скачать doc
Урок 6 09.07
Тема урока: Волны
Механические волны – процесс распространения колебаний в упругой среде.
Источником волн является колеблющееся тело.
Энергия колеблющегося тела передается от одной точки среды к другой; сами частицы при этом не перемещаются, а только совершают колебания.
П
ричина возникновения волн в упругой среде Если тело колеблется в упругой среде, то оно воздействует на частицы среды, заставляя их совершать вынужденные колебания. За счет сил взаимодействия между частицами среды колебания передаются от одной частицы к другой.
Примеры волн: морские, звуковые, волны в струне, волны землетрясений.
Волновая поверхность — геометрическое место точек среды, колеблющихся в одинаковых фазах.
Луч — линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением распространения волны.
Луч всегда перпендикулярен волновой поверхности.
Фронт волны – точки, до которых дошло возмущение.
Типы волн
Поперечные волныВолны, в которых колебания частиц среды происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Возникают в твердых телах и на поверхности воды.
Продольные волны
Колебания происходят вдоль распространения волны.
Могут возникать в газах, жидкостях и твердых телах.
Поверхностные волны
Волны, которые распространяются на границе раздела двух сред.
Волны на границе между водой и воздухом.
Т
раектория движения частиц воды:н
а большой глубине (а) на малой глубине (б)Если λ меньше глубины водоема, то каждая частица воды на поверхности и вблизи от нее движется по эллипсу, т. е. представляет собой комбинацию колебаний в продольном и поперечном направлениях. У дна же наблюдается чисто продольное движение.
Плоские волны
Волны, у которых волновые поверхности являются плоскостями, перпендикулярными направлению распространения волн.
Сферические волны
Волны, у которых волновые поверхности являются сферами. Сферы волновых поверхностей концентрические.
Характеристики волн
Длина волны - наименьшее расстояние между двумя точками, колеблющимися в одной фазе.
Зависит только от среды, в которой распространяется волна (при равных частотах колебаний вызвавшего волну тела).
Частота - частота ν волнового движения зависит только от частоты колебаний вызвавшего волну тела.
Скорость распространения волны
Скорость υ = λν или υ = λ/T
Однако скорость распространения волны зависит от вида вещества и его состояния;
от ν и А не зависит.
Уравнение плоской волны
х = х0 sin ω (t — ℓ/υ) = х0 sin (ωt — kℓ),
где k = 2π/λ — волновое число; ℓ— расстояние, пройденное волной от источника колебаний до рассматриваемой точки А.
Запаздывание по времени колебаний точек среды: ∆t = ∆x / υ = ∆x / λν = ∆x T/ λ
Запаздывание по фазе колебаний точек среды:
∆φ = 2π ∆t /T = 2π ∆x /Tυ = 2π ∆x / λ
Разность фаз двух колеблющихся точек:
∆φ = φ 2 — φ 1 = 2π (ℓ2 — ℓ1) / λ
Энергия волны
Волны переносят энергию от одной колеблющейся частицы к другой. Частицы совершают только колебательные движения, но не движутся вместе с волной:
Е = ЕК + ЕП,
где Ек — кинетическая энергия колеблющейся частицы; ЕП — потенциальная энергия упругой деформации среды.
В некотором объеме V упругой среды, в которой распространяется волна с амплитудой х0 и циклической частотой ω, имеется средняя энергия W, равная W = 1/2m ω 2 х0 2,
где m — масса выделенного объема среды.
Интенсивность волны
Интенсивность волны - физическая величина, которая равна энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности перпендикулярно направлению распространения волны j = W υ = ½ ρ υ ω 2 х0 2
Мощность волны
Если S — поперечная площадь поверхности, через которую волной переносится энергия, а j — интенсивность волны, то мощность волны равна: p = j S