Mekaniska vågor: källa, egenskaper, formler

För att föreställa sig vilka mekaniska vågor är, kan du,kasta en sten i vattnet. Cirklarna som visas på den och som alternerande fördjupningar och åsar är ett exempel på mekaniska vågor. Vad är deras väsen? Mekaniska vågor är förökningen av vibrationer i elastiska medier.

Vågor på vätskans ytor

Sådana mekaniska vågor finns tack vareeffekt på partiklar av fluidkrafter av intermolekylär interaktion och gravitation. Människor har länge studerat detta fenomen. Det mest anmärkningsvärda är havs- och havsvågor. När vindhastigheten ökar förändras de, och deras höjd ökar. Även vågornas form blir mer komplicerad. I havet kan de nå skrämmande proportioner. Ett av de mest levande exemplen på makt är tsunaminen som sveper allt i sin väg.

Energi av hav och havsvågor

Nå stranden, havsvågor med en skarpförändringar i djupförhöjning. De når ibland en höjd på flera meter. Vid sådana tillfällen överförs den kinetiska energin hos en kolossal vattenmängd till kustnära hinder, som under dess inflytande snabbt kollapser. Kraften hos surfen når ibland grandiösa värden.

Elastiska vågor

I mekaniken är inte bara fluktuationerna ivätskans yta, men även de så kallade elastiska vågorna. Dessa är störningar som förökas i olika medier under inverkan av elastiska krafter i dem. En sådan störning är någon avvikelse för partiklarna i ett givet medium från jämviktspositionen. Ett bra exempel på elastiska vågor är ett långt rep eller gummirör fäst i ena änden till något. Om det är spänd, och sedan en kraftig rörelse av sido att skapa en andra (icke-klibbigt) avsluta sitt indignation, kan vi se det hela "gå igenom" längden på repet till stöd och reflektera tillbaka.

Källa till mekaniska vågor

Den ursprungliga störningen leder till utseendet ivågens medium. Det är orsakat av någon främmande kropps verkan, som i fysiken kallas källan till vågan. De kan vara en mans hand, som svängde ett rep eller en sten som kastades i vattnet. I det fall då källans verkan är av transient natur uppstår en enda våg ofta i mediet. När "störande" gör långa oscillerande rörelser börjar vågor att dyka upp efter varandra.

Villkor för generering av mekaniska vågor

Sådana svängningar bildas inte alltid. Ett nödvändigt villkor för deras utseende är utseendet, vid ögonblicket av medeltrycket, av krafterna som förhindrar det, i synnerhet elasticiteten. De tenderar att bringa de närliggande partiklarna närmare varandra när de divergerar, och trycker dem bort från varandra när de närmar sig varandra. Elasticitetskrafter, som verkar på partiklarna som är avlägsna från störningskällan, börjar ta bort dem från jämvikt. Med tiden är alla partiklar av mediet inblandade i en vibrationell rörelse. Förökningen av sådana svängningar är också en våg.

Mekaniska vågor i ett elastiskt medium

I en elastisk våg finns det två typer av rörelsesamtidigt: partiklarnas svängningar och förbränningen av föroreningen. En longitudinell våg är en mekanisk våg vars partiklar oscillerar utmed dess utbredningsriktning. En våg kallas tvärgående, partiklarnas partiklar svänger över dess utbredningsriktning.

Egenskaper för mekaniska vågor

Förstörningarna i den longitudinella vågen ärsällsynthet och kompression och i tvärskiftningarna (förskjutningar) av vissa skikt av mediet i förhållande till de andra. Kompressionsdeformationen åtföljs av utseendet av elastiska krafter. I detta fall är skjuvdeformationen associerad med utseendet av elastiska krafter uteslutande i fastämnen. I gasformiga och flytande medier är skjuvningen av skikten av dessa medier inte åtföljd av utseendet av denna kraft. På grund av deras egenskaper kan longitudinella vågor sprida sig i alla media och tvärvågor - uteslutande i fast media.

