რხევების გავრცელება ტალღური შეტყობინების შუაგულში. მაგრამ

თქვენს ყურადღებას წარმოგიდგენთ ვიდეო გაკვეთილს თემაზე „ვიბრაციების გავრცელება ელასტიურ გარემოში. გრძივი და განივი ტალღები. ამ გაკვეთილზე ჩვენ შევისწავლით საკითხებს, რომლებიც დაკავშირებულია ვიბრაციების გავრცელებასთან დრეკად გარემოში. გაიგებთ რა არის ტალღა, როგორ ჩნდება, როგორ ახასიათებს. მოდით შევისწავლოთ თვისებები და განსხვავებები გრძივი და განივი ტალღებს შორის.

ჩვენ მივმართავთ ტალღებთან დაკავშირებული საკითხების შესწავლას. მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა არის ტალღა, როგორ ჩნდება და რა ახასიათებს მას. გამოდის, რომ სივრცის ვიწრო რეგიონში მხოლოდ რხევის პროცესის გარდა, შესაძლებელია ამ რხევების გავრცელება გარემოშიც და სწორედ ასეთი გავრცელებაა ტალღური მოძრაობა.

მოდით გადავიდეთ ამ განაწილების განხილვაზე. გარემოში რხევების არსებობის შესაძლებლობის განსახილველად უნდა განვსაზღვროთ რა არის მკვრივი გარემო. მკვრივი გარემო არის გარემო, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ნაწილაკებისგან, რომელთა ურთიერთქმედება ძალიან ახლოს არის დრეკადობასთან. წარმოიდგინეთ შემდეგი სააზროვნო ექსპერიმენტი.

ბრინჯი. 1. სააზროვნო ექსპერიმენტი

ელასტიურ გარემოში მოვათავსოთ სფერო. ბურთი შემცირდება, შემცირდება ზომით და შემდეგ გაფართოვდება, როგორც გულისცემა. რა იქნება დაცული ამ შემთხვევაში? ამ შემთხვევაში, ნაწილაკები, რომლებიც ამ ბურთის მიმდებარედ არიან, იმეორებენ მის მოძრაობას, ე.ი. მოშორება, მიახლოება - ამით ისინი მერყეობენ. ვინაიდან ეს ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ბურთისგან უფრო დაშორებულ სხვა ნაწილაკებთან, ისინი ასევე ირხევავენ, მაგრამ გარკვეული შეფერხებით. ნაწილაკები, რომლებიც ახლოს არიან ამ ბურთთან, რხევიან. ისინი გადაეცემა სხვა ნაწილაკებს, უფრო შორს. ამრიგად, რხევა გავრცელდება ყველა მიმართულებით. გაითვალისწინეთ, რომ ამ შემთხვევაში, რხევის მდგომარეობა გავრცელდება. რხევების მდგომარეობის ეს გავრცელება არის ის, რასაც ჩვენ ტალღას ვუწოდებთ. შეიძლება ითქვას რომ დროთა განმავლობაში ელასტიურ გარემოში ვიბრაციების გავრცელების პროცესს მექანიკური ტალღა ეწოდება.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ: როდესაც ვსაუბრობთ ასეთი რხევების წარმოქმნის პროცესზე, უნდა ვთქვათ, რომ ისინი შესაძლებელია მხოლოდ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების შემთხვევაში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ტალღა შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მაშინ, როდესაც არსებობს გარეგანი შემაშფოთებელი ძალა და ძალები, რომლებიც ეწინააღმდეგებიან შემაშფოთებელი ძალის მოქმედებას. ამ შემთხვევაში, ეს არის ელასტიური ძალები. გამრავლების პროცესი ამ შემთხვევაში დაკავშირებული იქნება ამ საშუალების ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების სიმკვრივესა და სიძლიერესთან.

