Bølger omgir oss over alt, ettersom vi lever i en verden av bevegelse og lyd. Hva er bølgeprosessens natur, hva er essensen i teorien om bølgeprosesser? La oss se på dette med et eksempel på eksperimenter.
Begrepet bølger i fysikk
Et vanlig konsept for mange prosesser er tilstedeværelsen av lyd. Per definisjon er lyd et resultat av raske oscillerende bevegelser som skapes av luft eller annet medium som oppfattes av våre hørselsorganer. Når vi kjenner denne definisjonen, kan vi fortsette å vurdere konseptet "bølgeprosess". Det finnes en rekke eksperimenter som lar deg vurdere dette fenomenet visuelt.
De studerte bølgeprosessene i fysikk kan observeres i form av radiobølger, lydbølger, kompresjonsbølger ved bruk av stemmebåndene. De sprer seg gjennom luften.
For å visuelt definere konseptet, kast en stein i en sølepytt og karakteriser spredningen av effekter. Dette er et eksempel på en gravitasjonsbølge. Det oppstår på grunn av væskens stigning og fall.
Akustikk
En hel seksjon k alt "Akustikk" er viet studiet av lydens egenskaper i fysikk. La oss se hva det kjennetegner. La oss fokusere på ting ogprosesser der alt ennå ikke er klart, på problemer som fortsatt venter på å bli løst.
Akustikk, som andre grener av fysikk, har fortsatt mange uløste mysterier. De er ennå ikke åpnet. La oss vurdere bølgeprosessen i akustikk.
Lyd
Dette konseptet er assosiert med tilstedeværelsen av oscillerende bevegelser, som produseres av partiklene i mediet. Lyd er en serie oscillerende prosesser knyttet til utseendet til bølger. I dannelsesprosessen i mediet for kompresjon og sjeldnere oppstår det en bølgeprosess.
Bølgelengdeindikatorene avhenger av naturen til mediet der oscillerende prosesser finner sted. Nesten alle fenomener som oppstår i naturen er assosiert med tilstedeværelsen av lydvibrasjoner og lydbølger som forplanter seg i miljøet.
Eksempler på å bestemme bølgeprosessen i naturen
Disse bevegelsene kan informere om fenomenet bølgeprosessen. Høyfrekvente lydbølger kan reise tusenvis av kilometer, for eksempel når en vulkan har et utbrudd.
Når et jordskjelv oppstår, oppstår sterke akustiske og geoakustiske vibrasjoner, som kan registreres av spesielle lydmottakere.
Under et jordskjelv under vann finner et interessant og forferdelig fenomen sted - en tsunami, som er en enorm bølge som oppsto under en kraftig underjordisk eller undervannsmanifestasjon av elementene.
Takket være akustikk kan du få informasjon om at en tsunami nærmer seg. Mange av disse fenomenene har vært kjent i lang tid. Men inntil nå, noen begreper om fysikkkrever nøye studier. Derfor, for studiet av mysterier som ennå ikke er løst, er det lydbølger som kommer til unnsetning.
Teori om tektonikk
På 1700-tallet ble "katastrofehypotesen" født. På den tiden var ikke begrepene "element" og "regelmessighet" koblet sammen. Så oppdaget de at alderen på havbunnen er mye yngre enn landet, og denne overflaten blir stadig oppdatert.
Det var på denne tiden, takket være et nytt blikk på jorden, at gal hypotese vokste til teorien om "Tectonics of the lithospheric plates", som sier at jordens mantel beveger seg, og himmelhvelvingen flyter. En slik prosess ligner på bevegelsen til evig is.
For å forstå den beskrevne prosessen er det viktig å kvitte seg med stereotypier og vanesyn, for å realisere andre typer vesen.
Ytterligere fremskritt innen vitenskap
Geologisk liv på jorden har sin egen tid og tilstand av materie. Vitenskapen har lyktes i å gjenskape likheten. Havets bunn beveger seg konstant, noe som forårsaker brudd og ryggdannelser ettersom ny materie stiger opp fra jordens dyp til overflaten og gradvis avkjøles.
På dette tidspunktet skjer prosesser på land når kolossale plater av litosfæren flyter på overflaten av jordens mantel - det øvre steinskallet på jorden, som bærer kontinentene og havbunnen.
