დეფორმაციები შეესაბამება სხვადასხვა ტიპის ტალღებს.
გრძივი და განივი ტალღები.
ტალღა ე.წ გრძივი, თუ საშუალო ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პარალელურად ირხევა. გრძივი ტალღა შედგება მონაცვლეობითი დაჭიმვისა და კომპრესიული შტამებისგან. ნახ. 1 გვიჩვენებს გრძივი ტალღა, რომელიც წარმოადგენს საშუალო ბრტყელი ფენების რხევას; მიმართულება, რომლის გასწვრივაც ფენები რხევა, ემთხვევა ტალღის გავრცელების მიმართულებას (ანუ ფენების პერპენდიკულარულად).
ტალღას ეწოდება განივი, თუ გარემოს ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად ირხევა. განივი ტალღა გამოწვეულია საშუალების ერთი ფენის ათვლის დეფორმაციებით მეორესთან შედარებით. ნახ. 2, თითოეული ფენა თავის გასწვრივ ირხევა და ტალღა მიემართება ფენების პერპენდიკულარულად.
გრძივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს მყარ სხეულებში, სითხეებსა და აირებში: ყველა ამ მედიაში ხდება შეკუმშვის ელასტიური რეაქცია, რის შედეგადაც იქნება შეკუმშვა და იშვიათი გაშვება ერთმანეთის მიყოლებით.
თუმცა, სითხეებსა და აირებს, მყარისგან განსხვავებით, არ აქვთ ელასტიურობა ფენების ათვლის მიმართ. ამრიგად, განივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს მყარ სხეულებში, მაგრამ არა სითხეებსა და აირებში*.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ტალღის გავლისას, საშუალო ნაწილაკები რხევავენ მუდმივი წონასწორობის პოზიციებთან ახლოს, ანუ საშუალოდ რჩებიან თავიანთ ადგილებზე. ტალღა ამგვარად
ენერგიის გადაცემა მატერიის გადაცემის გარეშე.
ყველაზე მარტივი სწავლა ჰარმონიული ტალღები. ისინი გამოწვეულია გარემოზე გარეგანი ზემოქმედებით, იცვლება ჰარმონიული კანონის მიხედვით. როდესაც ჰარმონიული ტალღა ვრცელდება, საშუალო ნაწილაკები ასრულებენ ჰარმონიულ რხევებს გარე მოქმედების სიხშირის ტოლი სიხშირით. მომავალში ჩვენ თავს შევიზღუდავთ ჰარმონიული ტალღებით.
განვიხილოთ ტალღის გავრცელების პროცესი უფრო დეტალურად. დავუშვათ, რომ საშუალო ნაწილაკმა (ნაწილაკი) დაიწყო რხევა წერტილით. მეზობელ ნაწილაკზე მოქმედებით, ის მასთან ერთად გაიყვანს მას. ნაწილაკი, თავის მხრივ, გაიყვანს ნაწილაკსაც თავისთან ერთად და ა.შ. ამგვარად, წარმოიქმნება ტალღა, რომელშიც ყველა ნაწილაკი პერიოდულად ირხევა.
თუმცა, ნაწილაკებს აქვთ მასა, ანუ აქვთ ინერცია. გარკვეული დრო სჭირდება მათი სიჩქარის შეცვლას. შესაბამისად, ნაწილაკი თავის მოძრაობაში გარკვეულწილად ჩამორჩება ნაწილაკს, ნაწილაკი ჩამორჩება ნაწილაკს და ა.შ. როდესაც ნაწილაკი დაასრულებს პირველ რხევას გარკვეული დროის შემდეგ და იწყებს მეორეს, ნაწილაკი, რომელიც მდებარეობს ნაწილაკიდან გარკვეულ მანძილზე. , დაიწყებს მის პირველ რხევას.
ამრიგად, ნაწილაკების რხევების პერიოდის ტოლი დროის განმავლობაში, საშუალო არეულობა ვრცელდება მანძილზე. ამ მანძილს ე.წ ტალღის სიგრძე.ნაწილაკების რხევები იდენტური იქნება ნაწილაკების რხევებისა, შემდეგი ნაწილაკების რხევები იდენტური იქნება ნაწილაკების რხევებისა და ა.შ. სივრცითი რხევის პერიოდი; დროის პერიოდთან ერთად, ეს არის ტალღის პროცესის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი. გრძივი ტალღის დროს ტალღის სიგრძე უდრის მიმდებარე შეკუმშვასა და იშვიათობას შორის მანძილს (ნახ. 1). განივი - მანძილი მეზობელ კეხს ან დეპრესიებს შორის (სურ. 2). ზოგადად, ტალღის სიგრძე უდრის მანძილს (ტალღის გავრცელების მიმართულებით) საშუალო ორ უახლოეს ნაწილაკს შორის, რომლებიც ერთნაირად რხევიან (ანუ ფაზის სხვაობით ტოლი ).
ტალღის გავრცელების სიჩქარე არის ტალღის სიგრძის თანაფარდობა გარემოს ნაწილაკების რხევის პერიოდთან:
ტალღის სიხშირე არის ნაწილაკების რხევების სიხშირე:
აქედან ვიღებთ ტალღის სიჩქარის, ტალღის სიგრძისა და სიხშირის ურთიერთობას:
. (1)
ხმა.
ხმის ტალღები ფართო გაგებით, ელასტიურ გარემოში გავრცელებულ ნებისმიერ ტალღებს უწოდებენ. ვიწრო გაგებით ხმაეწოდება ხმის ტალღები სიხშირის დიაპაზონში 16 Hz-დან 20 kHz-მდე, რომელიც აღიქმება ადამიანის ყურით. ამ დიაპაზონის ქვემოთ არის ტერიტორია ინფრაბგერითი, ზემოთ - ფართობი ულტრაბგერა.
ხმის ძირითადი მახასიათებლებია მოცულობადა სიმაღლე.
ხმის სიძლიერე განისაზღვრება ხმის ტალღაში წნევის რყევების ამპლიტუდით და იზომება სპეციალურ ერთეულებში - დეციბელი(დბ). ასე რომ, 0 დბ ხმა არის მოსმენის ზღვარი, 10 დბ არის საათის ტიკტიკი, 50 დბ არის ნორმალური საუბარი, 80 დბ არის კივილი, 130 დბ არის მოსმენის ზედა ზღვარი (ე.წ. ტკივილის ბარიერი).
ტონი - ეს ის ხმაა, რომელსაც სხეული გამოსცემს და ქმნის ჰარმონიულ ვიბრაციას (მაგალითად, ჩანგალი ან სიმი). სიმაღლე განისაზღვრება ამ რხევების სიხშირით: რაც უფრო მაღალია სიხშირე, მით უფრო მაღალია ხმა ჩვენთვის. მაშ ასე, ძაფის აწევით ვზრდით მისი რხევების სიხშირეს და, შესაბამისად, სიმაღლეს.
ხმის სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში განსხვავებულია: რაც უფრო ელასტიურია მასში, მით უფრო სწრაფად ვრცელდება მასში ხმა. სითხეებში ხმის სიჩქარე უფრო მეტია, ვიდრე აირებში, ხოლო მყარ სხეულებში უფრო მეტია, ვიდრე სითხეებში.
მაგალითად, ჰაერში ხმის სიჩქარე დაახლოებით 340 მ/წმ-ია (მოხერხებულია მისი დამახსოვრება როგორც "კილომეტრის მესამედი წამში") *. წყალში ხმა ვრცელდება დაახლოებით 1500 მ/წმ სიჩქარით, ხოლო ფოლადში - დაახლოებით 5000 მ/წმ.
შეამჩნია, რომ სიხშირემოცემული წყაროდან ხმა ყველა მედიაში ერთნაირია: საშუალო ნაწილაკები იძულებულ რხევებს აკეთებენ ხმის წყაროს სიხშირით. (1) ფორმულის მიხედვით, შემდეგ ვასკვნით, რომ ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას, ხმის სიჩქარესთან ერთად იცვლება ხმის ტალღის სიგრძეც.
ტალღის პროცესი- ენერგიის გადაცემის პროცესი მატერიის გადაცემის გარეშე.
მექანიკური ტალღა- არეულობა, რომელიც გავრცელდება ელასტიურ გარემოში.
ელასტიური საშუალების არსებობა აუცილებელი პირობაა მექანიკური ტალღების გავრცელებისთვის.
ენერგიისა და იმპულსის გადაცემა გარემოში ხდება გარემოს მეზობელ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების შედეგად.
ტალღები გრძივი და განივია.
გრძივი მექანიკური ტალღა - ტალღა, რომელშიც ნაწილაკების მოძრაობა ხდება ტალღის გავრცელების მიმართულებით. განივი მექანიკური ტალღა - ტალღა, რომელშიც საშუალო ნაწილაკები მოძრაობენ ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად.
გრძივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს ნებისმიერ გარემოში. განივი ტალღები არ გვხვდება გაზებსა და სითხეებში, რადგან ისინი
არ არსებობს ნაწილაკების ფიქსირებული პოზიციები.
