Механические волны. Длина волны

Механическая волна – процесс распространения колебания в веществе за счёт взаимодействия частиц вещества.

Для описания волн используются физические величины, характеризующие колебания: амплитуда, период, частота, циклическая частота, фаза. Кроме этого используются несколько дополнительных характеристик.

Скорость волны – скорость распространения колебания. В однородной среде скорость волны – постоянная величина.

Длина волны – расстояние между ближайшими точками среды, колеблющимися синфазно.

При переходе из одной среды в другую длина волны меняется (частота колебания сохраняется). Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется волна за время, равное периоду. Следовательно, скорость волны может быть рассчитана по формуле:

Волновой луч – линия, вдоль которой переносится энергия колебания.

Волновая поверхность – множество всех точек, колеблющихся в одинаковой фазе. Источником механической волны является колеблющееся тело. Если размеры источника малы по сравнению с размерами системы (точечный источник), то в однородной среде волновые поверхности представляют собой концентрические сферы. Такая волна называется сферической.

В плоской волне волновые поверхности – это параллельные плоскости, расположенные перпендикулярно к волновому лучу.

Волны разделяют на поперечные и продольные.

● Поперечная волна – волна, колебания среды в которой происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Механические поперечные волны распространяются за счёт сил притяжения между частицами среды и существуют только в твёрдых телах или на поверхностях жидкостей.

● Продольная волна – волна, колебания среды в которой происходят в направлении, параллельном направлению распространения волны. Механические продольные волны распространяются за счёт сил отталкивания между частицами среды и существуют во всех агрегатных состояниях вещества.

Гармоническая волна – волна, сопровождающаяся гармоническими колебаниями частиц среды. Уравнение плоской поперечной гармонической волны, распространяющейся вдоль оси x, имеет вид:

где y – смещение точки среды с координатой x в момент времени t, y_m – амплитуда волны, ω – циклическая частота волны, λ – длина волны, φ₀ – начальная фаза.

Звук

Звук – механические волны с частотой колебаний от 16 Гц до 20 кГц. Механические волны с частотами меньше 16 Гц (инфразвук) и более 20 кГц (ультразвук) не воспринимаются органами слуха человека.

Скорость звука зависит от свойств среды, в которой он распространяется. Скорость звука возрастает с ростом температуры среды, с увеличением плотности среды, при изменении агрегатного состояния среды (от газообразного к твёрдому). В воздухе при нормальных условиях скорость звука 331 м/с.

Звуки разделяют на шумы (обладающие разнообразным набором частот) и музыкальные (обладающие дискретным набором строго определённых частот).

Звуковая гармоническая волна называется тоном. Высота тона зависит от его частоты: чем выше частота, тем выше тон.

Громкость звука определяется амплитудой колебания.