Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль



ФІЗИКА

Частина 1 МЕХАНІКА

Розділ 2 ДИНАМІКА МАТЕРІАЛЬНОЇ ТОЧКИ

2.20. Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль

Часто в середовищі одночасно поширюється не один, а кілька хвильових процесів, наприклад кілька коливальних систем одночасно випромінюють хвилі. При цьому кожна частинка середовища, попадаючи в таке хвильове поле, здійснює результуючий коливальний рух, що складається з коливань, спричинених кожним із хвильових процесів. Результуюче зміщення частинки середовища у будь-який момент часу є геометричною сумою зміщень,

спричинених кожним із складових коливальних процесів окремо.

Властивість незалежного поширення одночасно хвильових процесів називається принципом суперпозиції. Прикладом незалежного накладання хвиль можуть бути звукові хвилі, що поширюються від кількох джерел звуку. Якби принципу суперпозиції не існувало, то хоровий спів і музика були б неможливими.

Проте за певних умов спостерігається відхилення від принципу суперпозиції, а саме: при накладанні двох хвильових процесів у одних точках середовища коливання підсилюються (збільшується їхня амплітуда), в інших – слабшають (амплітуда коливань зменшується).

Таке явище називають інтерференцією хвиль. Воно спостерігається тоді, коли через ту саму точку середовища поширюються два хвильових процеси з однаковою частотою й однаковим напрямом зміщення частинок, а різниця фаз коливань, що додаються, в кожній фіксованій точці середовища залишається сталою. Ці умови виконуються тоді, коли джерелом обох хвильових процесів є одна й та сама коливальна система. Дістати від одного джерела дві серії хвиль зі сталою різницею фаз можна, наприклад, якщо використати крім прямої відбиту хвилю (при цьому може утворитися стояча хвиля).

Отже, умовами інтерференції хвиль є однакова частота, однаковий напрям зміщення частинок і сталість різниці фаз коливань, що додаються. Хвилі, для яких виконуються ці умови, називають когерентними. Накладання кількох когерентних хвиль завжди приводить до виникнення інтерференції.

Хвилі, для яких напрям коливання частинок середовища збігається з напрямом хвильового процесу, називають поздовжніми. Прикладом поздовжніх хвиль можуть бути звукові хвилі в газах і рідинах: тут згущення й розрідження частинок періодично повторюються в напрямі поширення звуку. Хвилі, для яких напрям коливання частинок середовища перпендикулярний до поширення хвильового процесу, називають поперечними.

Для вивчення будь-якого хвильового процесу треба знати швидкість поширення хвиль, яка залежить від властивостей середовища. Тому знання швидкості поширення хвиль у середовищі дає важливу інформацію про його фізичні особливості. Помітних успіхів тепер досягла молекулярна акустика, що вивчає речовини в різних агрегатних станах за допомогою поширення звукових хвиль. Наприклад, у більш пружному середовищі хвилі поширюються швидше, ніж у менш пружному.

Можна показати, що швидкість поширення в пружному середовищі поздовжніх хвиль

Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль

А поперечних –

Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль

Де К – модуль об’ємної пружності; G – модуль зсуву; ρ – густина середовища.

Якщо поздовжня хвиля поширюється у стрижні, а не в нескінченно протяжному середовищі, у формулі (2.84) модуль об’ємної пружності К треба замінити модулем Юнга Е:

Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль

У твердих тілах поздовжні хвилі поширюються швидше від поперечних, оскільки модуль об’ємної пружності К значно більший від модуля зсуву G. Наприклад, у залізі Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвильРізниця швидкостей поширення поздовжніх і поперечних хвиль у земній корі має цінну інформацію про внутрішню будову Землі і дає змогу визначити місцеположення епіцентрів землетрусів.

Швидкість поширення хвиль на поверхні моря залежить від співвідношення між його глибиною та довжиною хвилі. Для припливних хвиль (зумовлені сукупністю дій тяжіння до Сонця й Місяця) довжина хвилі досягає сотень кілометрів, тобто значно більша від глибини. Внаслідок цього швидкість поширення припливних хвиль практично залежить лише від глибини моря h і визначається формулою Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль де g – прискорення вільного падіння.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Тектонічна будова і рельєф північної америки.
Ви зараз читаєте: Інтерференція хвиль. Швидкість поширення хвиль