admin
Разница между волной и колебаниями
Волны и колебания – традиционные явления в мире который нас окружает. Рассмотрим, что они представляют из себя и чем отличается волна от колебаний.
Обозначение
Волна – недовольство, появившееся в какой-нибудь обстановке и распространяющееся в ней с каким то периодом.
Колебания – движения возвратно-поступательного характера, совершаемые некоторым телом или частичками.
Колебания
Сравнение
И в том и в ином случае происходит процесс перемещения. Но отличие волны от колебаний состоит в характере подобного движения.
Волне присуще распространение на некоторое расстояние относительно места ее проявления. При этом встречается чередование самых больших и минимум показателей (к примеру, плотности или температуры).
В геометрическом изображении подобного явления присутствуют гребни и понижения.
Волна может появляться в самых различных средах. Ее легко увидеть, к примеру, бросив в воду массивный предмет.
В толще земли работают сейсмические волны, в воздухе – световые. Отличительным свойством аналогичных возмущений, какая бы ни была их природа, считается перемещение энергии из одной зоны в иную.
Вещество же при этом, в основном, не переносится, хотя подобный вариант не исключен.
А в это время при колебаниях отсутствует протяженное перемещение энергии. Тут происходит переход последней то в одну, то в иную форму. Сам процесс выполняется в маленьком пространстве и отличается иногда повторяющимся изменением того состояния системы, которое она принимает относительно точки равновесия.
При механических колебаниях встречается перемещение вещества (маятник, качели, груз на пружине). При электро-магнитных – передвигаются только частицы.
В последнем варианте примером будет процесс, происходящий в колебательном контуре.
Необходимо выделить, что обсуждаемые явления не рассматриваются изолированными один от одного. Волну можно образно представить как «растянутое» колебание, в котором, при чередовании фаз, действует уже не одна материальная точка, а много подобных смежных элементов.
Лучше понять, в чем разница между волной и колебаниями, поможет и следующий пример. Представим, что тело в механической системе под действием силы выводится из равновесия.
Появляется движение объекта с постоянной сменой направления, или колебание. В процесс вовлекается внешняя среда.
Вещество в ней начинает сжиматься и разряжаться. Недовольство распространяется с конкретной скоростью все дальше от источника.
Этот процесс уже считается волновым.
Колебания и волны
Подобные явления, как колебания и волны, относятся к одним из очень популярных в природе, как живой, так и неорганической. К колебаниям относят те, при которых некоторые экспонированные состояния той либо другой системы иногда повторяются.
Еще со школы всем известны опыты с качающимся маятником – это пример самого обыкновенного колебательного процесса.
Очень непростым, но от этого не менее популярным можно считать подобное явление как волны. Их природа очень многообразна, и мы можем это наблюдать на примере действия многих окружающих нас явлений.
Самым наглядным, если так можно выразиться, считается свет, его распространение в самых разных средах – воздухе, воде, вакууме, химических смесях.
Понять, как между собой связаны колебания и волны очень просто. Только представьте некую колебательную систему, тот же маятник в колеблющемся состоянии, и потом переместите его, не останавливая колебательного процесса, в иное место, и вы получите волновое явление.
Проще говоря, волной можно именовать процесс, в ходе которого колебания перемещаются из одного места в иное.
Отличие природы колебаний от волн можно проследить и на примере их математического отражения. Колебания и волны, формулы которых друг от друга отличны, выражаются аналогичным образом.
Колебания в самом простейшем виде отличаются критериями количества колебаний, их частоты и времени совершения одного колебательного цикла. Формула связи таких параметров имеет этот вид: f = 1 / Т, где n – кол-во колебаний, Т – период времени, за которое происходит колебательный процесс.
Если понадобится более подробного описания колебательных явлений применяются дополнительные параметры. Так, к примеру, если мы рассматриваем колебания циклического типа, нам будет нужен критерий: фаза (j) – величина, которая показывает, какая часть колебания уже случилась с начала всего процесса, циклическая частота (w), амплитуда (А), показывающая максимальное отклонение системы от первоначального состояния. Формула этого гармонического процесса тогда примет вид: f = A sin j, или A = f / sin j.