ავღნიშნოთ კიდევ ერთი რამ. ტალღა არ ატარებს მატერიას. ბოლოს და ბოლოს, ნაწილაკები წონასწორობის პოზიციის მახლობლად ირხევიან. მაგრამ ამავე დროს, ტალღა ატარებს ენერგიას. ამ ფაქტის ილუსტრირება შესაძლებელია ცუნამის ტალღებით. მატერიას ტალღა არ ატარებს, მაგრამ ტალღა ატარებს ისეთ ენერგიას, რომელსაც დიდი კატასტროფები მოაქვს.

მოდით ვისაუბროთ ტალღების ტიპებზე. არსებობს ორი ტიპი - გრძივი და განივი ტალღები. Რა გრძივი ტალღები? ეს ტალღები შეიძლება არსებობდეს ყველა მედიაში. და მკვრივი გარემოს შიგნით პულსირებული ბურთის მაგალითი მხოლოდ გრძივი ტალღის წარმოქმნის მაგალითია. ასეთი ტალღა არის სივრცეში გავრცელება დროთა განმავლობაში. დატკეპნისა და იშვიათობის ეს მონაცვლეობა გრძივი ტალღაა. კიდევ ერთხელ ვიმეორებ, რომ ასეთი ტალღა შეიძლება არსებობდეს ყველა მედიაში - თხევადი, მყარი, აირისებრი. გრძივი ტალღა არის ტალღა, რომლის გავრცელებისას საშუალო ნაწილაკები ირხევა ტალღის გავრცელების მიმართულებით.

ბრინჯი. 2. გრძივი ტალღა

რაც შეეხება განივი ტალღას, განივი ტალღაშეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში და სითხის ზედაპირზე. ტალღას ეწოდება განივი ტალღა, რომლის გავრცელებისას საშუალო ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად ირხევა.

ბრინჯი. 3. ათვლის ტალღა

გრძივი და განივი ტალღების გავრცელების სიჩქარე განსხვავებულია, მაგრამ ეს არის შემდეგი გაკვეთილების თემა.

დამატებითი ლიტერატურის სია:

იცნობთ ტალღის ცნებას? // კვანტური. - 1985. - No6. - S. 32-33. ფიზიკა: მექანიკა. მე-10 კლასი: პროკ. ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლისთვის / მ.მ. ბალაშოვი, ა.ი. გომონოვა, ა.ბ. დოლიცკი და სხვები; რედ. გ.ია. მიაკიშევი. - M.: Bustard, 2002. ფიზიკის დაწყებითი სახელმძღვანელო. რედ. გ.ს. ლანდსბერგი. T. 3. - M., 1974 წ.

ელასტიურ გარემოში (მყარ, თხევად ან აირისებრ) გავრცელებულ მექანიკურ რხევებს ეწოდება მექანიკური ან დრეკადი. ტალღები.

უწყვეტ გარემოში რხევების გავრცელების პროცესს ტალღის პროცესი ან ტალღა ეწოდება. გარემოს ნაწილაკები, რომლებშიც ტალღა ვრცელდება, ტალღა არ მონაწილეობს მთარგმნელობით მოძრაობაში. ისინი მხოლოდ წონასწორობის პოზიციების ირგვლივ ირხევიან. ტალღასთან ერთად მხოლოდ რხევითი მოძრაობის მდგომარეობა და მისი ენერგია გადადის ნაწილაკიდან საშუალო ნაწილაკზე. Ამიტომაც ყველა ტალღის მთავარი თვისება, მიუხედავად მათი ბუნებისა, არის ენერგიის გადაცემა მატერიის გადაცემის გარეშე.

ნაწილაკების რხევების მიმართულებიდან გამომდინარე

მიმართულებისკენ, რომლითაც ტალღა ვრცელდება პრო-

ხეობადა განივიტალღები.