Funktioner av vågor på vätskans yta

Vågor på vätskans yta är inte längsgående och intekorsa. De har en mer komplex, så kallad longitudinell-tvärgående karaktär. I detta fall rör sig fluidpartiklarna längs en cirkel eller längs långsträckta ellipser. Cirkulära rörelser av partiklar på vätskans yta, och speciellt med stora oscillationer, åtföljs av deras långsamma men kontinuerliga rörelse i riktning mot vågutbredning. Det är dessa egenskaper hos mekaniska vågor i vattnet som orsakar utseendet på kusten av olika skaldjur.

Frekvensen av mekaniska vågor

Om i ett elastiskt medium (flytande, fast,gasformig) för att excitera partiklarnas vibrationer, då på grund av interaktionen mellan dem kommer den att föröka sig med en hastighet u. Så, om det i ett gasformigt eller flytande medium finns en vibrerande kropp, kommer dess rörelse att börja överföras till alla partiklar som gränsar till den. De kommer att involvera följande i processen och så vidare. I detta fall kommer absolut alla punkter i mediet att göra svängningar av samma frekvens, lika med frekvensen hos den oscillerande kroppen. Det är vågens frekvens. Med andra ord kan detta värde karakteriseras som frekvensen för oscillationerna av punkter i mediet där vågen sprids.

På en gång kan det vara oklart hurdenna process uppstår. Med mekaniska vågor är överföringen av vibrationsenergi från dess källa till mediets periferi associerad. Under detta är det så kallade periodiska deformationer som bärs av en våg från en punkt till en annan. I detta fall rör sig inte partiklarnas partiklar ihop med vågan. De oscillerar bredvid deras jämviktsposition. Det är därför att förökningen av en mekanisk våg inte åtföljs av överföringen av materia från en plats till en annan. De mekaniska vågorna har en annan frekvens. Därför delades de in i områden och skapade en särskild skala. Frekvensen mäts i hertz (Hz).

Grundläggande formler

Mekaniska vågor, vars beräkningsformlerganska enkelt, är ett intressant föremål för studier. Vågens hastighet (υ) är dess främre hastighet (läget för alla punkter som mediet har på det givna ögonblicket):

υ = √G / ρ,

där p är mediets densitet och G är elasticitetsmodulen.

När du beräknar, förväxla inte mekanisk hastighetvågor i ett medium med rörelsens hastighet av partiklar av mediet som är involverade i vågprocessen. Så till exempel sprider en ljudvåg i luft med en genomsnittlig hastighet av vibrationerna hos dess molekyler vid 10 m / s medan hastigheten hos en ljudvåg under normala förhållanden är 330 m / s.

Vågfronten är av olika slag, den enklaste är:

• Sfärisk - orsakad av vibrationer i gasformigt eller flytande medium. Vågans amplitud minskar i detta fall då avståndet från källan är omvänd proportionellt mot distansens ruta.

• Flat - representerar ett plan somär vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning. Det förekommer exempelvis i en sluten kolvcylinder när den gör oscillerande rörelser. Planvågan kännetecknas av en nästan konstant amplitud. Den obetydliga minskningen när den rör sig bort från störningskällan är relaterad till viskositeten hos det gasformiga eller flytande mediet.

våglängd

Enligt våglängd inse avståndet som dess främre förflyttas i en tid som är lika med perioden för oscillering av medelpartiklar:

λ = υT = υ / v = 2πυ / ω,

där T är oscillationsperioden, υ är våghastigheten, ω är den cykliska frekvensen, v är frekvensen för vibrationen hos punkterna i mediet.

Eftersom förökningshastigheten hos den mekaniskavåg är helt beroende av mediumets egenskaper, då ändras längden A under övergången från ett medium till ett annat. Vibrationsfrekvensen v är alltid densamma. Mekaniska och elektromagnetiska vågor liknar att de överför energi, men det finns ingen överföring av materia.