Если учесть, что решающим фактором отличия меду волной и колебанием выступает величина смещения, в простейшем виде волновое явление можно отразить формулой вида: S = A·sin ? х (t — x/v), где S – величина волнового смещения, v – скорость смещения (скорость волны), ? – угловая частота.
В науках, которые занимаются исследованием колебательно-волновых процессов, принято отдельно рассматривать механичные волны и колебания и электромагнитные. Это связано с тем, что электромагнитные распространяются в особенных средах и отличаются тем, что при распространении переносят энергию колебательного импульса, не перенося самого вещества (системы), которая совершает это колебание.
Прежде всего, примером тут могут быть очень и очень разные поля: электрические, электромагнитные, радиоволны, излучения разных типов.
Как было сказано, колебания и волны в теории рассматриваются отдельно, но это совсем не значит их изолированности в природе и тех технологиях, которые созданы человеком. Самым прекрасным примером здесь выступит использование колебательно–волновых процессов в радиолокации.
Излучающая станция отправляет волновой колебательный сигнал с заданной частотой к объекту, который двигается в нужный момент времени. Может достигать данного объекта волна уже в другой момент времени, а отражается и приходит на принимающую станцию (модуль) – в 3-ий. Другими словами между посылом волны и ее приемом образуется некий временной отрезок, который определяет перемещение объекта в пространстве.
Зная время задержки волны и расстояние, можно с высокой точностью определять скорость объекта который двигается, и еще его расположение. Причем, чем меньше длина волны, тем определений расположения будет точнее.
В сегодняшних технологиях колебания и волны находят очень большое использование. Всем именитый процессор компьютера собой представляет не что иное, как колебательную систему, в которой заключено пару сотен миллионов транзисторов, выполняющих вычислительные операции по примеру колебательных в двоичной системе счисления. Скорость подобных колебательных систем чрезвычайно велика и измеряется в гигаГерцах.
Подобные данные может прочесть каждый пользователь, открыв окно «Мой компьютер – свойства системы».
Чем отличается волна от колебаний
Разница между волной и колебаниями
Волны и колебания — традиционные явления в мире который нас окружает. Рассмотрим, что они представляют из себя и чем отличается волна от колебаний.
Обозначение
Волна — недовольство, появившееся в какой-нибудь обстановке и распространяющееся в ней с каким то периодом.
Колебания — движения возвратно-поступательного характера, совершаемые некоторым телом или частичками.
Сравнение
И в том и в ином случае происходит процесс перемещения. Но отличие волны от колебаний состоит в характере подобного движения.
Волне присуще распространение на некоторое расстояние относительно места ее проявления. При этом встречается чередование самых больших и минимум показателей (к примеру, плотности или температуры).
В геометрическом изображении подобного явления присутствуют гребни и понижения.
Волна может появляться в самых различных средах. Ее легко увидеть, к примеру, бросив в воду массивный предмет. В толще земли работают сейсмические волны, в воздухе — световые.
Отличительным свойством аналогичных возмущений, какая бы ни была их природа, считается перемещение энергии из одной зоны в иную. Вещество же при этом, в основном, не переносится, хотя подобный вариант не исключен.
А в это время при колебаниях отсутствует протяженное перемещение энергии. Тут происходит переход последней то в одну, то в иную форму.
Сам процесс выполняется в маленьком пространстве и отличается иногда повторяющимся изменением того состояния системы, которое она принимает относительно точки равновесия.
При механических колебаниях встречается перемещение вещества (маятник, качели, груз на пружине). При электро-магнитных — передвигаются только частицы.
В последнем варианте примером будет процесс, происходящий в колебательном контуре.
Необходимо выделить, что обсуждаемые явления не рассматриваются изолированными один от одного. Волну можно образно представить как «растянутое» колебание, в котором, при чередовании фаз, действует уже не одна материальная точка, а много подобных смежных элементов.
Лучше понять, в чем разница между волной и колебаниями, поможет и следующий пример. Представим, что тело в механической системе под действием силы выводится из равновесия.
Появляется движение объекта с постоянной сменой направления, или колебание. В процесс вовлекается внешняя среда.
Вещество в ней начинает сжиматься и разряжаться.
Недовольство распространяется с конкретной скоростью все дальше от источника. Этот процесс уже считается волновым.
Почему нельзя считать колебания маятника волной?
Волна — недовольство состояния среды (изменение), которое распространяется в этой обстановке, перенося с собой энергию.