ელასტიური ტალღა ე.წ გრძივითუ გარემოს ნაწილაკების რხევები ხდება ტალღის გავრცელების მიმართულებით. გრძივი ტალღები დაკავშირებულია მოცულობითი დაძაბულობის დაჭიმულობასთან - გარემოს შეკუმშვასთან, ამიტომ მათ შეუძლიათ გავრცელება როგორც მყარ სხეულებში, ასევე

სითხეებსა და აირისებრ გარემოში.

xათვლის დეფორმაციები. მხოლოდ მყარ სხეულებს აქვთ ეს თვისება.

λ ნახ. 6.1.1 წარმოდგენილია ჰარმონია

გარემოს ყველა ნაწილაკების გადაადგილების დამოკიდებულება მოცემულ დროს ვიბრაციის წყარომდე მანძილზე. მანძილი ერთსა და იმავე ფაზაში რხევას უახლოეს ნაწილაკებს შორის ეწოდება ტალღის სიგრძე.ტალღის სიგრძე ასევე უდრის მანძილს, რომელზედაც ვრცელდება რხევის გარკვეული ფაზა რხევის პერიოდში.

ირხევა არა მხოლოდ 0 ღერძის გასწვრივ მდებარე ნაწილაკები X, მაგრამ გარკვეულ მოცულობაში ჩასმული ნაწილაკების ნაკრები. წერტილების გეომეტრიული ლოკუსი, სადაც რყევები აღწევს დროის მომენტში , ეწოდება ტალღის ფრონტი. ტალღის ფრონტი არის ზედაპირი, რომელიც გამოყოფს სივრცის იმ ნაწილს, რომელიც უკვე ჩართულია ტალღის პროცესში იმ არედან, რომელშიც რხევები ჯერ არ წარმოშობილა. იმავე ფაზაში რხევადი წერტილების ლოკუსი ეწოდება ტალღის ზედაპირი. ტალღის ზედაპირის დახატვა შესაძლებელია ტალღის პროცესით დაფარული სივრცის ნებისმიერ წერტილში. ტალღის ზედაპირი შეიძლება იყოს ნებისმიერი ფორმის. უმარტივეს შემთხვევაში, მათ აქვთ სიბრტყის ან სფეროს ფორმა. შესაბამისად, ტალღას ამ შემთხვევებში ბრტყელი ან სფერული ეწოდება. სიბრტყე ტალღაში ტალღის ზედაპირები ერთმანეთის პარალელურად სიბრტყეების ერთობლიობაა, ხოლო სფერულ ტალღაში ისინი კონცენტრული სფეროების ერთობლიობაა.

სიბრტყის ტალღის განტოლება

სიბრტყე ტალღის განტოლება არის გამოხატულება, რომელიც იძლევა რხევადი ნაწილაკის გადაადგილებას მისი კოორდინატების ფუნქციით. x, , და დრო

=(x,,,). (6.2.1)

ეს ფუნქცია პერიოდული უნდა იყოს დროის მიხედვით , ასევე კოორდინატებთან მიმართებაში x, , . დროში პერიოდულობა გამომდინარეობს იქიდან, რომ გადაადგილება აღწერს ნაწილაკების რხევებს კოორდინატებით x, , და კოორდინატებში პერიოდულობა გამომდინარეობს იქიდან, რომ ტალღის სიგრძის ტოლ მანძილზე ერთმანეთისგან დაშორებული წერტილები ერთნაირად მერყეობენ.

დავუშვათ, რომ რხევები ჰარმონიული ხასიათისაა და 0 ღერძი Xემთხვევა ტალღის გავრცელების მიმართულებას. მაშინ ტალღის ზედაპირი 0 ღერძის პერპენდიკულარული იქნება Xდა რადგან ყველაფერი

ტალღის ზედაპირის წერტილები ერთნაირად ირხევა, გადაადგილება დამოკიდებული იქნება მხოლოდ კოორდინატზე Xდა დრო

მოდით ვიპოვოთ წერტილების რხევის ტიპი სიბრტყეში, რომელიც შეესაბამება თვითნებურ მნიშვნელობას X. იმისთვის, რომ თვითმფრინავიდან გზა გაიაროს X= 0 თვითმფრინავამდე X, ტალღას დრო სჭირდება τ = x/υ. მაშასადამე, სიბრტყეში მყოფი ნაწილაკების რხევები X, დროში ჩამორჩება τ ნაწილაკების რხევებით სიბრტყეში X= 0 და აღწერილი იქნება განტოლებით

(x;)= cosω( − τ)+ϕ = cos ω x . (6.2.4)
υ

სადაც მაგრამარის ტალღის ამპლიტუდა; ϕ 0 - ტალღის საწყისი ფაზა (განისაზღვრება საცნობარო წერტილების არჩევით Xდა ).

