Mekaniska vågor: källan, egenskaperna med formeln

Tänk vad en mekanisk våg, kan kasta en sten i vattnet. Cirklar uppstår däri och är alternerande dalar och toppar - är ett exempel på de mekaniska vågor. Vad är deras natur? Mekaniska vågor - en process av svängningsutbredning i elastiska medier.

kapillärvågor

Sådana mekaniska vågor existerar på grund av effekten på partikelhållfastheten hos den intermolekylära växelverkan av vätska och gravitation. Människor har länge studerat fenomenet. Mest anmärkningsvärt är havet och havsvågor. Med ökande vindhastigheter, de ändrar och deras höjd ökar. Det är också komplicerat och formen av vågorna själva. I havet, kan de når skrämmande proportioner. En av de mest uppenbara exemplen är kraften i tsunamin som sveper bort allt i sin väg.

Energin i havet och havsvågor

Nå shore havsvågor med en kraftig förändring i djupet ökar. De når ibland en höjd av flera meter. I sådana ögonblick, den kinetiska energin hos den enorma vattenmassan skickas på land hinder som under dess inflytande snabbt förstöras. Styrkan av vågorna når ibland slagna värden.

elastiska vågor

Inom mekaniken studie inte bara svängningar i vätskeytan, men också så kallade elastiska vågor. Denna störning, som är fördelade i olika medier under inverkan av elastiska krafter i dem. En sådan störning är varje avvikelse av partiklarna av mediet från jämviktsläget. Ett bra exempel på elastiska vågor är en lång lina eller ett gummirör fäst ena änden till någonting. Om det är spänd, och sedan en kraftig rörelse av sido att skapa en andra (icke-klibbigt) avsluta sitt indignation, kan vi se det hela "gå igenom" längden på repet till stöd och reflektera tillbaka.

Källa av mekaniska vågor

Primär störning ger upphov till en våg miljö. Den orsakas av verkan av en främmande kropp, som inom fysiken kallas källan av vågorna. De kan vara en mänsklig hand, vajande rep eller sten kastas i vattnet. I det fall där källan har verkan av kort varaktighet, i mediet är det ofta en enda våg. När "stör" göra långa oscillerande rörelse, vågor börjar dyka upp en efter en.

Termer av mekaniska vågor

Fluktuationer av detta slag är inte alltid bildas. En förutsättning för deras utseende är utseendet vid tidpunkten för störningsmedel hindrar honom styrka, särskilt elasticitet. De försöker att föra samman grann partiklar när de är åtskilda och fjärma dem från varandra vid tidpunkten för konvergens. elastisk kraft som verkar på partiklarna som lossnat från störningskällan, börjar att dra dem ur balans. Med tiden är alla delar av media inblandade i en oscillerande rörelse. Förökning av sådana vibrationer och en våg.

Mekaniska vågor i ett elastiskt medium

I den elastiska vågen, finns det två typer av rörelse samtidigt: svängningarna hos partiklarna och fördelningen av störningen. Det kallas längsgående mekanisk våg, vilka partiklar vibrera längs riktningen för dess förökning. Kallas tvärgående vågor, medel partiklar som varierar tvärs dess utbredningsriktning.

Egenskaperna hos mekaniska vågor

Störningar i den longitudinella vågen är en förtunning och kompression, och tvärgående - skift (förskjutningar) av några skikt av mediet i förhållande till den andra. Tryckpåkänning åtföljs av elastiska krafter. Vid denna skjuvspänning är associerad med uppträdandet av elastiska krafter uteslutande i fasta ämnen. Den gasformiga och flytande medier skiftlagret av dessa medier åtföljs inte av förekomsten av nämnda kraft. På grund av dess egenskaper, kan longitudinella vågor utbreda sig i alla medier, och kors - uteslutande fast ämne.