Говоря по другому, пространственное чередование максимумов и минимумов любой пространственной величины (температура, плотность, напряженность электрического поля и т.д.), которое меняется с каким то периодом, и есть волна.
Более верным определением волны будет следующим: Волна — есть явление распространения в пространстве со временем возмущения физической величины.
Не зависимо от природы волны исполнение переноса энергии происходит без переноса вещества. Перенос вещества может случиться только в роли побочного эффекта.
Процесс , в котором имеют место быть только ”местные” изменения энергии, считается важным различием волны от колебания. Волны в большинстве случаев могут отдаляться на порядочные расстояния относительно места, в котором они возникли.
В последствие этого волнам иногда дают подобное название, как ”колебание, оторвавшееся от излучателя”.
Маятником именуют твёрдое тело, которое под действием приложенных сил совершает колебания возле неподвижной точки либо оси. В физике как правило имеют понятие маятника, как тела, совершающего колебания под действием силы тяжести, ось которого не идет через центр тяжести данного тела.
Очень простым маятником считается маленькой большой и тяжелый груз С, который подвешен на нити, имеющей длину l.
Если условиться, что эта нить нерастяжима, и проигнорировать размерами груза по сравнению с длиной нити, а еще массой нити по сравнению с массой груза, то груз, подвешенный на данную нить можно рассматривать как материальную точку, которая расположена на неизменном расстоянии l от точки подвеса О.
Данный маятник называется математического маятника. Принимая к сведению перечисленные выше условия, можно дать ответ, почему колебания математического маятника нельзя считать волной?
В случае, когда колеблющееся тело нельзя рассмотреть как материальную точку, маятник будет именоваться физическим.
? Открой Секрет ? Почему нельзя заряжать телефон ночью?
Значительная часть волн по собственной сути новыми физическими явлениями не считаются, если только относительным наименованием для конкретного вида коллективного движения.
Если в объеме газа возникла волна звука, то это абсолютно не значит, что в этом объеме возникли некие новые физические объекты. Звуком именуют лишь особенный скоординированный вид перемещения тех же самых молекул.
По-иному говоря, значительная часть волн — это колебания некоторой среды. За рамками этой среды волны данного типа не существует (например, звук в вакууме).
Не обращая внимания на это, есть волны, не являющиеся ”зыбью” какой нибудь другой среды, а являются конкретно новыми физическими явлениями.
К примеру, электромагнитные волны в сегодняшней физике именуют не колебание какой-нибудь среды (называлась ”эфир” в девятнадцатом веке), а самостоятельное поле, способное самоподдерживаться, которое имеет особенность распространяться в вакууме. Также происходит и с волнами допустимости материальных частиц.
? Открой Секрет ? Почему нельзя скачать предмет в айтюнс?
Волнами именуют также и некоторые явления, но любая из этих волн имеет собственную индивидуальную специфику. Например, так говорят иногда о волнах горения, волнах плотности реагентов, волнах хим. реакций, волнах плотности потоков транспорта, температурных волнах, волнах допустимости электрона и других частиц.
Необходимо внимание уделить тому, что явления, которые смотрятся как волны, но которые не способны к самораспространению, не считаются волнами (например, дюны песка).
Механичные колебания и волны Колебания и волны
Механичные колебания и волны
Колебания и волны • Колебания — повторяющийся в самой разной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия.
– К примеру, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и обратную сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.
• Колебания практически всегда связаны с попеременным изменением энергии одной формы проявления в иную форму. • Колебания разной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно связаны c волнами.
Благодаря этому исследованиями таких закономерностей занимается обобщённая доктрина колебаний и волн. Значительное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» изменения энергии.
Классификация ПО ФИЗИЧЕСКОЙ ПРИРОДЕ • Механичные (звук, вибрация) • Электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые) • Смешанного типа — конфигурации перечисленных выше
Классификация ПО ХАРАКТЕРУ Взаимные действия С Внешней средой Вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Варианты: листы на деревах, поднятие и опускание руки.
При вынужденных колебаниях может появиться явление резонанса: внезапное возрастание амплитуды колебаний при совпадении своей частоты осциллятора и частоты влияния внешней среды.
