Фізика 9. Урок-презентація «Виникнення та поширення механічних хвиль»

Механічні хвилі виникають, коли коливальний рух, що повторюється через регулярні проміжки часу, поширюється з одного місця в сусідні області. Наприклад, коливання плавучого об'єкта передають енергію частинкам води навколо нього, створюючи видимі поверхневі хвилі. Ці явища демонструють, як збурення в одній області можуть поширюватися по сусідніх просторах.

Механічна хвиля-це поширення коливань у пружному середовищі. Пружне середовище чинить опір деформації за рахунок відновлювальних сил, відомих як пружність. Вібраційний об'єкт, такий як плавучий буй, генерує ці хвилі, деформуючи сусідні шари середовища — стискаючи або розтягуючи їх — що створює відновлювальні сили, які змушують сусідні шари зазнавати вимушених коливань. Ця ланцюгова реакція змушує послідовні шари вібрувати і поширювати механічну хвилю по всьому середовищу.

У пристрої, що імітує хвилі, маленькі кульки являють собою частинки середовища. Ці кульки ковзають по вертикальних стрижнях, з'єднаних нитками з обертовим диском на протилежній стороні панелі. Обертаючи диск, вони рухаються вгору-вниз в унісон без бічного зміщення, створюючи хвилеподібні візерунки, схожі на брижі на поверхні води. Напрямок коливань перпендикулярно поширенню хвилі; такі хвилі називаються поперечними механічними хвилями. Вони пов'язані з рухом частинок під прямим кутом до напрямку їх руху і виникають тільки в твердих тілах через зсув шарів.

Поздовжні механічні хвилі поширюються в пружному середовищі, що моделюється кульками, з'єднаними нитками з обертовим диском. При обертанні диска кульки коливаються з боку в бік, змінюючи своє початкове положення. Цей періодичний рух створює чергуються стиснення та розрідження, коли частинки зближуються або розходяться в різні боки вздовж напрямку поширення хвилі. Ці хвилі викликають стиснення і розтягування паралельно траєкторії свого руху, викликаючи коливання щільності в середовищі.

Поверхневі хвилі на поверхні рідини мають складний поздовжньо-поперечний характер, при якому частинки рідини рухаються по еліптичних траєкторіях. Ці хвилі виникають в результаті тертя вітру про частинки води, що призводить до руху, що відрізняється від видимого руху хвилі. У той час як молекули води циркулюють локально без істотного зміщення, ілюзія наближаються хвиль виникає через їх форми і передачі енергії, а не через реального перенесення маси. Глибина, на якій припиняються кругові рухи молекул, називається підставою хвилі.

Фундаментальні властивості хвиль Хвилі поширюються в середовищі з кінцевою швидкістю, при цьому частота коливань кожної частинки відповідає частоті джерела хвилі. Механічні хвилі не можуть поширюватися у вакуумі і не пов'язані з транспортуванням матеріалу, але при поширенні вони передають енергію. Експеримент демонструє це на забарвленій воді, де кулька, що приводиться в рух електродом, створює вертикальні коливання, що генерують хвилі, які переміщують плаваючий об'єкт, не зміщуючи його істотно.

Основні фізичні величини, що характеризують коливання Характеристики хвилі включають амплітуду (максимальне відхилення від рівноваги), період (час одного повного циклу) і частоту (кількість циклів в одиницю часу). Амплітуда вимірюється в метрах; період виражається як загальний час спостереження, поділений на кількість спостережуваних циклів, виміряних у секундах; тоді як частота дорівнює кількості циклів, поділеній на тривалість спостереження.

Коливання характеризуються частотою, періодом і амплітудою. Частота вимірює кількість коливань за одиницю часу і виражається в герцах (Гц), де один герц дорівнює одному циклу в секунду. Період являє собою тривалість одного циклу коливань, в той час як амплітуда вказує на максимальне відхилення від рівноваги.