მოდით დავაფიქსიროთ ფაზის ω( xυ) +ϕ 0 = კონსტ.

ეს გამოთქმა განსაზღვრავს დროს შორის ურთიერთობას და ის ადგილი X, რომელშიც ფაზას აქვს ფიქსირებული მნიშვნელობა. ამ გამოთქმის დიფერენცირებით, ჩვენ ვიღებთ

მოდით მივცეთ სიმეტრიული სიმეტრიული სიბრტყე ტალღის განტოლება

ეფექტურად Xდა ხედი. ამისათვის ჩვენ ვაცნობთ მნიშვნელობას = 2 λ π , რომელსაც ე.წ

ეცია ტალღის ნომერი, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც

ჩვენ ვივარაუდეთ, რომ რხევის ამპლიტუდა არ არის დამოკიდებული X. სიბრტყე ტალღისთვის ეს შეინიშნება, როდესაც ტალღის ენერგია არ შეიწოვება გარემოს მიერ. ენერგიის შთანთქმის გარემოში გავრცელებისას, ტალღის ინტენსივობა თანდათან მცირდება რხევების წყაროდან დაშორებით, ანუ შეინიშნება ტალღის შესუსტება. ერთგვაროვან გარემოში, ასეთი აორთქლება ხდება ექსპონენტურად

კანონი = 0 −β x. შემდეგ შთამნთქმელი საშუალების სიბრტყე ტალღის განტოლებას აქვს ფორმა

სადაც r არის რადიუსის ვექტორი, ტალღის წერტილები; = r- ტალღის ვექტორი; r არის ტალღის ზედაპირის ნორმალურის ერთეული ვექტორი.

ტალღის ვექტორიარის ტალღის რიცხვის აბსოლუტური მნიშვნელობით ტოლი ვექტორი და აქვს ნორმალური მიმართულება ტალღის ზედაპირზე -

დაურეკა.
გადავიდეთ წერტილის რადიუსის ვექტორიდან მის კოორდინატებზე x, ,
(6.3.2)
=k x x+k y y+კ ზ ზ.
შემდეგ ფორმას იღებს განტოლება (6.3.1).
(x,,;)= cos(ω k x xk y yკ ზ ზ+ϕ 0). (6.3.3)

დავადგინოთ ტალღის განტოლების ფორმა. ამისათვის ჩვენ ვპოულობთ მეორე ნაწილობრივ წარმოებულებს კოორდინატებთან და დროსთან მიმართებაში, გამოსახულებაში (6.3.3)

∂ 2
= −ω cos +ϕ 0) = −ω ;
∂ 2
x = − k x A cos(ω +ϕ 0) = − k x S
. (6.3.4)
∂ 2
= − k y A cos +ϕ 0) = − k y S;
∂ 2
= − კ ზ ა cos(ω +ϕ 0) = − კ ზ ს
წარმოებულების დამატება კოორდინატებთან მიმართებაში და წარმოებულის გათვალისწინება
დროთა განმავლობაში მივიღებთ
2 2 2 2
2 + 2 + 2 = − (kx 2 + k y 2 + კზ 2) = − 2 = 2 . (6.3.5)
x ω
2
ჩანაცვლებას გავაკეთებთ = ω 2 = და მიიღეთ ტალღის განტოლება
ω υ ω υ
∂ 2 + ∂ 2 + ∂ 2 = 1 ∂ 2 ან = 1 ∂ 2 , (6.3.6)
x 2 2 2 υ 2 ∂ 2 υ 2 ∂ 2
სად = ∂ 2 + ∂ 2 + ∂ 2 არის ლაპლასის ოპერატორი.
x 2 2 2