Свободные (или свои) — это колебания в системе под действием внутренних сил, как только система выведена из состояния равновесия (в настоящих условиях свободные колебания всегда затухающие). Простейшими примерами свободных колебаний являются колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.
Классификация ПО ХАРАКТЕРУ Взаимные действия С Внешней средой Автоколебания — колебания, при которых система имеет запас возможный энергии, расходующейся на совершение колебаний (пример подобной системы — механичные часы).
Отличительным отличием автоколебаний от свободных колебаний считается, то что их амплитуда определяется характеристиками самой системы, а не начальными условиями. Параметрические — колебания, появляющиеся при изменении какого-нибудь параметра колебательной системы в результате влияния внешней среды.
Случайные — колебания, при которых внешняя или параметрическая нагрузка считается случайным процессом.
Классификация Гармонические колебания — колебания, при которых физическая (или любая иная) величина меняется со временем по синусоидальному или косинусоидальному закону.
Механичные колебания Вместе с поступательными и вращательными движениями тел в механике существенный интерес представляют и колебательные движения.
Механическими колебаниями именуют движения тел, повторяющиеся точно (или примерно) через одинаковые временные промежутки. Закон движения тела, совершающего колебания, задается при помощи некоторой периодической функции времени x = f (t).
Графическое изображение такой функции даёт наглядное представление о протекании колебательного процесса во времени.
Механичные колебания Примерами обычных колебательных систем послужат груз на пружине или математический маятник (рис. 1). Рисунок 1. Механичные колебательные системы
Характеристики механических колебаний Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого среднего её значения для системы, A или xm (м) Период — зазор времени, через который повторяются какие-нибудь критерии состояния системы (система совершает одно полное колебание), Т (с) Частота — число колебаний в единицу времени, f (Гц, с? 1). Период колебаний и частота — обратные величины: В круговых или циклических процессах заместо характеристики «частота» применяется понятие круговая (циклическая) частота ? (рад/с, с? 1), показывающая число колебаний за 2? единиц времени.
Характеристики механических колебаний Смещение — отклонение тела от положения равновесия. Обозначение Х, Мерная единица метр.
Фаза колебаний — определяет смещение практически в любое время времени, другими словами определяет состояние колебательной системы.
Механичные колебания • Простейшим видом колебательного процесса являются простые гармонические колебания, которые описываются уравнением x = xm cos (?t + ?0). • Тут x — смещение тела от положения равновесия, xm — амплитуда колебаний, т. е.
максимальное смещение от положения равновесия, ? — циклическая или круговая частота колебаний, t — время. Величина, стоящая под знаком косинуса ? = ?t + ?0 именуется фазой гармонического процесса.
При t = 0 ? = ?0, благодаря этому ?0 именуют начальной фазой.
Механичные колебания • Рис. 2. иллюстрирует изменения, которые происходят на графике гармонического процесса, если изменяются либо амплитуда колебаний xm, либо период T (или частота f), либо начальная фаза ?0. • Рисунок 2.
Во всех трех случаях для синих кривых ?0 = 0: • а — красная кривая выделяется от синей только большей амплитудой (x’m> xm); b — красная кривая выделяется от синей только значением периода (T’ = T / 2); с — красная кривая выделяется от синей только значением начальной фазы.
Свободные колебания. Пружинный маятник • Свободные колебания выполняются под действием внутренних сил системы после того, как система была выведена из положения равновесия.
• Для того, чтобы свободные колебания происходили по гармоническому закону, нужно, чтобы сила, стремящаяся возвратить тело в положение равновесия, была пропорциональна смещению тела из положения равновесия и направлена в сторону, противоположную смещению: F (t) = ma (t) = –m ?2 x (t).
Свободные колебания. Пружинный маятник • В этом соответствии ? — круговая частота гармонических колебаний.
Такого рода свойством обладает упругая сила в границах применимости закона Гука: Fупр = –kx.
• Силы любой иной физической природы, удовлетворяющие данному условию, называются квазиупругими. • Аналогичным образом, груз некоторой массы m, прикрепленный к пружине жесткости k, второй конец которой закреплен неподвижно (рис.
), составляют систему, способную в отсутствие трения выполнять свободные гармонические колебания. Груз на пружине именуют линейным гармоническим осциллятором.