პერიოდული გარეგანი მოქმედება იწვევს პერიოდულ ტალღებს.
ჰარმონიული ტალღა- ტალღა წარმოქმნილი გარემოს ნაწილაკების ჰარმონიული ვიბრაციებით.
ტალღის სიგრძე- მანძილი, რომელზეც ტალღა ვრცელდება მისი წყაროს რხევის პერიოდში:
მექანიკური ტალღის სიჩქარე- არეულობის გავრცელების სიჩქარე გარემოში. პოლარიზაცია არის გარემოში ნაწილაკების რხევების მიმართულებების დალაგება.
პოლარიზაციის სიბრტყე- სიბრტყე, რომელშიც საშუალო ნაწილაკები ვიბრირებენ ტალღაში. წრფივი პოლარიზებული მექანიკური ტალღა არის ტალღა, რომლის ნაწილაკები რხევა გარკვეული მიმართულების (ხაზის) გასწვრივ.
პოლარიზატორი- მოწყობილობა, რომელიც ასხივებს გარკვეული პოლარიზაციის ტალღას.
მდგარი ტალღა- ტალღა, რომელიც წარმოიქმნება ორი ჰარმონიული ტალღის სუპერპოზიციის შედეგად, რომლებიც გავრცელდებიან ერთმანეთის მიმართ და აქვთ იგივე პერიოდი, ამპლიტუდა და პოლარიზაცია.
მდგარი ტალღის ანტინოდები- წერტილების პოზიცია რხევების მაქსიმალური ამპლიტუდით.
მდგარი ტალღის კვანძები- ტალღის უმოძრავი წერტილები, რომელთა რხევის ამპლიტუდა ნულის ტოლია.
ბოლოებზე დაფიქსირებული სიმის l სიგრძეზე ჯდება განივი მდგარი ტალღების მთელი რიცხვი n ნახევარტალღები:
ასეთ ტალღებს რხევის რეჟიმებს უწოდებენ.
რხევის რეჟიმს თვითნებური მთელი რიცხვისთვის n > 1 ეწოდება n-ე ჰარმონია ან n-ე ოვერტონი. რხევის რეჟიმს n = 1-ისთვის ეწოდება პირველი ჰარმონიული ან ფუნდამენტური რხევის რეჟიმი. ხმის ტალღები არის ელასტიური ტალღები გარემოში, რომლებიც იწვევენ სმენის შეგრძნებებს ადამიანში.
ხმის ტალღების შესაბამისი რხევების სიხშირე 16 ჰც-დან 20 კჰც-მდეა.
ხმის ტალღების გავრცელების სიჩქარე განისაზღვრება ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების გადაცემის სიჩქარით. ბგერის სიჩქარე მყარ v p-ში, როგორც წესი, მეტია ბგერის სიჩქარეზე v l სითხეში, რაც, თავის მხრივ, აღემატება ბგერის სიჩქარეს აირში v g.
ხმის სიგნალები კლასიფიცირდება სიმაღლის, ტემბრისა და ხმაურის მიხედვით. ხმის სიმაღლე განისაზღვრება ხმის ვიბრაციის წყაროს სიხშირით. რაც უფრო მაღალია რხევის სიხშირე, მით უფრო მაღალია ხმა; დაბალი სიხშირის ვიბრაციები შეესაბამება დაბალ ხმებს. ხმის ტემბრი განისაზღვრება ხმის ვიბრაციის ფორმით. იგივე პერიოდის მქონე ვიბრაციების ფორმის განსხვავება დაკავშირებულია ფუნდამენტური რეჟიმისა და ტონის სხვადასხვა ფარდობით ამპლიტუდასთან. ხმის მოცულობა ხასიათდება ხმის ინტენსივობის დონით. ხმის ინტენსივობა - ბგერის ტალღების ენერგია, რომელიც ეცემა 1 მ 2 ფართობზე 1 წამში.
ტალღები. ტალღების ზოგადი თვისებები.ტალღა - ეს არის დროთა განმავლობაში სივრცეში გავრცელების ფენომენი ფიზიკური სიდიდის ცვლილების (პერტურბაციის), რომელიც თან ატარებს ენერგიას.
ტალღის ბუნების მიუხედავად, ენერგიის გადაცემა ხდება მატერიის გადაცემის გარეშე; ეს უკანასკნელი შეიძლება მოხდეს მხოლოდ როგორც გვერდითი ეფექტი. ენერგიის გადაცემა- ფუნდამენტური განსხვავება ტალღებსა და რხევებს შორის, რომლებშიც ხდება მხოლოდ "ადგილობრივი" ენერგიის გარდაქმნები. ტალღებს, როგორც წესი, შეუძლიათ მნიშვნელოვანი მანძილის გავლა მათი წარმოშობის ადგილიდან. ამ მიზეზით, ტალღებს ზოგჯერ უწოდებენ " ვიბრაცია მოწყვეტილი ემიტერისგან».
ტალღები შეიძლება კლასიფიცირდეს
თავისი ბუნებით:
ელასტიური ტალღები -ტალღები, რომლებიც ვრცელდება თხევად, მყარ და აირისებრ გარემოში დრეკადობის ძალების მოქმედებით.
ელექტრომაგნიტური ტალღები- სივრცეში გავრცელება ელექტრომაგნიტური ველის არეულობა (მდგომარეობის შეცვლა).
ტალღები სითხის ზედაპირზე- ჩვეულებრივი სახელწოდება სხვადასხვა ტალღებისთვის, რომლებიც წარმოიქმნება სითხესა და გაზს, ან სითხესა და სითხეს შორის. წყალზე ტალღები განსხვავდება რხევის ფუნდამენტური მექანიზმით (კაპილარული, გრავიტაციული და ა.შ.), რაც იწვევს სხვადასხვა დისპერსიის კანონებს და, შედეგად, ამ ტალღების განსხვავებულ ქცევას.
საშუალო ნაწილაკების რხევის მიმართულების მიმართ:
გრძივი ტალღები -საშუალო ნაწილაკები რხევა პარალელურადტალღის გავრცელების მიმართულებით (როგორც, მაგალითად, ხმის გავრცელების შემთხვევაში).
განივი ტალღები -საშუალო ნაწილაკები რხევა პერპენდიკულარულიტალღის გავრცელების მიმართულება (ელექტრომაგნიტური ტალღები, ტალღები მედიის გამოყოფის ზედაპირებზე).
ა - განივი; ბ - გრძივი.
შერეული ტალღები.
ტალღის ფრონტის გეომეტრიის მიხედვით:
ტალღის ზედაპირი (ტალღის ფრონტი) არის წერტილების ადგილი, რომლებზეც აშლილობამ მიაღწია დროის მოცემულ მომენტს. ერთგვაროვან იზოტროპულ გარემოში ტალღის გავრცელების სიჩქარე ყველა მიმართულებით ერთნაირია, რაც ნიშნავს, რომ ფრონტის ყველა წერტილი რხევა ერთსა და იმავე ფაზაში, ფრონტი პერპენდიკულარულია ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე და რხევის მნიშვნელობები. რაოდენობა ფრონტის ყველა წერტილში ერთნაირია.
ბინატალღა - ფაზის სიბრტყეები პერპენდიკულარულია ტალღის გავრცელების მიმართულების მიმართ და ერთმანეთის პარალელურად.
სფერულიტალღა - თანაბარი ფაზების ზედაპირი სფეროა.
ცილინდრულიტალღა - ფაზების ზედაპირი ცილინდრს წააგავს.
სპირალიტალღა - წარმოიქმნება, თუ რადიაციის პროცესში ტალღის სფერული ან ცილინდრული წყარო / წყაროები მოძრაობს გარკვეული დახურული მრუდის გასწვრივ.
თვითმფრინავის ტალღა
ტალღას ბრტყელს უწოდებენ, თუ მისი ტალღის ზედაპირი ერთმანეთის პარალელურად, ტალღის ფაზის სიჩქარის პერპენდიკულარული სიბრტყეებია. = f(x, t)).
განვიხილოთ სიბრტყე მონოქრომატული (ერთი სიხშირის) სინუსოიდური ტალღა, რომელიც ვრცელდება ერთგვაროვან გარემოში X ღერძის გასწვრივ შესუსტების გარეშე.
, სად
ტალღის ფაზის სიჩქარე არის ტალღის ზედაპირის სიჩქარე (წინა),
- ტალღის ამპლიტუდა - წონასწორობის პოზიციიდან ცვალებადი მნიშვნელობის მაქსიმალური გადახრის მოდული,
– ციკლური სიხშირე, T – რხევის პერიოდი, – ტალღის სიხშირე (რხევების მსგავსი)
k - ტალღის რიცხვი, აქვს სივრცითი სიხშირის მნიშვნელობა,
ტალღის კიდევ ერთი მახასიათებელია ტალღის სიგრძე m, ეს არის მანძილი, რომელზედაც ტალღა ვრცელდება ერთი რხევის პერიოდში, მას აქვს სივრცითი პერიოდის მნიშვნელობა, ეს არის უმოკლეს მანძილი ერთ ფაზაში რხევას წერტილებს შორის. 