Egenskaper för vattenvågor

Vågorna på vätskeytan inte längsgående eller tvärgående. De är mer komplexa, det så kallade längsgående och tvärgående karaktär. I detta fall, de fluid partiklarna rör sig i omkretsled eller långsträckt ellips. Den cirkulära rörelsen av partiklar vid vätskeytan, och särskilt när stora vibrationer åtföljs av deras långsamma men kontinuerlig rörelse längs riktningen av vågutbredningen. Det är dessa egenskaper hos mekaniska vågor i vattnet orsakar utseendet på stranden av olika skaldjur.

Frekvens mekaniska vågor

Om det elastiska mediet (vätska, fast, gasformig) för att initiera dess svängnings partiklar, på grund av samverkan mellan dem, kommer det att fortplanta sig med hastigheten u. Sålunda, om i ett gasformigt eller flytande medium kommer att vara i den oscillerande kroppen, börjar den rörelse som överförs till alla de närliggande partikel. De kommer att delta i arbetet med att följa och så vidare. Vid denna punkt allt mediet kommer att svänga lika frekvens lika med frekvensen för den oscillerande kroppen. Det är frekvensen för vågen. Med andra ord, kan detta värde beskrivas som de svängningsfrekvenspunkter i en miljö där vågen utbreder sig.

Omedelbart det kanske inte är klart hur denna process sker. Med mekaniska vågor associerade oscillerande rörelse energiöverföring från dess källa till periferin av mediet. Under denna uppstår så kallade periodisk deformation våg från en punkt till en annan. På så sätt behöver partiklarna i mediet rör sig tillsammans med vågen. De sträcker sig nära sitt jämviktsläge. Det är därför fördelningen av de mekaniska vågorna inte åtföljs av en överföring av materialet från ett ställe till ett annat. I de mekaniska vågor av olika frekvenser. Därför är de uppdelade i band och skapat en speciell skala. Frekvensen mäts i hertz (Hz).

grundläggande formel

Mekanisk våg, beräkningsformel som är ganska enkel, är en intressant föremål för studien. Våghastigheten (υ) - är en rörelsehastighet av dess framsida (den geometriska orten för alla punkter till vilka oscillationen har nått miljö för tillfället):

υ = √G / ρ,

där ρ - densiteten hos mediet, G - modul.

Vid beräkning av hastigheten inte skall förväxlas mekaniska vågor i ett medium med en rörelsehastighet av de medelpartiklar som är involverade i en våg process. Således, till exempel, utbreder ljudvågen genom luften med en medelhastighet fluktuationer i dess molekyler på 10 m / s, medan den akustiska våghastigheten i normala förhållanden, är 330 m / s.

Wavefront kan vara av olika typer, den enklaste av dessa är:

• Sfärisk - orsakas av fluktuationer i gasformigt eller flytande medium. Vågamplituden minskar med ökande avstånd från källan är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet.

Platt • - representerar ett plan som är vinkelrätt mot vågens fortplantningsriktning. Den förekommer, till exempel, i en sluten kolvcylinder när de senare oscillerar. Den plana vågen kännetecknas av nästan konstant amplitud. Dess lätt minskning med avståndet från störningskällan är associerad med graden av viskositeten hos den flytande eller gasformiga mediet.

våglängd

Enligt våglängd inse avståndet som dess främre förflyttas i en tid som är lika med perioden för oscillering av medelpartiklar:

λ = υT = υ / vol = 2πυ / ω,

där T - svängningsperioden, υ - våghastighet, ω - cyklisk frekvens, ν - frekvensen av svängningar av de medel prickar.

Eftersom utbredningshastigheten hos den mekaniska vågen är helt beroende av egenskaperna hos mediet, är dess längd λ under övergången från ett medium till ett annat ändras. I detta fall, alltid förblir oscillationsfrekvensen ν detsamma. Mekaniska och elektromagnetiska vågor är liknande i att deras fördelning genomförs vid energiöverföringen, men det finns ingen överföring av materia.