Свободные колебания. Пружинный маятник • Круговая частота ?0 свободных колебаний груза на пружине находится из второго закона Ньютона: откуда • Частота ?0 именуется своей частотой колебательной системы. • Период T гармонических колебаний груза на пружине равён
Свободные колебания. Математический маятник • Математическим маятником именуют тело меньших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала если сравнивать с массой тела.
В положении равновесия, когда маятник висит по отвесу, сила тяжести уравновешивается силой натяжения нити. При отклонении маятника из положения равновесия на некоторый угол ? возникает касательная составная часть силы тяжести F? = –mg sin ? (рис. ).
Символ «минус» в данной формуле значит, что касательная составная часть направлена в сторону, противоположную отклонению маятника.
Свободные колебания. Математический маятник • Лишь в случае малых колебаний математический маятник считается гармоническим осциллятором, т. е. системой, способной выполнять гармонические колебания.
Фактически такое приближение правильно для углов порядка 15– 20°; при этом. • Колебания маятника при больших амплитудах не считаются гармоническими.
Свободные колебания. Математический маятник • Формула выражает свою частоту малых колебаний математического маятника. Тогда период: l — длина нити, g — ускорение свободного падения
Превращения энергии при свободных механических колебаниях При свободных механических колебаниях кинетическая и вероятная энергии изменяются иногда.
При высоком отклонении тела от положения равновесия его скорость, а значит, и кинетическая энергия обращаются в нуль. В этом положении вероятная энергия колеблющегося тела может достигать предельного значения.
Для груза на в горизонтальном положении расположившейся пружине вероятная энергия — это энергия упругих деформирований пружины. Для математического маятника — это энергия в поле тяготения Земли.
Превращения энергии при свободных механических колебаниях • Когда тело при собственном движении идет через положение равновесия, его скорость максимальна. В данный момент оно обладает самой большой кинетической и небольшой возможный энергетикой.
• Увеличение кинетической энергии происходит благодаря уменьшения возможный энергии. При будущем движении становится больше вероятная энергия за счёт убыли кинетической энергии и т. д.
• Аналогичным образом, при гармонических колебаниях происходит периодичное превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот.
Превращения энергии при свободных механических колебаниях Рис. 4. Превращения энергии при свободных колебаниях
Превращения энергии при свободных механических колебаниях • В настоящих условиях любая колебательная система расположена под воздействием сил трения (сопротивления). При этом часть механической энергии преобразуется во внутреннюю энергию теплового движения атомов и молекул, и колебания становятся затухающими Рис. 4. Затухающие колебания
Вынужденные колебания. Отклик.
Автоколебания • Колебания, совершающиеся под воздействием внешней периодической силы, называются вынужденными. • В данном случае внешняя сила совершает положительную работу и обеспечивает приток энергии к колебательной системе.
Она приток энергии не даёт колебаниям затухать, не обращая внимания на действие сил трения. • Периодическая внешняя сила может меняться во времени по самым разным законам.
Особенный интерес представляет случай, когда внешняя сила, изменяющаяся по гармоническому закону с частотой ?, действует на колебательную систему, способную выполнять свои колебания на некоторой частоте ?0.
• Если свободные колебания происходят на частоте ?0, которая определяется параметрами системы, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ? внешней силы.
Вынужденные колебания. Отклик.
Автоколебания • После начала воздействия внешней силы на колебательную систему нужно какое то время ?t для установки вынужденных колебаний Время установки поэтапно величины равно времени затухания ? свободных колебаний в колебательной системе.
• В начальный момент в колебательной системе возбуждаются оба процесса — вынужденные колебания на частоте ? и свободные колебания на своей частоте?0. Но свободные колебания затухают из-за неизбежного наличия сил трения.
Благодаря этому через определенный промежуток времени в колебательной системе остаются только неподвижные колебания на частоте ? внешней вынуждающей силы.
Вынужденные колебания. Отклик.
Автоколебания • Если частота ? внешней силы приближается к своей частоте ?0, появляется внезапное возрастание амплитуды вынужденных колебаний. Явление это именуется резонансом.
Зависимость амплитуды xm вынужденных колебаний от частоты ? вынуждающей силы именуется резонансной характеристикой илирезонансной кривой (рис. 5). Рисунок 5.