წ 
ტალღის სიგრძე დაკავშირებულია ტალღის რიცხვთან მიმართებით , რომელიც მსგავსია დროის მიმართებით
ტალღის რიცხვი დაკავშირებულია ციკლურ სიხშირესთან და ტალღის გავრცელების სიჩქარესთან
x
წ
წ 
ნახატებზე ნაჩვენებია ტალღის ოსცილოგრამა (a) და სნეპშოტი (ბ) მითითებული დროისა და სივრცის პერიოდებით. სტაციონარული რხევებისგან განსხვავებით, ტალღებს ორი ძირითადი მახასიათებელი აქვს: დროითი პერიოდულობა და სივრცითი პერიოდულობა.
ტალღების ზოგადი თვისებები:
ტალღები ატარებენ ენერგიას.
2. ტალღები ზეწოლას ახდენენ სხეულებზე (აქვს იმპულსი).
3. ტალღის სიჩქარე გარემოში დამოკიდებულია ტალღის სიხშირეზე – დისპერსიაზე.ამგვარად, სხვადასხვა სიხშირის ტალღები ერთსა და იმავე გარემოში სხვადასხვა სიჩქარით (ფაზის სიჩქარე) ვრცელდება. 
4. ტალღები იხრება დაბრკოლებების ირგვლივ – დიფრაქცია.
დიფრაქცია ხდება მაშინ, როდესაც დაბრკოლების ზომა შედარებულია ტალღის სიგრძესთან.
5. ორ მედიას შორის ინტერფეისზე ტალღები აირეკლება და ირღვევა.
დაცემის კუთხე ტოლია არეკვლის კუთხის, ხოლო დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ამ ორი მედიისთვის.
6. როდესაც თანმიმდევრული ტალღები თავსდება (ამ ტალღების ფაზური სხვაობა ნებისმიერ წერტილში დროში მუდმივია), ისინი ერევიან - წარმოიქმნება ჩარევის მინიმალური და მაქსიმალური სტაბილური ნიმუში. 
ტალღებს და მათ ამაღელვებელ წყაროებს უწოდებენ თანმიმდევრულს, თუ ტალღების ფაზური სხვაობა დროზე არ არის დამოკიდებული. ტალღებს და მათ ამაღელვებელ წყაროებს უწოდებენ არათანმიმდევრულს, თუ ტალღების ფაზური სხვაობა იცვლება დროთა განმავლობაში.
მხოლოდ ერთი და იგივე სიხშირის ტალღებს, რომლებშიც რხევები ხდება იმავე მიმართულებით (ანუ თანმიმდევრული ტალღები), შეუძლიათ ჩარევა. ჩარევა შეიძლება იყოს სტაციონარული ან არასტაციონარული. მხოლოდ თანმიმდევრულ ტალღებს შეუძლია სტაციონარული ჩარევის ნიმუშის მიცემა. მაგალითად, ორი სფერული ტალღა წყლის ზედაპირზე, რომელიც გავრცელდება ორი თანმიმდევრული წერტილის წყაროდან, წარმოქმნის შედეგად ტალღას ჩარევის შემდეგ. შედეგად მიღებული ტალღის წინა მხარე იქნება სფერო.
როდესაც ტალღები ერევა, მათი ენერგიები არ გროვდება. ტალღების ჩარევა იწვევს რხევების ენერგიის გადანაწილებას გარემოს სხვადასხვა მჭიდროდ დაშორებულ ნაწილაკებს შორის. ეს არ ეწინააღმდეგება ენერგიის შენარჩუნების კანონს, რადგან, საშუალოდ, სივრცის დიდი რეგიონისთვის, მიღებული ტალღის ენერგია უდრის ჩარევის ტალღების ენერგიების ჯამს.
არათანმიმდევრული ტალღების ზედმეტად გადანაწილებისას, მიღებული ტალღის კვადრატული ამპლიტუდის საშუალო მნიშვნელობა უდრის ზედმიწევნითი ტალღების კვადრატული ამპლიტუდების ჯამს. გარემოს თითოეული წერტილის შედეგად მიღებული რხევების ენერგია უდრის მისი რხევების ენერგიების ჯამს, ყველა არათანმიმდევრული ტალღების გამო ცალკე.
7. ტალღებს შთანთქავს საშუალო. წყაროდან დაშორებით, ტალღის ამპლიტუდა მცირდება, რადგან ტალღის ენერგია ნაწილობრივ გადადის საშუალოზე.
8. ტალღები მიმოფანტულია არაერთგვაროვან გარემოში.
გაფანტვა - ტალღის ველების აშლილობა, რომელიც გამოწვეულია საშუალების არაერთგვაროვნებით და ამ გარემოში მოთავსებული ობიექტების გაფანტვით. გაფანტვის ინტენსივობა დამოკიდებულია არაჰომოგენურობის ზომაზე და ტალღის სიხშირეზე.
მექანიკური ტალღები. ხმა. ხმის დამახასიათებელი .
ტალღა- სივრცეში გავრცელებული არეულობა.
ტალღების ზოგადი თვისებები:
ენერგიის ტარება;
აქვს იმპულსი (ზეწოლა სხეულებზე);
ორი მედიის საზღვარზე ისინი აისახება და ირღვევა;
შეიწოვება გარემო;
დიფრაქცია;
ჩარევა;
დისპერსია;
ტალღების სიჩქარე დამოკიდებულია გარემოზე, რომლითაც გადის ტალღები.
მექანიკური (ელასტიური) ტალღები.
მექანიკური ტალღების განსაკუთრებული შემთხვევა - ტალღები სითხის ზედაპირზეტალღები, რომლებიც წარმოიქმნება და ვრცელდება სითხის თავისუფალ ზედაპირზე ან ორ შეურევ სითხეს შორის. ისინი წარმოიქმნება გარე გავლენის გავლენის ქვეშ, რის შედეგადაც სითხის ზედაპირი ამოღებულია წონასწორული მდგომარეობიდან. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება ძალები, რომლებიც აღადგენს წონასწორობას: ზედაპირული დაძაბულობისა და სიმძიმის ძალები.
მექანიკური ტალღები ორი ტიპისაა
გრძივი ტალღები, რომელსაც თან ახლავს დაჭიმვა და კომპრესიული დაძაბულობა, შეიძლება გავრცელდეს ნებისმიერ ელასტიურ გარემოში: აირებში, სითხეებსა და მყარ ნაწილებში. განივი ტალღები ვრცელდება იმ გარემოში, სადაც დრეკადობის ძალები ჩნდება ათვლის დეფორმაციის დროს, ანუ მყარ სხეულებში.
პრაქტიკისთვის მნიშვნელოვანი ინტერესია მარტივი ჰარმონიული ან სინუსოიდური ტალღები. სიბრტყის სინუსური ტალღის განტოლება არის:
- ე. წ ტალღის ნომერი ,
– წრიული სიხშირე ,
მაგრამ - ნაწილაკების რხევის ამპლიტუდა.
ნახატზე ნაჩვენებია განივი ტალღის „კადრები“ დროის ორ მომენტში: t და t + Δt. Δt დროის განმავლობაში ტალღა მოძრაობდა OX ღერძის გასწვრივ υΔt მანძილით. ასეთ ტალღებს მოგზაურობის ტალღებს უწოდებენ.
ტალღის სიგრძე λ არის მანძილი ორ მიმდებარე წერტილს შორის OX ღერძზე, რომლებიც რხევავენ იმავე ფაზებში. მანძილი, რომელიც ტოლია λ ტალღის სიგრძეზე, ტალღა გადის T პერიოდზე, შესაბამისად,
λ = υT, სადაც υ არის ტალღის გავრცელების სიჩქარე.
ტალღის პროცესის გრაფიკზე ნებისმიერი არჩეული წერტილისთვის (მაგალითად, A წერტილისთვის), ამ წერტილის x-კოორდინატი იცვლება t დროში და გამოხატვის მნიშვნელობა. ωt – kxარ იცვლება. დროის ინტერვალის Δt, წერტილი A გადავა OX ღერძის გასწვრივ გარკვეული მანძილით Δx = υΔt. აქედან გამომდინარე: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = კონსტან ωΔt = kΔx.
ეს გულისხმობს:
ამრიგად, მოძრავ სინუსოიდულ ტალღას აქვს ორმაგი პერიოდულობა - დროში და სივრცეში. დროის პერიოდი უდრის საშუალო ნაწილაკების რხევის პერიოდს T, სივრცითი პერიოდი ტოლია λ ტალღის სიგრძისა. ტალღის რიცხვი არის წრიული სიხშირის სივრცითი ანალოგი.
ხმა.
ნებისმიერი რხევითი პროცესი აღწერილია განტოლებით. ის ასევე მიღებული იყო ხმის ვიბრაციისთვის:
ხმის ტალღების ძირითადი მახასიათებლები
|
ხმის სუბიექტური აღქმა (მოცულობა, ხმა, ტემბრი) |
ხმის ობიექტური ფიზიკური მახასიათებლები (სიჩქარე, ინტენსივობა, სპექტრი) |
ხმის სიჩქარე ნებისმიერ გაზიან გარემოში გამოითვლება ფორმულით:
β - გარემოს ადიაბატური შეკუმშვა,
ρ - სიმკვრივე.
