Поток энергии и интенсивность волны
Волновой процесс связан с распространением энергии. Количественной характеристикой перенесенной энергии является поток энергии.
Поток энергии волн (Ф) характеризуется средней энергией, переносимой волнами в единицу времени через некоторую поверхность. Усреднение должно быть сделано за время, значительно большее периода колебаний.
Единицей потока энергии волн является ватт (Вт).
Найдем связь потока энергии волн с энергией колеблющихся точек и скоростью распространения волны.
Выделим объем среды, в которой распространяется волна, в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 5.21); площадь его основания S, а длина ребра численно равна скорости u и совпадает с направлением распространения волны. В соответствии с этим за 1с сквозь площадку S пройдет та энергия, которой обладают колеблющиеся частицы в объеме параллелепипеда Sv. Это и есть поток энергии волн:
(5.53)
где — средняя объемная плотность энергии колебательного движения (среднее значение энергии колебательного движения частиц, участвующих в волновом процессе и расположенных в 1 м3).
Поток энергии волн, отнесенный к площади, ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн, называют плотностью потока энергии волн, или интенсивностью волн:
(5.54)
Единицей плотности потока энергии волн является ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Энергия, переносимая упругой волной, складывается из потенциальной энергии деформации и кинетической энергии колеблющихся частиц.Приведем без вывода выражение для средней объемной плотности энергии волн:
(5.55)
где А — амплитуда колебаний точек среды, r— плотность. Подставляя (5.55) в (5.54),имеем
Таким образом, плотность потока энергии упругих волн пропорциональна плотности среды, квадрату амплитуды колебаний частиц, квадрату частоты колебаний и скорости распространения волны.
Дата добавления: 2015-06-10; просмотров: 1481;