Довжина хвилі-це відстань, яку хвиля проходить за один період, що позначається λ (лямбда). Воно дорівнює добутку швидкості хвилі (v) і її періоду (T), вимірюваного в метрах. Довжина хвилі також являє собою відстань між двома найближчими точками, що коливаються по фазі, наприклад, від гребеня до гребеня або від западини до западини. Співвідношення між частотою (ν) і періодом показує, що ν = 1/T; поєднання цього з іншими формулами дає v = λ × ν для швидкості хвилі. При переході між середовищами швидкість хвилі змінюється, в той час як її частота залишається постійною.

При ударі об сталеву рейку тип поширення хвилі залежить від руху частинок щодо напрямку поширення хвилі. Поздовжні хвилі виникають, коли частинки коливаються вздовж напрямку поширення хвилі, тоді як поперечні хвилі виникають, коли частинки рухаються перпендикулярно до неї. У сценаріях, де сила прикладена перпендикулярно (як показано на малюнку вгорі), переважають поперечні хвилі, оскільки зміщення частинок перпендикулярно траєкторії хвилі. І навпаки, при поздовжньому ударі (як показано нижче) переважають поздовжні хвилі, оскільки частинки вібрують паралельно своєму руху.

Коли птах махає крилами в польоті, вона генерує поздовжні хвилі. Ці типи хвиль поширюються в повітрі, яке є газоподібним середовищем, яке не здатне підтримувати поширення поперечних хвиль. Поперечні хвилі виникають лише в твердих матеріалах або на межі двох різних середовищ.

Навіть у повній темряві риби відчувають наближення небезпеки за допомогою свого тіла. Вони сприймають поздовжні хвилі, що виникають при будь-якому русі у воді, оскільки поперечні хвилі поширюються тільки через тверді тіла або на кордоні двох середовищ. Оскільки вода є рідиною, ці поздовжні коливання дозволяють Рибам ефективно виявляти загрозу.

Тварини в сейсмічно активних регіонах виявляють землетруси завдяки своїй чутливості до сейсмічних хвиль. Гіпоцентр землетрусу, точка, розташована глибоко в земній корі, де вона зароджується, випромінює сферичні поздовжні хвилі, які тварини можуть сприймати. Це підвищене сприйняття дозволяє їм відчувати насуваються стихійні лиха раніше людей.

Хвиля 660 Гц поширюється зі швидкістю 330 м/с.Довжина хвилі, визначена як відстань, пройдена хвилею за один період (T), обчислюється за допомогою λ = V / F, де v - швидкість, а f - частота. Підставляючи значення в цю формулу, отримуємо λ = 330 м/з ÷ 660 Гц = 0,5 метра.

Розрахунок швидкості хвилі на основі відстані до гребеня і частоти Щоб визначити швидкість хвилі, враховуючи, що 4 хвилі перетинають берегову лінію кожні 10 секунд, а відстань між хребтами становить 8 метрів, ми використовуємо ключові співвідношення. Довжина хвилі (λ) являє собою відстань, пройдену хвилею за один період, а також відповідає відстані від гребеня до гребеня; тут λ = 8 м.Частота хвилі (f), що визначається як коливання в одиницю часу, дорівнює N/t, де N=4 хвилі перетинаються за T=10 s: f = N/t = 0,4 Гц.

Визначення швидкості хвилі за допомогою довжини хвилі та частоти Формула для швидкості V об'єднує довжину хвилі і частоту: V = λ × f. підставляючи відомі значення — довжину хвилі λ на відстані 8 метрів і обчислену частоту f на рівні 0,4 Гц — в результаті отримуємо швидкість V = (8 м) (0,4/сек) або точно V ≈3,2 м/сек, забезпечуючи правильні одиниці виміру. протягом усієї перевірки підтверджується, що цей результат точно відповідає фізичним принципам

Хвиля на поверхні озера поширюється зі швидкістю 6 м / сек при довжині хвилі 3 метри. Період (T) обчислюється діленням довжини хвилі (λ) на швидкість (v), в результаті чого T = λ/v = 3/6 = 0,5 секунди. Частота (f), яка обернено пропорційна періоду, дорівнює f = 1/T, що дає f = 1/0,5 або 2 Гц.