ხმის გამოყენება
წყალქვეშ გამოყენებულ სონარებს უწოდებენ სონარს ან სონარს (სახელი სონარი წარმოიქმნება სამი ინგლისური სიტყვის საწყისი ასოებიდან: ხმა - ხმა; ნავიგაცია - ნავიგაცია; დიაპაზონი - დიაპაზონი). სონარები შეუცვლელია ზღვის ფსკერის (მისი პროფილის, სიღრმის) შესასწავლად, წყლის სიღრმეში მოძრავი სხვადასხვა ობიექტების აღმოსაჩენად და შესასწავლად. მათი დახმარებით ადვილად ამოიცნობთ როგორც ცალკეულ მსხვილ საგანს თუ ცხოველს, ასევე პატარა თევზის ან მოლუსკების ფარას.
ულტრაბგერითი სიხშირის ტალღები ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში დიაგნოსტიკური მიზნებისათვის. ულტრაბგერითი სკანერები საშუალებას გაძლევთ შეამოწმოთ ადამიანის შინაგანი ორგანოები. ულტრაბგერითი გამოსხივება ნაკლებად საზიანოა ადამიანისთვის, ვიდრე რენტგენი.
ელექტრომაგნიტური ტალღები.
მათი თვისებები.
ელექტრომაგნიტური ტალღა არის ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც ვრცელდება სივრცეში დროთა განმავლობაში.
ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება აღგზნდეს მხოლოდ სწრაფად მოძრავი მუხტებით.
ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა თეორიულად იწინასწარმეტყველა დიდმა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯ.მაქსველმა 1864 წელს. მან შემოგვთავაზა ფარადეის კანონის ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ახალი ინტერპრეტაცია და შემდგომ განავითარა თავისი იდეები.
მაგნიტური ველის ნებისმიერი ცვლილება წარმოქმნის მორევის ელექტრულ ველს მიმდებარე სივრცეში, დროში ცვალებადი ელექტრული ველი წარმოქმნის მაგნიტურ ველს მიმდებარე სივრცეში.
სურათი 1. ალტერნატიული ელექტრული ველი წარმოქმნის მონაცვლეობით მაგნიტურ ველს და პირიქით
მაქსველის თეორიაზე დაფუძნებული ელექტრომაგნიტური ტალღების თვისებები:
ელექტრომაგნიტური ტალღები განივი – ვექტორები და ერთმანეთის პერპენდიკულარულია და დევს გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეში.
სურათი 2. ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელება
მოძრავ ტალღაში ელექტრული და მაგნიტური ველი იცვლება ერთ ფაზაში.
ვექტორები მოძრავ ელექტრომაგნიტურ ტალღაში ქმნიან ვექტორების ეგრეთ წოდებულ მარჯვენა სამეულს.
ვექტორების რხევები და ხდება ფაზაში: დროის ერთსა და იმავე მომენტში, სივრცის ერთ წერტილში, ელექტრული და მაგნიტური ველების სიძლიერის პროგნოზები აღწევს მაქსიმუმს, მინიმალურს ან ნულს.
ელექტრომაგნიტური ტალღები მატერიაში ვრცელდება საბოლოო სიჩქარე
სად - საშუალების დიელექტრიკული და მაგნიტური გამტარიანობა (მათზეა დამოკიდებული ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელების სიჩქარე გარემოში),
ელექტრული და მაგნიტური მუდმივები.
ელექტრომაგნიტური ტალღების სიჩქარე ვაკუუმში
ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე
ანინტენსივობა
ჯ
ელექტრომაგნიტურ ენერგიას, რომელსაც ტალღა ატარებს დროის ერთეულზე, ერთეული ფართობის ზედაპირზე:
,
აქ გამონათქვამების ჩანაცვლებით , და υ და ელექტრომაგნიტურ ტალღაში ელექტრული და მაგნიტური ველების მოცულობითი ენერგიის სიმკვრივის ტოლობის გათვალისწინებით, შეგვიძლია მივიღოთ:
ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება იყოს პოლარიზებული.
ანალოგიურად, ელექტრომაგნიტური ტალღები აქვს ტალღების ყველა ძირითადი თვისება : ისინი ატარებენ ენერგიას, აქვთ იმპულსი, ისინი აირეკლება და ირღვევა ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, შეიწოვება გარემოს მიერ, ავლენს დისპერსიის, დიფრაქციის და ჩარევის თვისებებს.
ჰერცის ექსპერიმენტები (ელექტრომაგნიტური ტალღების ექსპერიმენტული გამოვლენა)
პირველად ელექტრომაგნიტური ტალღები ექსპერიმენტულად შეისწავლეს
ჰერცი 1888 წელს. მან შეიმუშავა ელექტრომაგნიტური რხევის გენერატორის (ჰერცის ვიბრატორი) წარმატებული დიზაინი და მათი გამოვლენის მეთოდი რეზონანსული მეთოდით.
ვიბრატორი შედგებოდა ორი ხაზოვანი გამტარისაგან, რომელთა ბოლოებში იყო ლითონის ბურთები, რომლებიც ქმნიდნენ ნაპერწკალს. როდესაც მაღალი ძაბვა გამოიყენეს ინდუქციიდან კარკასამდე, ნაპერწკალი გადახტა უფსკრული, მან შეამოკლა უფსკრული. მისი წვის დროს წრეში დიდი რაოდენობით რხევები ხდებოდა. მიმღები (რეზონატორი) შედგებოდა მავთულისგან ნაპერწკლის უფსკრულით. რეზონანსის არსებობა გამოიხატა ნაპერწკლების გაჩენით რეზონატორის ნაპერწკლში, ვიბრატორში წარმოქმნილი ნაპერწკლის საპასუხოდ.
ამრიგად, ჰერცის ექსპერიმენტებმა მყარი საფუძველი შექმნა მაქსველის თეორიას. მაქსველის მიერ ნაწინასწარმეტყველები ელექტრომაგნიტური ტალღები პრაქტიკაში რეალიზებული აღმოჩნდა.
რადიო კომუნიკაციების პრინციპები
რადიო კომუნიკაცია ინფორმაციის გადაცემა და მიღება რადიოტალღების გამოყენებით.
1896 წლის 24 მარტს, რუსეთის ფიზიკურ და ქიმიურ საზოგადოებაში ფიზიკის დეპარტამენტის შეხვედრაზე, პოპოვმა თავისი ინსტრუმენტების გამოყენებით ნათლად აჩვენა სიგნალების გადაცემა 250 მ მანძილზე, გადასცა მსოფლიოში პირველი ორსიტყვიანი რადიოგრამა "ჰაინრიხი". ჰერცი“.
მიმღების სქემა A.S. POPOV
პოპოვმა გამოიყენა რადიოტელეგრაფიული კომუნიკაცია (სხვადასხვა ხანგრძლივობის სიგნალების გადაცემა), ასეთი კომუნიკაცია შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ კოდის გამოყენებით. რადიოტალღების წყაროდ გამოიყენებოდა ნაპერწკლის გადამცემი ჰერცის ვიბრატორით, ხოლო კოჰერერი მსახურობდა მიმღებად, მინის მილი ლითონის ფილებით, რომლის წინააღმდეგობა, როდესაც მას ელექტრომაგნიტური ტალღა ეცემა, ასჯერ ეცემა. კოჰერერის მგრძნობელობის გასაზრდელად მისი ერთ-ერთი ბოლო იყო დამიწებული, მეორე კი უერთდებოდა დედამიწის ზემოთ აწეულ მავთულს, ანტენის მთლიანი სიგრძე ტალღის სიგრძის მეოთხედია. ნაპერწკლის გადამცემის სიგნალი სწრაფად იშლება და არ შეიძლება გადაიცეს დიდ დისტანციებზე.
რადიოტელეფონის კომუნიკაციები (მეტყველება და მუსიკა) იყენებს მაღალი სიხშირის მოდულირებულ სიგნალს. დაბალი (ხმის) სიხშირის სიგნალი ატარებს ინფორმაციას, მაგრამ პრაქტიკულად არ ასხივებს, ხოლო მაღალი სიხშირის სიგნალი კარგად არის გამოსხივებული, მაგრამ არ ატარებს ინფორმაციას. მოდულაცია გამოიყენება რადიოტელეფონის კომუნიკაციისთვის.
მოდულაცია - HF და LF სიგნალის პარამეტრებს შორის შესაბამისობის დამყარების პროცესი.
რადიოინჟინერიაში გამოიყენება რამდენიმე სახის მოდულაცია: ამპლიტუდა, სიხშირე, ფაზა.
ამპლიტუდის მოდულაცია - რხევების ამპლიტუდის ცვლილება (ელექტრული, მექანიკური და ა.შ.), რომელიც ხდება რხევების სიხშირეზე გაცილებით დაბალი სიხშირით.