თქვენს ყურადღებას წარმოგიდგენთ ვიდეო გაკვეთილს თემაზე „ვიბრაციების გავრცელება ელასტიურ გარემოში. გრძივი და განივი ტალღები. ამ გაკვეთილზე ჩვენ შევისწავლით საკითხებს, რომლებიც დაკავშირებულია ვიბრაციების გავრცელებასთან დრეკად გარემოში. გაიგებთ რა არის ტალღა, როგორ ჩნდება, როგორ ახასიათებს. მოდით შევისწავლოთ თვისებები და განსხვავებები გრძივი და განივი ტალღებს შორის.

ჩვენ მივმართავთ ტალღებთან დაკავშირებული საკითხების შესწავლას. მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ რა არის ტალღა, როგორ ჩნდება და რა ახასიათებს მას. გამოდის, რომ სივრცის ვიწრო რეგიონში მხოლოდ რხევის პროცესის გარდა, შესაძლებელია ამ რხევების გავრცელება გარემოშიც და სწორედ ასეთი გავრცელებაა ტალღური მოძრაობა.

მოდით გადავიდეთ ამ განაწილების განხილვაზე. გარემოში რხევების არსებობის შესაძლებლობის განსახილველად უნდა განვსაზღვროთ რა არის მკვრივი გარემო. მკვრივი გარემო არის გარემო, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ნაწილაკებისგან, რომელთა ურთიერთქმედება ძალიან ახლოს არის დრეკადობასთან. წარმოიდგინეთ შემდეგი სააზროვნო ექსპერიმენტი.

ბრინჯი. 1. სააზროვნო ექსპერიმენტი

ელასტიურ გარემოში მოვათავსოთ სფერო. ბურთი შემცირდება, შემცირდება ზომით და შემდეგ გაფართოვდება, როგორც გულისცემა. რა იქნება დაცული ამ შემთხვევაში? ამ შემთხვევაში, ნაწილაკები, რომლებიც ამ ბურთის მიმდებარედ არიან, იმეორებენ მის მოძრაობას, ე.ი. მოშორება, მიახლოება - ამით ისინი მერყეობენ. ვინაიდან ეს ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ბურთისგან უფრო დაშორებულ სხვა ნაწილაკებთან, ისინი ასევე ირხევავენ, მაგრამ გარკვეული შეფერხებით. ნაწილაკები, რომლებიც ახლოს არიან ამ ბურთთან, რხევიან. ისინი გადაეცემა სხვა ნაწილაკებს, უფრო შორს. ამრიგად, რხევა გავრცელდება ყველა მიმართულებით. გაითვალისწინეთ, რომ ამ შემთხვევაში, რხევის მდგომარეობა გავრცელდება. რხევების მდგომარეობის ეს გავრცელება არის ის, რასაც ჩვენ ტალღას ვუწოდებთ. შეიძლება ითქვას რომ დროთა განმავლობაში ელასტიურ გარემოში ვიბრაციების გავრცელების პროცესს მექანიკური ტალღა ეწოდება.

გთხოვთ გაითვალისწინოთ: როდესაც ვსაუბრობთ ასეთი რხევების წარმოქმნის პროცესზე, უნდა ვთქვათ, რომ ისინი შესაძლებელია მხოლოდ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების შემთხვევაში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ტალღა შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მაშინ, როდესაც არსებობს გარეგანი შემაშფოთებელი ძალა და ძალები, რომლებიც ეწინააღმდეგებიან შემაშფოთებელი ძალის მოქმედებას. ამ შემთხვევაში, ეს არის ელასტიური ძალები. გამრავლების პროცესი ამ შემთხვევაში დაკავშირებული იქნება ამ საშუალების ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების სიმკვრივესა და სიძლიერესთან.