Antallet slike tallerkener er rundt ti. Mantelen er urolig, så de litosfæriske platene begynner å bevege seg. Under laboratorieforhold ser denne prosessen ut som en grasiøs opplevelse.
I naturen truer det en geologisk katastrofe- jordskjelv. Årsaken til bevegelsen av litosfæriske plater er de globale konveksjonsprosessene som skjer i jordens dyp. Resultatet av sydingen blir en tsunami.
Japan
Blant andre seismisk farlige områder på jorden inntar Japan en spesiell plass, denne kjeden av øyer kalles "brannbeltet".
Tett å følge pusten fra jordens himmelhvelving, kan man forutsi den forestående katastrofen. For å studere oscillerende prosesser ble en ultradyp borerigg introdusert i jordens tykkelse. Den trengte ned til en dybde på 12 km og gjorde det mulig for forskere å trekke konklusjoner om tilstedeværelsen av visse bergarter inne i jorden.
Hastigheten til en elektromagnetisk bølge studeres på fysikktimene i klasse 9. Vis erfaring med vekter plassert i lik avstand fra hverandre. De er forbundet med identiske fjærer av vanlig form.
Hvis du flytter den første vekten til høyre et visst stykke, forblir den andre i samme posisjon en stund, men fjæren begynner allerede å presse seg sammen.
Definisjon av begrepet "bølge"
Siden en slik prosess har funnet sted, har det oppstått en elastisk kraft som vil presse den andre vekten. Han vil få akselerasjon, etter en stund vil han øke hastigheten, bevege seg i denne retningen og komprimere fjæren mellom den andre og tredje vekten. I sin tur vil den tredje motta akselerasjon, begynne å akselerere, skifte og påvirke den fjerde våren. Og derfor vil prosessen finne sted på alle elementene i systemet.
I dette tilfellet, forskyvningen av den andre lasten langstidspunktet kommer senere enn det første. Effekten henger alltid etter årsaken.
Forskyvningen av den andre lasten vil også medføre forskyvning av den tredje. Denne prosessen har en tendens til å spre seg til høyre.
Hvis den første vekten begynte å svinge i henhold til den harmoniske loven, vil denne prosessen spre seg til den andre vekten, men med en forsinket reaksjon. Derfor, hvis du får den første vekten til å vibrere, kan du få en oscillasjon som vil spre seg i rommet over tid. Dette er definisjonen av en bølge.
Varieties of waves
La oss forestille oss et stoff som består av atomer, de er:
- ha masse - som vektene foreslått i eksperimentet;
- koble til hverandre, og danner en fast kropp gjennom kjemiske bindinger (som diskutert i eksperimentet med en fjær).
Det følger at materie er et system som minner om en modell av erfaring. Det kan forplante seg en mekanisk bølge. Denne prosessen er assosiert med fremveksten av elastiske krefter. Slike bølger blir ofte referert til som "sprett".
Det finnes to typer elastiske bølger. For å bestemme dem kan du ta en lang fjær, fikse den på den ene siden og strekke den til høyre. Så du kan se at retningen for bølgeutbredelsen er langs våren. Partiklene i mediet beveger seg i samme retning.
I en slik bølge faller arten av partikkeloscillasjonsretningen sammen med retningen for bølgeutbredelsen. Dette konseptet kalles "langsgående bølge".
Hvis du strekker våren og gir den tid til å kommetil hviletilstand, og deretter kraftig endre posisjonen i vertikal retning, vil man se at bølgen forplanter seg langs fjæren og reflekteres mange ganger.
Men partikkeloscillasjonsretningen er nå vertikal, og bølgeutbredelsen er horisontal. Dette er en tverrbølge. Det kan bare eksistere i faste stoffer.
Hastigheten til elektromagnetiske bølger av forskjellige slag er forskjellig. Denne egenskapen er vellykket brukt av seismologer for å bestemme avstanden til jordskjelvkilder.
Når en bølge forplanter seg, svinger partikler langs eller på tvers, men dette er ikke ledsaget av overføring av materie, men bare av bevegelse. Så det er angitt i læreboken "Fysikk" klasse 9.