მაღალი სიხშირის ჰარმონიული რხევა ω მოდულირებულია ამპლიტუდაში დაბალი სიხშირის ჰარმონიული რხევით Ω (τ = 1/Ω არის მისი პერიოდი), t არის დრო, A არის მაღალი სიხშირის რხევის ამპლიტუდა, T არის მისი პერიოდი.
რადიოკავშირის სქემა AM სიგნალის გამოყენებით
AM ოსცილატორი
RF სიგნალის ამპლიტუდა იცვლება LF სიგნალის ამპლიტუდის მიხედვით, შემდეგ მოდულირებული სიგნალი გამოიყოფა გადამცემი ანტენის მიერ.
რადიოს მიმღებში, მიმღები ანტენა იღებს რადიოტალღებს, რხევის წრეში, რეზონანსის გამო, არჩეულია და გაძლიერებულია სიგნალი, რომელზედაც არის ჩართული წრე (გადამცემი სადგურის გადამზიდავი სიხშირე), შემდეგ დაბალი სიხშირის კომპონენტი. სიგნალი უნდა იყოს არჩეული.
დეტექტორი რადიო
გამოვლენა - მაღალი სიხშირის სიგნალის დაბალი სიხშირის სიგნალად გადაქცევის პროცესი. გამოვლენის შემდეგ მიღებული სიგნალი შეესაბამება ხმოვან სიგნალს, რომელიც მოქმედებდა გადამცემის მიკროფონზე. გაძლიერების შემდეგ, დაბალი სიხშირის ვიბრაცია შეიძლება გადაიზარდოს ხმად.
დეტექტორი (დემოდულატორი)
დიოდი გამოიყენება ალტერნატიული დენის გასასწორებლად
ა) AM სიგნალი, ბ) აღმოჩენილი სიგნალი
რადარი
რადიოტალღების გამოყენებით ობიექტების მდებარეობის და მათი მოძრაობის სიჩქარის აღმოჩენა და ზუსტი განსაზღვრა ეწოდება რადარი . რადარის პრინციპი ემყარება ლითონებიდან ელექტრომაგნიტური ტალღების ასახვის თვისებას.
1 - მბრუნავი ანტენა; 2 - ანტენის შეცვლა; 3 - გადამცემი; 4 - მიმღები; 5 - სკანერი; 6 - მანძილის მაჩვენებელი; 7 - მიმართულების მაჩვენებელი.
რადარისთვის გამოიყენება მაღალი სიხშირის რადიოტალღები (VHF), მათი დახმარებით ადვილად წარმოიქმნება მიმართულების სხივი და გამოსხივების სიმძლავრე მაღალია. მეტრისა და დეციმეტრის დიაპაზონში - ვიბრატორების გისოსებიანი სისტემები, სანტიმეტრისა და მილიმეტრის დიაპაზონში - პარაბოლური ემიტერები. მდებარეობა შეიძლება განხორციელდეს როგორც უწყვეტი (სამიზნის აღმოსაჩენად), ასევე იმპულსური (ობიექტის სიჩქარის დასადგენად) რეჟიმში.
რადარის გამოყენების სფეროები:
ავიაცია, ასტრონავტიკა, საზღვაო ფლოტი: გემების მოძრაობის უსაფრთხოება ნებისმიერ ამინდში და დღის ნებისმიერ დროს, მათი შეჯახების პრევენცია, აფრენის უსაფრთხოება და ა.შ. თვითმფრინავის დაშვება.
ომი: მტრის თვითმფრინავების ან რაკეტების დროული გამოვლენა, საზენიტო ცეცხლის ავტომატური რეგულირება.
პლანეტარული რადარი: მათთან მანძილის გაზომვა, მათი ორბიტების პარამეტრების დაზუსტება, ბრუნვის პერიოდის განსაზღვრა, ზედაპირის ტოპოგრაფიაზე დაკვირვება. ყოფილ საბჭოთა კავშირში (1961) - ვენერას, მერკურის, მარსის, იუპიტერის რადარი. აშშ-სა და უნგრეთში (1946) - ექსპერიმენტი მთვარის ზედაპირიდან ასახული სიგნალის მიღებაზე.
სატელეკომუნიკაციო სქემა ძირითადად ემთხვევა რადიოკავშირის სქემას. განსხვავება ისაა, რომ ხმოვანი სიგნალის გარდა, გამოსახულების და საკონტროლო სიგნალები (ხაზის შეცვლა და ჩარჩოს შეცვლა) გადაიცემა გადამცემისა და მიმღების მუშაობის სინქრონიზაციისთვის. გადამცემში ეს სიგნალები მოდულირებულია და გადაცემულია, მიმღებში მათ იღებენ ანტენა და მიდიან დასამუშავებლად, თითოეული თავის გზაზე.
განვიხილოთ სურათის ელექტრომაგნიტურ რხევებად გადაქცევის ერთ-ერთი შესაძლო სქემა იკონოსკოპის გამოყენებით:
ოპტიკური სისტემის დახმარებით ხდება გამოსახულების პროექცია მოზაიკის ეკრანზე, ფოტოელექტრული ეფექტის გამო ეკრანის უჯრედები იძენენ განსხვავებულ დადებით მუხტს. ელექტრონული იარაღი წარმოქმნის ელექტრონულ სხივს, რომელიც მოძრაობს ეკრანზე და ათავისუფლებს დადებითად დამუხტულ უჯრედებს. ვინაიდან თითოეული უჯრედი არის კონდენსატორი, მუხტის ცვლილება იწვევს ცვალებად ძაბვის - ელექტრომაგნიტურ რხევას. შემდეგ სიგნალი ძლიერდება და მიეწოდება მოდულატორ მოწყობილობას. კინესკოპში ვიდეო სიგნალი კვლავ გარდაიქმნება გამოსახულებად (სხვადასხვა გზით, კინესკოპის მუშაობის პრინციპიდან გამომდინარე).
იმის გამო, რომ სატელევიზიო სიგნალი გაცილებით მეტ ინფორმაციას ატარებს, ვიდრე რადიო, მუშაობა ხორციელდება მაღალ სიხშირეებზე (მეტრი, დეციმეტრები).
რადიოტალღების გავრცელება.
რადიო ტალღა -არის ელექტრომაგნიტური ტალღა დიაპაზონში (10 4
ამ დიაპაზონის თითოეული განყოფილება გამოიყენება იქ, სადაც მისი უპირატესობები საუკეთესოდ არის გამოყენებული. სხვადასხვა დიაპაზონის რადიოტალღები ვრცელდება სხვადასხვა მანძილზე. რადიოტალღების გავრცელება დამოკიდებულია ატმოსფეროს თვისებებზე. დედამიწის ზედაპირი, ტროპოსფერო და იონოსფერო ასევე ძლიერ გავლენას ახდენს რადიოტალღების გავრცელებაზე.
რადიოტალღების გავრცელება- ეს არის რადიო დიაპაზონის ელექტრომაგნიტური რხევების გადაცემის პროცესი სივრცეში ერთი ადგილიდან მეორეზე, კერძოდ, გადამცემიდან მიმღებამდე.
სხვადასხვა სიხშირის ტალღები განსხვავებულად იქცევიან. მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ გრძელი, საშუალო, მოკლე და ულტრამოკლე ტალღების გავრცელების თავისებურებები.
გრძელი ტალღების გავრცელება.
გრძელი ტალღები (>1000 მ) ვრცელდება:
დედამიწის სფერულ ზედაპირზე დიფრაქციის გამო 1-2 ათას კილომეტრამდე მანძილზე. შეუძლია დედამიწის გარშემო ნავიგაცია (სურათი 1). შემდეგ მათი გავრცელება ხდება სფერული ტალღების წამყვანი მოქმედების გამო, არეკვლის გარეშე.
ბრინჯი. ერთი კავშირის ხარისხი:
მიღების სტაბილურობა. მიღების ხარისხი არ არის დამოკიდებული დღის დროზე, წელიწადზე, ამინდის პირობებზე.
ნაკლოვანებები:
დედამიწის ზედაპირზე გავრცელებისას ტალღის ძლიერი შთანთქმის გამო საჭიროა დიდი ანტენა და ძლიერი გადამცემი.
ერევა ატმოსფერული გამონადენი (ელვა).
გამოყენება:
დიაპაზონი გამოიყენება რადიომაუწყებლობისთვის, რადიოტელეგრაფიისთვის, რადიო სანავიგაციო სერვისებისთვის და წყალქვეშა ნავებთან კომუნიკაციისთვის.
არსებობს რადიოსადგურების მცირე რაოდენობა, რომლებიც გადასცემენ ზუსტი დროის სიგნალებს და მეტეოროლოგიურ ანგარიშებს.
საშუალო ტალღები ( =100..1000 მ) ვრცელდება:
გრძელი ტალღების მსგავსად, მათ შეუძლიათ დედამიწის ზედაპირის გარშემო მოხრილი.
მოკლე ტალღების მსგავსად, ისინი ასევე შეიძლება განმეორებით აისახოს იონოსფეროდან.
კავშირის ხარისხი:
მოკლე კომუნიკაციის დიაპაზონი. საშუალო ტალღის სადგურები ისმის ათასი კილომეტრის მანძილზე. მაგრამ არსებობს ატმოსფერული და სამრეწველო ჩარევის მაღალი დონე.