Резонансные кривые при разных уровнях затухания: 1 — колебательная системабез трения; при резонансе амплитуда xm вынужденных колебаний неограниченно увеличивается; 2, 3, 4 — настоящие резонансные кривые для колебательных систем с разной силой трения
Вынужденные колебания. Отклик.
Автоколебания • При резонансе амплитуда xm колебания груза может во резонансе неоднократно превышать амплитуду ym колебаний свободного (левого) конца пружины, вызванного внешним воздействием.
• В отсутствие трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе должна неограниченно вырастать.
• В настоящих условиях амплитуда установившихся вынужденных колебаний определяется требованием: работа внешней силы в течение срока колебаний должна равняться потерям механической энергии за то же время из-за трения. Чем меньше трение, тем больше амплитуда вынужденных колебаний при резонансе.
Вынужденные колебания. Отклик. Автоколебания • Вынужденные колебания — это незатухающие колебания.
Неизбежные потери энергии на трение возмещаются подводом энергии от внешнего источника иногда работающей силы.
Есть системы, в которых незатухающие колебания появляются не за счёт периодического влияния внешней среды, а в результате имеющейся у подобных систем способности самой настраивать поступление энергии от постоянного источника.
• Подобные системы называются автоколебательными, а процесс незатухающих колебаний в подобных системах — автоколебаниями. В автоколебательной системе можно отметить три отличительных элемента — колебательная система, энергетический источник и устройство обратной связи между колебательной системой и источником.
В качестве колебательной системы может быть применена любая механическая система, способная выполнять свои затухающие колебания (к примеру, маятник настенных часов)
Механичные волны • Если в каком-нибудь месте твёрдой, жидкой или газообразной среды возбуждены колебания частиц, то вследствие взаимные действия атомов и молекул среды колебания начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью.
Процесс распространения колебаний в обстановке именуется волной. • Механичные волны бывают разнообразных видов. • Если в волне частицы среды испытывают смещение по направлению, перпендикулярном направлению распространения, то волна именуется поперечной.
Примером волны подобного рода послужат волны, бегущие по натянутому резиновому жгуту (рис. ) или по струне.
Механичные волны • Если смещение частиц среды происходит по направлению распространения волны, то волна именуется продольной. Волны в упругом стержне (рис. ) или волны звука в газе являются примерами подобных волн. • Волны на поверхности жидкости имеют как поперечную, так и продольную элементы.
• Как в поперечных, так и в продольных волнах переноса вещества по направлению распространения волны не происходит. В процессе распространения частицы среды лишь происходит выполняют колебания около положений равновесия.
Впрочем волны переносят энергию колебаний от одной точки среды к волны переносят энергию другой.
Механичные волны • Специфической особенностью механических волн считается то, что они распространяются в материальных средах (твёрдых, жидких или газообразных). Есть волны, которые могут распространяться и в пустоте (к примеру, световые волны).
• Для механических волн обязательно необходима среда, обладающая обязательно необходима среда способностью запасать кинетическую и потенциальную энергию. Стало быть, среда должна владеть инертными и упругими характеристиками.
В настоящих средах данные показатели распределены по характеристиками всему объему. • Так, к примеру, любой небольшой компонент твёрдого тела обладает массой и упругостью.
В самой простой одномерной модели твёрдое тело можно представить как комплексность модели шариков и пружинок (рис. ). • Самая простая одномерная модель твёрдого тела
Механичные волны • В данной модели инертные и упругие свойства разделены. Шарики обладают массой m, а пружинки — жесткостью k. При помощи такой стандартной модели можно описать распространение продольных и поперечных волн в твёрдом теле.
• В продольных волнах шарики испытывают смещения вдоль цепочки, а пружинки растягиваются или сжимаются. Такая дефармация именуется деформацией растяжения или сжатия.
В жидкостях или газах дефармация подобного рода сопровождается уплотнением или разрежением.
• Продолговатые механичные волны могут распространяться в самых разных средах — твёрдых, жидких и газообразных.
Механичные волны • Если в одномерной модели твёрдого тела один или несколько шариков убрать по направлению, перпендикулярном цепочке, то появится дефармация сдвига. Деформированные при подобном смещении пружины будут стремиться возвратить смещенные частицы в положение равновесия.