Karakterisering av bølgeligningen
Bølgeligningen i naturvitenskap er en slags lineær hyperbolsk differensialligning. Den brukes også for andre områder som dekkes av teoretisk fysikk. Dette er en av ligningene som matematisk fysikk bruker til beregninger. Spesielt er gravitasjonsbølger beskrevet. Brukes til å beskrive prosesser:
- i akustikk, som regel lineær type;
- i elektrodynamikk.
Bølgeprosesser vises i beregningen for det flerdimensjonale tilfellet av en homogen bølgeligning.
Forskjellen mellom en bølge og en sving
Bemerkelsesverdige funn kommer fra å tenke på et vanlig fenomen. Galileo tok hjertets bank som tidens standard. Dermed ble konstansen i prosessen med pendelsvingninger oppdaget - en av mekanikkens hovedbestemmelser. Denabsolutt bare for en matematisk pendel - et ideelt oscillerende system, som er preget av:
- saldoposisjon;
- kraft som returnerer kroppen til sin likevektsposisjon når den avviker;
- overganger av energi når det oppstår fluktuasjoner.
For å bringe systemet ut av balanse, er betingelsen for forekomst av svingninger nødvendig. I dette tilfellet rapporteres en viss energi. Ulike vibrasjonssystemer krever forskjellige typer energi.
Oscillasjon er en prosess som er preget av en konstant repetisjon av bevegelser eller tilstander i systemet i bestemte tidsperioder. En tydelig demonstrasjon av den oscillerende prosessen er eksemplet på en svingende pendel.
Oscillerende og bølgeprosesser observeres i nesten alle naturfenomener. Bølge har funksjonen til å forstyrre eller endre tilstanden til mediet, forplante seg i rommet og bære energi uten å måtte overføre materie. Dette er en særegen egenskap ved bølgeprosesser; de har blitt studert i fysikk i lang tid. Når du undersøker, kan du fremheve bølgelengden.
Lydbølger kan eksistere i alle sfærer, de eksisterer ikke bare i et vakuum. Elektromagnetiske bølger har spesielle egenskaper. De kan eksistere over alt, selv i et vakuum.
Energien til en bølge avhenger av dens amplitude. Den sirkulære bølgen, som forplanter seg fra kilden, sprer energi i rommet, så amplituden minker raskt.
En lineær bølge har interessante egenskaper. Energien forsvinner derfor ikke i verdensrommetamplituden til slike bølger avtar bare på grunn av friksjonskraften.
Bølgeutbredelsesretningen er avbildet av stråler - linjer som er vinkelrett på bølgefronten.
Vinkelen mellom den innfallende stråle og normalen er innfallsvinkelen. Mellom normalen og den reflekterte strålen er refleksjonsvinkelen. Likheten mellom disse vinklene er bevart i enhver posisjon av hindringen i forhold til bølgefronten.
Når bølger som beveger seg i motsatte retninger møtes, kan det dannes en stående bølge.
Resultater
Partikler av mediet mellom tilstøtende noder av en stående bølge oscillerer i samme fase. Dette er parametrene for bølgeprosessen som er fastsatt i bølgeligningene. Når bølgene møtes, kan både økninger og reduksjoner i deres amplituder observeres.
Når du kjenner til hovedkarakteristikkene til bølgeprosessen, er det mulig å bestemme amplituden til den resulterende bølgen ved et gitt punkt. La oss bestemme i hvilken fase bølgen fra den første og andre kilden kommer til dette punktet. Dessuten er fasene motsatte.
Hvis baneforskjellen er et oddetall halvbølger, vil amplituden til den resulterende bølgen på dette punktet være minimal. Hvis veiforskjellen er lik null eller et heltall av bølgelengder, vil en økning i amplituden til den resulterende bølgen bli observert ved møtepunktet. Dette er et interferensmønster når bølger fra to kilder legges til.
Frekvensen til elektromagnetiske bølger er fast i moderne teknologi. Mottaksenheten må registrere svake elektromagnetiske bølger. Hvis du setter en reflektor, vil mer bølgeenergi komme inn i mottakeren. Reflekssystemet monteres slik at det skaper maksim altsignal på mottakerenheten.
Kennetegn ved bølgeprosessen ligger til grunn for moderne ideer om lysets natur og materiens struktur. Når du studerer dem i en fysikklærebok i 9. klasse, kan du med hell lære hvordan du løser problemer fra mekanikkfeltet.