ავღნიშნოთ კიდევ ერთი რამ. ტალღა არ ატარებს მატერიას. ბოლოს და ბოლოს, ნაწილაკები წონასწორობის პოზიციის მახლობლად ირხევიან. მაგრამ ამავე დროს, ტალღა ატარებს ენერგიას. ამ ფაქტის ილუსტრირება შესაძლებელია ცუნამის ტალღებით. მატერიას ტალღა არ ატარებს, მაგრამ ტალღა ატარებს ისეთ ენერგიას, რომელსაც დიდი კატასტროფები მოაქვს.

მოდით ვისაუბროთ ტალღების ტიპებზე. არსებობს ორი ტიპი - გრძივი და განივი ტალღები. Რა გრძივი ტალღები? ეს ტალღები შეიძლება არსებობდეს ყველა მედიაში. და მკვრივი გარემოს შიგნით პულსირებული ბურთის მაგალითი მხოლოდ გრძივი ტალღის წარმოქმნის მაგალითია. ასეთი ტალღა არის სივრცეში გავრცელება დროთა განმავლობაში. დატკეპნისა და იშვიათობის ეს მონაცვლეობა გრძივი ტალღაა. კიდევ ერთხელ ვიმეორებ, რომ ასეთი ტალღა შეიძლება არსებობდეს ყველა მედიაში - თხევადი, მყარი, აირისებრი. გრძივი ტალღა არის ტალღა, რომლის გავრცელებისას საშუალო ნაწილაკები ირხევა ტალღის გავრცელების მიმართულებით.

ბრინჯი. 2. გრძივი ტალღა

რაც შეეხება განივი ტალღას, განივი ტალღაშეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში და სითხის ზედაპირზე. ტალღას ეწოდება განივი ტალღა, რომლის გავრცელებისას საშუალო ნაწილაკები ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად ირხევა.

ბრინჯი. 3. ათვლის ტალღა

გრძივი და განივი ტალღების გავრცელების სიჩქარე განსხვავებულია, მაგრამ ეს არის შემდეგი გაკვეთილების თემა.

დამატებითი ლიტერატურის სია:

იცნობთ ტალღის ცნებას? // კვანტური. - 1985. - No6. - S. 32-33. ფიზიკა: მექანიკა. მე-10 კლასი: პროკ. ფიზიკის სიღრმისეული შესწავლისთვის / მ.მ. ბალაშოვი, ა.ი. გომონოვა, ა.ბ. დოლიცკი და სხვები; რედ. გ.ია. მიაკიშევი. - M.: Bustard, 2002. ფიზიკის დაწყებითი სახელმძღვანელო. რედ. გ.ს. ლანდსბერგი. T. 3. - M., 1974 წ.

განვიხილოთ 69-ზე ნაჩვენები ექსპერიმენტი. გრძელი ზამბარა დაკიდებულია ძაფებზე. ხელით ურტყამს მის მარცხენა ბოლოზე (სურ. 69, ა). ზემოქმედების შედეგად ზამბარის რამდენიმე ხვეული ერთიანდება, წარმოიქმნება ელასტიური ძალა, რომლის გავლენითაც ეს ხვეულები იწყებენ განსხვავებებს. როგორც ქანქარა გადის წონასწორობის პოზიციას თავის მოძრაობაში, ისე ხვეულები, წონასწორობის პოზიციის გვერდის ავლით, განაგრძობენ განსხვავებებს. შედეგად, წყაროს იმავე ადგილას უკვე ყალიბდება გარკვეული იშვიათობა (სურ. 69, ბ). რიტმული ზემოქმედებით, ხვეულები გაზაფხულის ბოლოს პერიოდულად ან მიუახლოვდება ან შორდება ერთმანეთს, ირხევა მათი წონასწორობის პოზიციის სიახლოვეს. ეს ვიბრაციები თანდათან გადაეცემა კოჭიდან ხვეულამდე მთელი ზამბარის გასწვრივ. ხვეულების კონდენსაცია და იშვიათობა გავრცელდება ზამბარის გასწვრივ, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 69, ვ.