При этом на ближайшие несмещенные частицы будут действовать упругие силы, стремящиеся отвергнуть их от положения равновесия. В результате вдоль цепочки побежит поперечная волна.
• В жидкостях и газах упругая дефармация сдвига не появляется Если 1 слой жидкости или газа убрать на определенное расстояние относительно соседнего слоя, то никаких касательных сил на границе между слоями не возникнет.
Силы, действующие на границе жидкости и твёрдого тела, и еще силы между соседними слоями жидкости всегда направлены по нормали к границе — это силы давления. То же относится к газообразной обстановке. • Стало быть, поперечные волны не существуют в жидкой или газообразной средах.
Механичные волны • Существенный интерес для практики представляют простые гармонические или синусоидальные волны. Они отличаются амплитудой A колебания частиц, частотой f и длиной волны ?. Синусоидальные волны распространяются в гомогенных средах с некоторой одинаковой скоростью ?. • «Очень быстрые фотографии» бегущей синусоидальной волны в момент времени t + ?t
Колебания и волны
Колебания — повторяющийся в самой разной степени во времени процесс изменения состояний системы. К примеру, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и обратную сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку.
Колебания практически всегда связаны с попеременным изменением энергии одной формы проявления в иную форму.
Отличие колебания от волны.
Колебания разной физической природы имеют много общих закономерностей и тесно связаны c волнами. Благодаря этому исследованиями таких закономерностей занимается обобщённая доктрина колебаний и волн.
Значительное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» изменения энергии.
Спецификации колебаний
Выделение разнообразных видов колебаний зависит от свойства, которое хотят выделить.
Для подчёркивания различной физической природы колеблющихся систем (осцилляторов) выделяют, к примеру, колебания:
- механичные (звук, вибрация);
- электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые);
- конфигурации перечисленных выше;
По характеру взаимные действия с внешней средой:
- вынужденные — колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия;
- свои или свободные — колебания при отсутствии внешних сил, когда система, после первоначального воздействия внешней силы, дается для себя (в настоящих условиях свободные колебания всегда затухающие);
- автоколебания — колебания, при которых система имеет запас возможный энергии и она расходуется на совершение колебаний (пример подобной системы — механичные часы).
Характеристики колебаний
Амплитуда(м) — максимальное отклонение колеблющейся величины от некоторого среднего её значения для системы.
Зазор времени(сек), через который повторяются какие-нибудь критерии состояния системы (система совершает одно полное колебание), именуют временем колебаний.
Число колебаний в единицу времени именуется частотой колебаний(Гц, сек-1).
Период колебанийи частота– обратные величины;
В круговых или циклических процессах заместо характеристики «частота» применяется понятие круговая или циклическая частота(Гц, сек-1, об/сек), показывающая число колебаний за время 2?:
Фаза колебаний — определяет смещение практически в любое время времени, т.е. определяет состояние колебательной системы.
Меркурий — ближайшая к Солнцу планета. Римляне в древние времена считали Меркурия покровителем торговли, туристов и воров, и еще вестником богов. В этом нет ничего удивительного, что маленькая планета, быстро перемещающаяся по небу вслед за Солнцем, обрела его имя. Меркурий был известен еще с древности, впрочем древние астрологи не сразу убедились, что вечером и утром …
Дать ответ «что такое время» непросто. В самом общем виде можно сказать, что время — это постоянная вереница сменяющих друг друга явлений. Ключевое свойство времени заключается в том, что оно продолжается, течет безостановочно. Пространство можно уберечь, но время остановить нереально. Время необратимо — поездки на машине времени в прошлое невозможны. «Нельзя …
Слог + картинка На шаге самостоятельного чтения применяется упражнение “Слог + картинка”. Подобного рода задания нечасто встречаются в учебных пособиях, однако они крайне полезны, так как помогают раннему появлению осмысленного чтения. Ребенку предлагается объединить картинку со слогом, на который начинается ее наименование. В ином варианте задания под …
Астрологи из университета Berkeley (Калифорния), работая с коллегами из Франции на телескопе ми. Вильяма Кека (Гавайи), провели подробные наблюдения двойного астероида Patroclus (Патрокл), который обращается вокруг Солнечного света по такой же орбите, что и Юпитер. Отделав данные, ученые поняли, что и сам астроид и его компаньон, возможно, сформированы в основном из водяного …