Параграф 34 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Распространение колебаний в среде. Волны

Возникновение волн

Волны возникают в средах при взаимодействии упругих сил, вызывающих смещение частиц среды относительно их положения равновесия. Если ударить по одному концу пружины, как показано на рисунке, колебания передаются от витка к витку вдоль всей пружины. В местах сжатия витков образуется область повышенной плотности, а в местах их разряжения — пониженной. Эта картина периодически повторяется вдоль пружины, создавая волну. Подобные волны наблюдаются в различных средах: в газах, жидкостях и твердых телах. Они передают энергию, но не переносят вещество. Таким образом, волны являются результатом распространения возмущений в среде.

Бегущие волны

Бегущими волнами называют волны, при которых возмущение перемещается по среде, передавая энергию от одной частицы к другой. В пружине, например, это смещение витков вправо и влево относительно положения равновесия. Основное свойство бегущих волн заключается в том, что они передают энергию через среду без её переноса. В результате колебательные движения отдельных частиц складываются, формируя упорядоченное движение всей системы. В упругих средах такие волны могут распространяться в разных направлениях, создавая сложные колебательные системы. Важно учитывать, что скорость распространения волн зависит от свойств среды и типа волны.

Упругие волны

Упругие волны — это механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Их возникновение связано с деформацией среды, вызванной внешними силами. Например, удар по металлическому стержню создаёт упругие волны, которые передают энергию вдоль стержня. Упругие волны могут возникать не только в твердых телах, но и в жидкостях и газах. В этом случае они проявляются как звуковые волны. Упругие силы стремятся восстановить исходное положение частиц, создавая область сжатия и разряжения. Благодаря этим силам волны могут распространяться на большие расстояния, передавая энергию в среде.

Продольные волны

Продольные волны — это волны, при которых колебания частиц происходят вдоль направления распространения волны. Примером продольных волн служат звуковые волны в воздухе, когда частицы воздуха колеблются вперёд-назад вдоль линии распространения звука. Такие волны создают чередующиеся области сжатия и разрежения, передавая энергию вдоль направления движения. Продольные волны могут распространяться как в твердых телах, так и в жидкостях и газах. В отличие от поперечных волн, они могут существовать в любой среде, так как передача энергии в продольных волнах не требует жесткой структуры.

Поперечные волны

Поперечные волны — это волны, в которых колебания частиц происходят перпендикулярно направлению распространения волны. Примером поперечных волн являются волны на поверхности воды, где частицы воды поднимаются и опускаются, в то время как волна движется горизонтально. Такие волны могут распространяться только в твердых телах, так как требуют наличия сил сцепления между частицами. В жидкостях и газах поперечные волны невозможны из-за свободного скольжения частиц относительно друг друга. Это ограничивает их применение в ряде задач, но делает их важными для описания волновых процессов в твердых материалах.

Сейсмические волны

Сейсмические волны — это особый вид упругих волн, возникающих в результате землетрясений. Они передают энергию через Землю, распространяясь как в твердых породах, так и в жидких и газообразных слоях. Сейсмические волны могут быть продольными и поперечными. Продольные волны передают энергию быстрее и первыми достигают поверхности, в то время как поперечные вызывают сильные колебания и разрушения. При распространении в водной среде такие волны создают цунами — огромные волны, способные обрушиваться на берега и вызывать разрушения. Сейсмические волны играют важную роль в изучении внутреннего строения Земли.