Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Надлъжна вълна - вълна, при която възникват трептения в посоката на нейното разпространение.

Повечето от вълните, наблюдавани в природата, могат да бъдат приписани на един от двата типа: напречни или надлъжни вълни. Понякога можем да ги наблюдаваме по едно и също време, например напречна вълна на струна, която китарист скубе, предизвиква надлъжна звукова вълна в резонатора на китарата.

Например, вулканично изригване е придружено от напречна и надлъжна сеизмична вълна, разпространяваща се с различна скорост, което е в основата на един от методите за определяне на мястото на изригването.

По какво се различават надлъжните вълни от напречните?

Надлъжните вълни се характеризират с факта, че предизвикват в материалната среда, в която се разпространяват (въздух, вода, кристал и др.) измествания, успоредни на посоката на вълната. Този тип вълни ще бъдат обсъдени в тази статия.

Когато механична вълна се разпространява в материална среда, елементите на средата се движат. В зависимост от посоката на преместванията, свързани с това движение, по отношение на посоката на вълната можем да говорим за два вида вълни:

    Когато посоката на трептене на частиците на средата е успоредна на посоката на вълната, говорим за надлъжна вълна.
  1. Когато посоката на трептене на частиците на средата е перпендикулярна на посоката на вълната, говорим за напречна вълна.

Експеримент-пример: наблюдение на надлъжна вълна върху пружина

Пригответе дългата пролет. Можете да си направите сами, като навиете дълга медна жица с диаметър около 1 мм около стик за паста за зъби.Пружината за играчки също е чудесна за това. Поставете пружината хоризонтално върху дълга маса и я закрепете в единия край. Като държите другия край с ръка, опънете пружината (фиг.1).

    Бързо преместете края на пружината успоредно на нейната дължина - надясно на фиг. 1 - и бързо го върнете в първоначалното му положение. Какво гледаш?
  1. Ритмично движете края на пружината напред и назад. Каква вълна се създава сега?
Ориз. 1. Наблюдение на надлъжна вълна върху пружина

В експеримента наблюдаваме специфичен тип вълна: уплътняване и разширяване се разпространяват по пружината. Смущението на пружината е показано на фигури 2 и 3. За да бъдат цифрите по-четливи, намотките на пружината са заменени с вертикални линии. Недеформираната система е показана в горната част на фигурите. Под нея има система, в която действа вълната. Стрелките показват отместванията на избраните елементи на системата.

Ориз. 2. Едновълнов импулс, наблюдаван в експериментаОриз. 3. Хармонична вълна, наблюдавана в експеримента

Забележка: Пружинните елементи се движат успоредно на посоката на вълната. Такава вълна се нарича надлъжна.

    Фигура 2 показва едновълнов импулс, състоящ се от едно компресиране и едно разширяване. Това съответства на точка 1 от експеримента.
  1. Фигура 3. показва хармонична вълна, състояща се от периодично повтарящи се свивания и разширявания. Това съответства на точка 2 от експеримента. За да опишем надлъжни хармонични вълни, въвеждаме същите понятия като за описанието на хармонични напречни вълни: период T, честота f, амплитуда A и дължина на вълната λ. Дължината на вълната на тази хармонична вълна λ е показана на фиг. 3.

Надлъжни вълни в материалната среда

По-горе обсъдихме прости и "едномерни" модели на надлъжни вълни.Това, което е наистина интересно обаче, са вълни от този вид, разпространяващи се в "триизмерни" медии. Пример са сеизмичните вълни, генерирани в земната кора по време на вулканични изригвания (т.нар. P-вълни). Не знам дали някога ще ви се наложи лично да изпитате това явление. Въпреки това, вие постоянно срещате звукови вълни във въздуха и водата (газове и течности). Те са източникът на човешки и животински слух, затова ще им обърнем малко повече внимание.

Да се върнем на фиг. 2. и си представете, че не изобразява намотки на пружина, а хоризонтална колона въздух, мислено разделена на резени. Всяка от тези части съдържа същото количество газ. Запомнете: налягането в газа зависи от обема и намалява с увеличаване на обема. Нека сега разгледаме три такива секции (фиг. 4.), като ги разглеждаме за простота като кутии, които първоначално имат същия обем и същото налягане. Свързана с налягането е силата, която газът упражнява върху повърхността на рязане.

Ориз. 4. Мисловният експеримент, описан в текста по-горе
    Горната част показва равновесното състояние при липса на вълна. Налягането във всяка лобула е еднакво. Левият срез действа върху средния срез със сила, насочена надясно, в резултат на действието на газа върху повърхността между срезовете. Десният разрез действа върху средния разрез със сила със същата величина, но насочена наляво. Резултатът от тези сили е нула.
  1. Долната част на фигурата показва пример за смущение, причинено от вълна. Левият лоб се стесни и налягането в него се увеличи. Той действа с по-голяма сила върху средния лоб. Десният лоб се разшири, налягането в него намаля. Той действа върху средната лобула с по-малка сила. Резултатът от тези сили вече не е равен на нула и е насочен надясно.

Може да се види, че изместванията в газа създават неуравновесени сили. Получените сили ще бъдат отговорни за по-нататъшни измествания, което ще доведе до разпространение на надлъжна вълна.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Сграда