გამოიყენება ოფიციალური და სამოყვარულო კომუნიკაციებისთვის, ასევე ძირითადად მაუწყებლობისთვის.
მოკლე ტალღები (=10..100 მ) ვრცელდება:
განმეორებით არეკლილი იონოსფეროდან და დედამიწის ზედაპირიდან (ნახ. 2)
კავშირის ხარისხი:
მოკლე ტალღების მიღების ხარისხი დიდად არის დამოკიდებული იონოსფეროში არსებულ სხვადასხვა პროცესებზე, რომლებიც დაკავშირებულია მზის აქტივობის დონესთან, წელიწადის დროსა და დღის დროს. არ არის საჭირო მაღალი სიმძლავრის გადამცემები. სახმელეთო სადგურებსა და კოსმოსურ ხომალდებს შორის კომუნიკაციისთვის ისინი შეუფერებელია, რადგან ისინი არ გადიან იონოსფეროში.
გამოყენება:
შორ მანძილზე კომუნიკაციისთვის. ტელევიზიისთვის, რადიომაუწყებლობისთვის და რადიო კომუნიკაციისთვის მოძრავ ობიექტებთან. არის უწყებრივი სატელეგრაფო და სატელეფონო რადიოსადგურები. ეს დიაპაზონი ყველაზე "დასახლებულია".
ულტრამოკლე ტალღები (
ზოგჯერ ისინი შეიძლება აისახოს ღრუბლებიდან, დედამიწის ხელოვნური თანამგზავრებიდან ან თუნდაც მთვარედან. ამ შემთხვევაში, კომუნიკაციის დიაპაზონი შეიძლება ოდნავ გაიზარდოს.
ულტრამოკლე ტალღების მიღება ხასიათდება მოსმენის მუდმივობით, გაქრობის არარსებობით, ასევე სხვადასხვა ჩარევის შემცირებით.
ამ ტალღებზე კომუნიკაცია შესაძლებელია მხოლოდ მხედველობის ხაზის მანძილზე ლ(ნახ. 7).
ვინაიდან ულტრამოკლე ტალღები არ ვრცელდება ჰორიზონტის მიღმა, საჭირო ხდება მრავალი შუალედური გადამცემის - გამეორების აგება.
განმეორებითი- მოწყობილობა, რომელიც მდებარეობს რადიოკავშირის ხაზების შუალედურ წერტილებში, აძლიერებს მიღებულ სიგნალებს და გადასცემს მათ შემდგომ.
რელე- სიგნალების მიღება შუალედურ წერტილში, მათი გაძლიერება და გადაცემა იმავე ან სხვა მიმართულებით. ხელახალი გადაცემა შექმნილია კომუნიკაციის დიაპაზონის გასაზრდელად.
გადაცემის ორი გზა არსებობს: სატელიტური და ხმელეთის.
Სატელიტი:
აქტიური სარელეო თანამგზავრი იღებს სახმელეთო სადგურის სიგნალს, აძლიერებს მას და მძლავრი მიმართულების გადამცემის მეშვეობით აგზავნის სიგნალს დედამიწაზე იმავე მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით.
ადგილზე:
სიგნალი გადაეცემა ხმელეთის ანალოგურ ან ციფრულ რადიოსადგურს ან ასეთი სადგურების ქსელს და შემდეგ იგზავნება იმავე მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით.
1 - რადიო გადამცემი,
2 - გადამცემი ანტენა, 3 - მიმღები ანტენა, 4 - რადიო მიმღები.
გამოყენება:
დედამიწის ხელოვნურ თანამგზავრებთან კომუნიკაციისთვის და
VHF იყოფა შემდეგ დიაპაზონებად:
მეტრიანი ტალღები - 10-დან 1 მეტრამდე, გამოიყენება გემების, გემების და საპორტო სერვისების სატელეფონო კომუნიკაციისთვის.
დეციმეტრი - 1 მეტრიდან 10 სმ-მდე, გამოიყენება სატელიტური კომუნიკაციებისთვის.
სანტიმეტრი - 10-დან 1 სმ-მდე, გამოიყენება რადარში.
მილიმეტრიანი - 1სმ-დან 1მმ-მდე, ძირითადად გამოიყენება მედიცინაში.
ტალღის არსებობა მოითხოვს რხევის წყაროს და მატერიალურ გარემოს ან ველს, რომელშიც ეს ტალღა ვრცელდება. ტალღები ყველაზე მრავალფეროვანი ხასიათისაა, მაგრამ ისინი ემორჩილებიან მსგავს ნიმუშებს.
ფიზიკური ბუნებით განასხვავებენ:
დარღვევების ორიენტაციის მიხედვით განასხვავებენ:
|
გრძივი ტალღები -
ნაწილაკების გადაადგილება ხდება გამრავლების მიმართულებით; შეკუმშვისას საჭიროა გარემოში დრეკადობის ძალა; შეიძლება გავრცელდეს ნებისმიერ გარემოში. მაგალითები:ხმის ტალღები  |
განივი ტალღები -
ნაწილაკების გადაადგილება ხდება გავრცელების მიმართულებით; შეიძლება გავრცელდეს მხოლოდ ელასტიურ მედიაში; საჭიროა შუაში ათვლის ელასტიური ძალა; შეიძლება გავრცელდეს მხოლოდ მყარ გარემოში (და ორი მედიის საზღვარზე). მაგალითები:ელასტიური ტალღები სიმებში, ტალღები წყალზე
|
დროზე დამოკიდებულების ბუნების მიხედვით განასხვავებენ:
ელასტიური ტალღები - მექანიკური გადაადგილებები (დეფორმაციები), რომლებიც მრავლდება ელასტიურ გარემოში. ელასტიური ტალღა ე.წ ჰარმონიული(სინუსოიდური) თუ მის შესაბამისი გარემოს ვიბრაციები ჰარმონიულია.
გაშვებული ტალღები - ტალღები, რომლებიც ატარებენ ენერგიას სივრცეში.
ტალღის ზედაპირის ფორმის მიხედვით : თვითმფრინავი, სფერული, ცილინდრული ტალღა.
ტალღის ფრონტი- წერტილების ლოკუსი, რომელზედაც რხევებმა მიაღწიეს დროის მოცემულ წერტილს.
ტალღის ზედაპირი- წერტილების ლოკუსი, რომელიც რხევა ერთ ფაზაში.
ტალღის მახასიათებლები
ტალღის სიგრძე λ - მანძილი, რომელზედაც ტალღა ვრცელდება რხევის პერიოდის ტოლ დროს
ტალღის ამპლიტუდა A - ნაწილაკების რხევების ამპლიტუდა ტალღაში
ტალღის სიჩქარე v - არეულობათა გავრცელების სიჩქარე გარემოში
ტალღის პერიოდი T - რხევის პერიოდი
ტალღის სიხშირე ν - პერიოდის ორმხრივი
მოგზაურობის ტალღის განტოლება
მოძრავი ტალღის გავრცელებისას, გარემოს დარღვევები აღწევს სივრცეში მომდევნო წერტილებს, ხოლო ტალღა გადასცემს ენერგიას და იმპულსს, მაგრამ არ გადააქვს მატერია (საშუალების ნაწილაკები აგრძელებენ რხევას სივრცეში იმავე ადგილას).
სადაც v-სიჩქარე , φ 0 - საწყისი ეტაპი , ω – ციკლური სიხშირე , ა- დიაპაზონი
მექანიკური ტალღების თვისებები
1. ტალღის ასახვა – ნებისმიერი წარმოშობის მექანიკურ ტალღებს აქვს უნარი აისახოს ორ მედიას შორის ინტერფეისიდან. თუ გარემოში გავრცელებულ მექანიკურ ტალღას წააწყდება რაიმე დაბრკოლება მის გზაზე, მაშინ მას შეუძლია მკვეთრად შეცვალოს მისი ქცევის ბუნება. მაგალითად, სხვადასხვა მექანიკური თვისებების მქონე ორ მედიას შორის ინტერფეისზე, ტალღა ნაწილობრივ აირეკლება და ნაწილობრივ აღწევს მეორე გარემოში.
2. ტალღების რეფრაქცია – მექანიკური ტალღების გავრცელების დროს ასევე შეიძლება დააკვირდეს გარდატეხის ფენომენს: მექანიკური ტალღების გავრცელების მიმართულების ცვლილება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას.
3. ტალღის დიფრაქცია – ტალღების გადახრა სწორხაზოვანი გავრცელებისგან, ანუ მათი დახრა დაბრკოლებების გარშემო.
4. ტალღის ჩარევა – ორი ტალღის დამატება. სივრცეში, სადაც რამდენიმე ტალღა ვრცელდება, მათი ჩარევა იწვევს რეგიონების გამოჩენას რხევის ამპლიტუდის მინიმალური და მაქსიმალური მნიშვნელობებით.
მექანიკური ტალღების ჩარევა და დიფრაქცია.