ბრინჯი. 69. ტალღის გამოჩენა გაზაფხულზე

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, აურზაური ვრცელდება წყაროს გასწვრივ მისი მარცხენა ბოლოდან მარჯვენა ბოლოში, ანუ იცვლება გარკვეული ფიზიკური სიდიდეები, რომლებიც ახასიათებს საშუალო მდგომარეობას. ამ შემთხვევაში, ეს არეულობა არის დროთა განმავლობაში ცვლილება გაზაფხულზე ელასტიური ძალის, რხევადი ხვეულების აჩქარებისა და სიჩქარის, მათი გადაადგილების წონასწორობის პოზიციიდან.

  • სივრცეში გავრცელებულ აურზაურებს, რომლებიც შორდებიან მათი წარმოშობის ადგილს, ტალღებს უწოდებენ.

ამ განმარტებაში საუბარია ე.წ. ნებისმიერი ბუნების მოგზაურობის ტალღების მთავარი თვისება ის არის, რომ ისინი, სივრცეში გავრცელებით, ატარებენ ენერგიას.

მაგალითად, ზამბარის რხევად ხვეულებს აქვთ ენერგია. მეზობელ ხვეულებთან ურთიერთქმედებისას ისინი თავიანთი ენერგიის ნაწილს გადასცემენ მათ და ზამბარის გასწვრივ ვრცელდება მექანიკური დარღვევა (დეფორმაცია), ანუ წარმოიქმნება მოძრავი ტალღა.

მაგრამ ამავდროულად, ზამბარის თითოეული ხვეული ირხევა თავისი წონასწორული პოზიციის გარშემო და მთელი ზამბარა რჩება თავდაპირველ ადგილას.

Ამგვარად, მოგზაურობის ტალღაში ენერგია გადადის მატერიის გადაცემის გარეშე.

ამ თემაში განვიხილავთ მხოლოდ ელასტიურ მოძრავ ტალღებს, რომელთა განსაკუთრებული შემთხვევაა ხმა.

  • ელასტიური ტალღები არის მექანიკური დარღვევები, რომლებიც ვრცელდება ელასტიურ გარემოში

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, გარემოში დრეკადი ტალღების წარმოქმნა განპირობებულია მასში დეფორმაციით გამოწვეული ელასტიური ძალების გაჩენით. მაგალითად, თუ ლითონის სხეულს ჩაქუჩით მოხვდებით, მასში ელასტიური ტალღა გამოჩნდება.

გარდა ელასტიურისა, არსებობს სხვა ტიპის ტალღები, როგორიცაა ელექტრომაგნიტური ტალღები (იხ. § 44). ტალღური პროცესები ხდება ფიზიკური ფენომენის თითქმის ყველა სფეროში, ამიტომ მათ შესწავლას დიდი მნიშვნელობა აქვს.

გაზაფხულზე ტალღების გაჩენისას მისი ხვეულები მასში ტალღის გავრცელების მიმართულებით ირხევა (იხ. სურ. 69).

  • ტალღებს, რომლებშიც ვიბრაცია ხდება მათი გავრცელების მიმართულებით, გრძივი ტალღები ეწოდება.

გრძივი ტალღების გარდა არის განივი ტალღებიც. განვიხილოთ ეს გამოცდილება. სურათი 70, a გვიჩვენებს გრძელი რეზინის კაბელს, რომლის ერთი ბოლო ფიქსირდება. მეორე ბოლო მოყვანილია რხევით მოძრაობაში ვერტიკალურ სიბრტყეში (ჰორიზონტალურ კაბელზე პერპენდიკულარული). კაბელში წარმოქმნილი ელასტიური ძალების გამო, ვიბრაციები გავრცელდება კაბელის გასწვრივ. მასში წარმოიქმნება ტალღები (სურ. 70, ბ) და ტვინის ნაწილაკების რყევები ხდება ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარულად.