რეზინის ზოლის ან სიმის გასწვრივ გაშვებული ტალღა აისახება ფიქსირებული ბოლოდან; ეს ქმნის ტალღას, რომელიც მოძრაობს საპირისპირო მიმართულებით.
როდესაც ტალღები ზედმეტად არის გადანაწილებული, შეიძლება შეინიშნოს ჩარევის ფენომენი. ჩარევის ფენომენი ხდება თანმიმდევრული ტალღების ზედმიწევისას.
თანმიმდევრული დაურეკატალღებიერთი და იგივე სიხშირე, მუდმივი ფაზის სხვაობა და რხევები ხდება იმავე სიბრტყეში.
ჩარევა დროში მუდმივი მოვლენაა ურთიერთგაძლიერებისა და რხევების შესუსტების გარემოს სხვადასხვა წერტილში თანმიმდევრული ტალღების სუპერპოზიციის შედეგად.
ტალღების სუპერპოზიციის შედეგი დამოკიდებულია იმ ფაზებზე, რომლებშიც რხევები ერთმანეთზეა გადანაწილებული.
თუ A და B წყაროებიდან ტალღები C წერტილში ერთსა და იმავე ფაზებში მივა, მაშინ რხევები გაიზრდება; თუ ის საპირისპირო ფაზაშია, მაშინ ხდება რხევების შესუსტება. შედეგად, სივრცეში ყალიბდება გაძლიერებული და დასუსტებული რხევების ალტერნატიული რეგიონების სტაბილური ნიმუში.
მაქსიმალური და მინიმალური პირობები
თუ A და B წერტილების რხევები ფაზაში ემთხვევა და აქვთ თანაბარი ამპლიტუდა, მაშინ აშკარაა, რომ C წერტილში მიღებული გადაადგილება დამოკიდებულია ორი ტალღის ბილიკებს შორის განსხვავებაზე.
მაქსიმალური პირობები
თუ სხვაობა ამ ტალღების ბილიკებს შორის ტოლია ტალღების მთელი რიცხვის (ანუ ნახევრად ტალღების ლუწი რიცხვი) Δd = kλ , სად კ= 0, 1, 2, ..., მაშინ ჩარევის მაქსიმუმი იქმნება ამ ტალღების სუპერპოზიციის წერტილში.
მაქსიმალური მდგომარეობა
: 
A = 2x0.
მინიმალური მდგომარეობა
თუ ამ ტალღების ბილიკების სხვაობა ტოლია ნახევრად ტალღების კენტი რაოდენობის, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ A და B წერტილებიდან ტალღები ანტიფაზაში C წერტილამდე მივა და ერთმანეთს გააუქმებს.
მინიმალური მდგომარეობა:
შედეგად მიღებული რხევის ამპლიტუდა A = 0.
თუ Δd არ არის ნახევარტალღების მთელი რიცხვის ტოლი, მაშინ 0< А < 2х 0 .
ტალღების დიფრაქცია.
სწორხაზოვანი გავრცელებიდან გადახრის ფენომენი და დაბრკოლებების ტალღებით დამრგვალება ე.წ.დიფრაქცია.
კავშირი ტალღის სიგრძესა (λ) და დაბრკოლების ზომას (L) შორის განსაზღვრავს ტალღის ქცევას. დიფრაქცია ყველაზე მკაფიოდ ვლინდება, თუ დაცემის ტალღის სიგრძე აღემატება დაბრკოლების ზომებს. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ დიფრაქცია ყოველთვის არსებობს, მაგრამ შესამჩნევი ხდება მდგომარეობის პირობებში დ<<λ , სადაც d არის დაბრკოლების ზომა.
დიფრაქცია არის ნებისმიერი ბუნების ტალღების საერთო თვისება, რომელიც ყოველთვის ხდება, მაგრამ მისი დაკვირვების პირობები განსხვავებულია.
წყლის ზედაპირზე ტალღა ვრცელდება საკმარისად დიდი დაბრკოლებისკენ, რომლის მიღმაც წარმოიქმნება ჩრდილი, ე.ი. ტალღის პროცესი არ შეინიშნება. ეს ქონება გამოიყენება პორტებში ტალღების მშენებლობაში. თუ დაბრკოლების ზომა შედარებულია ტალღის სიგრძესთან, მაშინ დაბრკოლების უკან იქნება ტალღა. მის უკან ტალღა ისე ვრცელდება, თითქოს დაბრკოლება საერთოდ არ იყოს, ე.ი. შეინიშნება ტალღის დიფრაქცია.
დიფრაქციის გამოვლინების მაგალითები . სახლის კუთხეში ხმამაღალი საუბრის მოსმენა, ტყეში ხმები, ტალღები წყლის ზედაპირზე.
მდგარი ტალღები
მდგარი ტალღები წარმოიქმნება პირდაპირი და არეკლილი ტალღების დამატებით, თუ მათ აქვთ იგივე სიხშირე და ამპლიტუდა.
ორივე ბოლოზე დაფიქსირებულ ძაფში წარმოიქმნება რთული ვიბრაციები, რომლებიც შეიძლება ჩაითვალოს სუპერპოზიციის შედეგად ( სუპერპოზიციები) ორი ტალღა, რომლებიც ვრცელდება საპირისპირო მიმართულებით და განიცდის ანარეკლს და ხელახლა ასახვას ბოლოებში. ორივე ბოლოზე დაფიქსირებული სიმების ვიბრაცია ქმნის ყველა სიმებიანი მუსიკალური ინსტრუმენტის ხმებს. ძალიან მსგავსი ფენომენი ხდება ჩასაბერი ინსტრუმენტების, მათ შორის ორგანოს მილების ხმაზე.
სიმების ვიბრაცია. ორივე ბოლოზე დამაგრებულ დაჭიმულ ძაფში, როცა აღგზნებულია განივი ვიბრაციები, მდგარი ტალღები , და კვანძები უნდა განთავსდეს იმ ადგილებში, სადაც სიმებიანი ფიქსირდება. ამიტომ, სტრიქონი აღფრთოვანებულია შესამჩნევი ინტენსივობა მხოლოდ ისეთი ვიბრაციები, რომელთა ტალღის სიგრძის ნახევარი ჯდება სიმის სიგრძეზე მთელი რიცხვით.
ეს გულისხმობს მდგომარეობას 
ტალღის სიგრძე შეესაბამება სიხშირეს 
n = 1, 2, 3...სიხშირეები ვნ დაურეკა ბუნებრივი სიხშირეები სიმები.
ჰარმონიული ვიბრაციები სიხშირეებით ვნ დაურეკა საკუთარი ან ნორმალური ვიბრაციები . მათ ასევე უწოდებენ ჰარმონიას. ზოგადად, სიმის ვიბრაცია არის სხვადასხვა ჰარმონიის სუპერპოზიცია.
მუდმივი ტალღის განტოლება :
წერტილებში, სადაც კოორდინატები აკმაყოფილებს პირობას 
(ნ= 1, 2, 3, ...), მთლიანი ამპლიტუდა უდრის მაქსიმალურ მნიშვნელობას - ეს ანტინოდები
მდგარი ტალღა. ანტინოდური კოორდინატები
: 
წერტილებზე, რომელთა კოორდინატები აკმაყოფილებს პირობას
(ნ= 0, 1, 2,…), რხევის ჯამური ამპლიტუდა ნულის ტოლია – ეს კვანძებიმდგარი ტალღა. კვანძის კოორდინატები: 
მუდმივი ტალღების წარმოქმნა შეინიშნება, როდესაც მოძრაობს და არეკლილი ტალღები ერევა. საზღვარზე, სადაც ტალღა აირეკლება, ანტიკვანძი მიიღება, თუ გარემო, საიდანაც ხდება არეკვლა, ნაკლებად მკვრივია (a), ხოლო კვანძი მიიღება, თუ ის უფრო მკვრივია (b).
თუ გავითვალისწინებთ მოგზაურობის ტალღა , შემდეგ მისი გავრცელების მიმართულებით ენერგია გადადისრხევითი მოძრაობა. Როდესაც იგივე არ არსებობს ენერგიის გადაცემის მუდმივი ტალღა , იმიტომ ერთი და იგივე ამპლიტუდის ინციდენტი და არეკლილი ტალღები ატარებენ ერთსა და იმავე ენერგიას საპირისპირო მიმართულებით.
მდგარი ტალღები წარმოიქმნება, მაგალითად, ორივე ბოლოზე გაჭიმულ ძაფში, როდესაც მასში განივი ვიბრაცია აღელვებს. უფრო მეტიც, ფიქსაციის ადგილებში არის მდგარი ტალღის კვანძები.
თუ მუდმივი ტალღა დამყარებულია ჰაერის სვეტში, რომელიც ღიაა ერთ ბოლოში (ბგერითი ტალღა), მაშინ ღია ბოლოში წარმოიქმნება ანტინოდი, ხოლო მოპირდაპირე ბოლოში კვანძი.
მექანიკური ან ელასტიური ტალღა არის რხევების გავრცელების პროცესი დრეკად გარემოში. მაგალითად, ჰაერი იწყებს რხევას ვიბრაციული სიმის ან დინამიკის კონუსის ირგვლივ - სიმი ან დინამიკი ხმის ტალღის წყაროდ იქცა.
მექანიკური ტალღის წარმოქმნისთვის უნდა დაკმაყოფილდეს ორი პირობა - ტალღის წყაროს არსებობა (ეს შეიძლება იყოს ნებისმიერი რხევადი სხეული) და ელასტიური საშუალო (გაზი, თხევადი, მყარი).
გაარკვიეთ ტალღის მიზეზი. რატომ ხვდებიან ნებისმიერი რხევადი სხეულის მიმდებარე გარემოს ნაწილაკები რხევად მოძრაობაში?
ერთგანზომილებიანი ელასტიური საშუალების უმარტივესი მოდელი არის ბურთულების ჯაჭვი, რომლებიც დაკავშირებულია ზამბარებით. ბურთები მოლეკულების მოდელებია, მათ დამაკავშირებელი ზამბარები აყალიბებს მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების ძალებს.
დავუშვათ, პირველი ბურთი რხევა ω სიხშირით. ზამბარა 1-2 დეფორმირებულია, მასში წარმოიქმნება ელასტიური ძალა, რომელიც იცვლება ω სიხშირით. გარე პერიოდულად ცვალებადი ძალის მოქმედებით, მეორე ბურთი იწყებს იძულებითი რხევების შესრულებას. ვინაიდან იძულებითი რხევები ყოველთვის ხდება გარე მამოძრავებელი ძალის სიხშირეზე, მეორე ბურთის რხევის სიხშირე დაემთხვევა პირველის რხევის სიხშირეს. თუმცა, მეორე ბურთის იძულებითი ვიბრაცია მოხდება გარკვეული ფაზის შეფერხებით გარე მამოძრავებელ ძალასთან შედარებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მეორე ბურთი დაიწყებს რხევას ოდნავ გვიან, ვიდრე პირველი ბურთი.
მეორე ბურთის რხევები გამოიწვევს ზამბარის 2-3 პერიოდულად ცვალებად დეფორმაციას, რაც მესამე ბურთულს რხევას გამოიწვევს და ა.შ. ამრიგად, ჯაჭვის ყველა ბურთი მონაცვლეობით ჩაერთვება რხევაში პირველი ბურთის რხევის სიხშირით.
ცხადია, ელასტიურ გარემოში ტალღის გავრცელების მიზეზი არის მოლეკულებს შორის ურთიერთქმედების არსებობა. ტალღაში ყველა ნაწილაკების რხევის სიხშირე ერთნაირია და ემთხვევა ტალღის წყაროს რხევის სიხშირეს.
ტალღის ნაწილაკების რხევების ბუნების მიხედვით ტალღები იყოფა განივი, გრძივი და ზედაპირული ტალღებად.
AT გრძივი ტალღანაწილაკები ირხევა ტალღის გავრცელების მიმართულებით.
გრძივი ტალღის გავრცელება დაკავშირებულია გარემოში დაჭიმულ-კომპრესიული დეფორმაციის წარმოქმნასთან. საშუალო დაჭიმულ უბნებში შეინიშნება ნივთიერების სიმკვრივის დაქვეითება - იშვიათობა. საშუალების შეკუმშულ ადგილებში, პირიქით, ხდება ნივთიერების სიმკვრივის მატება - ე.წ. ამ მიზეზით, გრძივი ტალღა არის მოძრაობა კონდენსაციისა და იშვიათობის არეების სივრცეში.
დაჭიმულ-კომპრესიული დეფორმაცია შეიძლება მოხდეს ნებისმიერ ელასტიურ გარემოში, ამიტომ გრძივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს აირებში, სითხეებსა და მყარ სხეულებში. გრძივი ტალღის მაგალითია ხმა.
AT ათვლის ტალღანაწილაკები მერყეობენ ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად.
განივი ტალღის გავრცელება დაკავშირებულია გარემოში ათვლის დეფორმაციის წარმოშობასთან. ამ სახის დეფორმაცია შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში, ამიტომ განივი ტალღები მხოლოდ მყარ სხეულებში შეიძლება გავრცელდეს. ათვლის ტალღის მაგალითია სეისმური S ტალღა.
ზედაპირული ტალღებიხდება ორ მედიას შორის ინტერფეისზე. გარემოს რხევად ნაწილაკებს აქვთ გადაადგილების ვექტორის განივი, ზედაპირის პერპენდიკულარული და გრძივი კომპონენტები. მათი რხევების დროს, საშუალო ნაწილაკები აღწერენ ელიფსურ ტრაექტორიებს ზედაპირზე პერპენდიკულარულ სიბრტყეში და გადის ტალღის გავრცელების მიმართულებით. ზედაპირული ტალღების მაგალითია ტალღები წყლის ზედაპირზე და სეისმური L - ტალღები.
ტალღის ფრონტი არის ტალღის პროცესის მიერ მიღწეული წერტილების ადგილი. ტალღის ფრონტის ფორმა შეიძლება განსხვავებული იყოს. ყველაზე გავრცელებულია თვითმფრინავი, სფერული და ცილინდრული ტალღები.
გაითვალისწინეთ, რომ ტალღის ფრონტი ყოველთვის მდებარეობს პერპენდიკულარულიტალღის მიმართულება! ტალღის ფრონტის ყველა წერტილი დაიწყებს რხევას ერთ ფაზაში.
ტალღის პროცესის დასახასიათებლად შემოყვანილია შემდეგი რაოდენობა:
1. ტალღის სიხშირეν არის ტალღის ყველა ნაწილაკების რხევის სიხშირე.
2. ტალღის ამპლიტუდა A არის ტალღის ნაწილაკების რხევის ამპლიტუდა.
3. ტალღის სიჩქარეυ არის მანძილი, რომელზედაც ტალღური პროცესი (პერტურბაცია) ვრცელდება დროის ერთეულზე.
მიაქციეთ ყურადღება - ტალღის სიჩქარე და ტალღაში ნაწილაკების რხევის სიჩქარე სხვადასხვა ცნებებია! ტალღის სიჩქარე დამოკიდებულია ორ ფაქტორზე: ტალღის ტიპზე და საშუალოზე, რომელშიც ტალღა ვრცელდება.
ზოგადი ნიმუში ასეთია: გრძივი ტალღის სიჩქარე მყარ სხეულში უფრო მეტია, ვიდრე სითხეებში, ხოლო სითხეებში სიჩქარე, თავის მხრივ, აირებში ტალღის სიჩქარეზე მეტია.
ამ კანონზომიერების ფიზიკური მიზეზის გაგება არ არის რთული. ტალღის გავრცელების მიზეზი არის მოლეკულების ურთიერთქმედება. ბუნებრივია, არეულობა უფრო სწრაფად ვრცელდება გარემოში, სადაც მოლეკულების ურთიერთქმედება უფრო ძლიერია.
იმავე გარემოში კანონზომიერება განსხვავებულია - გრძივი ტალღის სიჩქარე მეტია განივი ტალღის სიჩქარეზე.
მაგალითად, გრძივი ტალღის სიჩქარე მყარ სხეულში, სადაც E არის ნივთიერების დრეკადობის მოდული (იანგის მოდული), ρ არის ნივთიერების სიმკვრივე.
ათვლის ტალღის სიჩქარე მყარ სხეულში, სადაც N არის ათვლის მოდული. ვინაიდან ყველა ნივთიერებისთვის მაშინ. მიწისძვრის წყარომდე მანძილის განსაზღვრის ერთ-ერთი მეთოდი ეფუძნება გრძივი და განივი სეისმური ტალღების სიჩქარის განსხვავებას.
განივი ტალღის სიჩქარე დაჭიმულ კაბელში ან ძაფში განისაზღვრება დაძაბულობის ძალით F და მასით სიგრძის ერთეულზე μ:
4. ტალღის სიგრძეλ არის მინიმალური მანძილი წერტილებს შორის, რომლებიც თანაბრად რხევიან.
წყლის ზედაპირზე მოძრავი ტალღებისთვის, ტალღის სიგრძე ადვილად განისაზღვრება, როგორც მანძილი ორ მიმდებარე კეხს ან მიმდებარე დეპრესიებს შორის.
გრძივი ტალღისთვის, ტალღის სიგრძე შეიძლება მოიძებნოს, როგორც მანძილი ორ მიმდებარე კონცენტრაციას ან იშვიათობას შორის.
5. ტალღის გავრცელების პროცესში გარემოს მონაკვეთები ჩართულია რხევის პროცესში. რხევადი გარემო, პირველ რიგში, მოძრაობს, შესაბამისად, მას აქვს კინეტიკური ენერგია. მეორეც, გარემო, რომლის მეშვეობითაც ტალღა გადის, დეფორმირებულია, შესაბამისად, მას აქვს პოტენციური ენერგია. ადვილი მისახვედრია, რომ ტალღის გავრცელება დაკავშირებულია ენერგიის გადაცემასთან გარემოს აუზიანებელ ნაწილებზე. ენერგიის გადაცემის პროცესის დასახასიათებლად წარმოგიდგენთ ტალღის ინტენსივობა მე.