ბრინჯი. 70. ტალღების გაჩენა ტვინში

  • ტალღებს, რომლებშიც რხევები ხდება მათი გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად, განივი ტალღები ეწოდება.

საშუალების ნაწილაკების მოძრაობა, რომელშიც წარმოიქმნება როგორც განივი, ასევე გრძივი ტალღები, ნათლად ჩანს ტალღური მანქანის გამოყენებით (ნახ. 71). სურათი 71, a გვიჩვენებს განივი ტალღას, ხოლო ფიგურა 71, b გვიჩვენებს გრძივი ტალღას. ორივე ტალღა ვრცელდება ჰორიზონტალური მიმართულებით.

ბრინჯი. 71. განივი (ა) და გრძივი (ბ) ტალღები

ტალღის მანქანას აქვს მხოლოდ ერთი რიგი ბურთები. მაგრამ, მათ მოძრაობაზე დაკვირვებით, შეიძლება გავიგოთ, თუ როგორ ვრცელდება ტალღები სამივე მიმართულებით გაშლილ უწყვეტ მედიაში (მაგალითად, მყარი, თხევადი ან აირისებრი ნივთიერების გარკვეულ მოცულობაში).

ამისათვის წარმოიდგინეთ, რომ თითოეული ბურთი არის მატერიის ვერტიკალური ფენის ნაწილი, რომელიც მდებარეობს სურათის სიბრტყის პერპენდიკულარულად. სურათი 71, a გვიჩვენებს, რომ განივი ტალღის გავრცელებისას, ეს ფენები, როგორც ბურთები, გადაადგილდებიან ერთმანეთთან შედარებით, ირხევავენ ვერტიკალური მიმართულებით. ამრიგად, განივი მექანიკური ტალღები არის ათვლის ტალღები.

ხოლო გრძივი ტალღები, როგორც ჩანს 71, ბ ნახატიდან, არის შეკუმშვის და იშვიათობის ტალღები. ამ შემთხვევაში, საშუალების ფენების დეფორმაცია შედგება მათი სიმკვრივის შეცვლაში, ისე, რომ გრძივი ტალღები მონაცვლეობით შეკუმშვა და იშვიათია.

ცნობილია, რომ დრეკადობის ძალები ფენების ათვლის დროს წარმოიქმნება მხოლოდ მყარ სხეულებში. სითხეებსა და აირებში მიმდებარე ფენები თავისუფლად სრიალებს ერთმანეთზე დაპირისპირებული ელასტიური ძალების გამოჩენის გარეშე. ვინაიდან არ არსებობს ელასტიური ძალები, სითხეებსა და აირებში ელასტიური ტალღების წარმოქმნა შეუძლებელია. ამიტომ, განივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში.

შეკუმშვისა და იშვიათობის დროს (ანუ როდესაც იცვლება სხეულის ნაწილების მოცულობა), ელასტიური ძალები წარმოიქმნება როგორც მყარ სხეულებში, ასევე სითხეებსა და აირებში. ამიტომ, გრძივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს ნებისმიერ გარემოში - მყარ, თხევად და აირად.

კითხვები

  1. რას ჰქვია ტალღები?
  2. რა არის ნებისმიერი ბუნების მოგზაურობის ტალღების მთავარი თვისება? ხდება თუ არა მატერიის გადაცემა მოგზაურობის ტალღაში?
  3. რა არის ელასტიური ტალღები?
  4. მიეცით ტალღების მაგალითი, რომლებიც არ არის ელასტიური.
  5. რა ტალღებს უწოდებენ გრძივი; განივი? მიეცით მაგალითები.
  6. რომელი ტალღები - განივი თუ გრძივი - არის ათვლის ტალღები; შეკუმშვისა და იშვიათობის ტალღები?
  7. რატომ არ ვრცელდება განივი ტალღები თხევად და აირისებრ გარემოში?