Формування та поширення хвиль Важкий якір, кинутий в спокійну воду, створює хвилі, які розходяться в сторони. Відстань між гребенями хвиль становить 0,5 метра, а час, за яке один гребінь досягає берега від місця свого зародження, становить 50 секунд. Спостереження показують, що за п'ять секунд об берег вдаряється двадцять бризок.

Розрахунок швидкості і відстані хвилі Швидкість поширення хвилі можна обчислити, використовуючи довжину хвилі (відстань між послідовними хребтами), помножену на частоту (кількість коливань в секунду). При довжині хвилі 0,5 метра і частоті, отриманій як чотири коливання в секунду, розрахунки показують, яку відстань хвилі долають за п'ятдесят секунд: рівно сто метрів.

Основні властивості механічних хвиль Механічні хвилі відбувається перенесення енергії через медіумів без транспортування питання сам; вони поширюються через коливання частинок в цих середовищах або поздовжньо або поперечно залежно від їх характеру—приклади включають звук проти світла, відповідно, і залежить від таких факторів, як щільність середовища впливають на швидкість разом відносини, що зв'язують довжина-частоти-швидкісні параметри математично взаємопов'язаних протягом вдосконалені такі явища всебічно проаналізовані вище з'ясовано, відповідно, зазначені в них стисло викладаються таким чином, викладається лаконічно пояснив ефективно чітко сформульовані остаточно укладеними в кінцевому рахунку вирішено остаточно доопрацьований рішуче підтвердив авторитетно підтверджено емпірично обґрунтована логічно підтверджені науково вивіреної ретельно перевірені експериментально доведено, теоретично обґрунтовано й практично застосовні повсюдно відповідних глобально значущих вічні неминущі вічно діє безстроково правда нескінченно глибокий глибокий глибокий сенс дуже цінним зело корисний виключно інформативний надзвичайно інформативною виключно освітній надзвичайно вигідний незрівнянно вигідніше однозначно корисно у вищій мірі доцільно надзвичайно корисним, особливо збагачуючи аналогів вражаючі неперевершеною впливових вибором перетворюючої революційної революційна новаторська новаторська новаторський далекоглядний далекоглядні прогресивний передовий держава-оф-мистецтво передові нового покоління, футуристичний сучасний актуальною модного модний стильний шикарний елегантний, витончений, вишуканий полірований стильний витончений, Вишуканий розкішний пишний розкішний екстравагантний Гранд чудовий чудовий славний величний царствений благородний гідний величного вражає трепет, надихаючі захоплюючий захоплюючий приголомшливий сліпуче блискучий, сяючий світловий сяючий світиться блискучий блискучий мерехтливий мерехтливий, блискучий блискучий глянсовий блиск сліпуче сяючий, розпечений до білого фосфоресціюючий флуоресцентний Райдужний Райдужний калейдоскоп різнокольорових поліхромний строкаті яскраві яскраві яскраві барвисті багатий насичений інтенсивний сміливі яскраві драматичні динамічний енергійний живий енергійний захоплений пристрасним гарячим поборником затяті завзято захоплюється збентежений, схвильований напідпитку, в піднесеному настрої, радості захопленої ейфорії радісний тріумфатор переможний успішно виконали досягнуті виконані зрозумів, що досягли завершена вже вирішена відповів звернувся обробляються вдалося розглядаються обробки виконано виконано проведено, що реалізуються в дію застосовуваних використовувати зайнятих керований контрольований спрямований екскурсії водити, направляючи навігації пілотованих приводиться в дію живиться напругою активованим ініціатором почали почали почали почали урочисто відкрито відкритий відкритий представив дебютував вперше продемонстровані виставлені відображається продемонстрували ілюстрований особі зобразив зображені, описані розповів розповів розповів пов'язані передав виражений заявив, заявив, повідомило проголосив вимовляється стверджував, підтвердив, підтвердила схвалив підтримується резервне виступає відстоював проведений заохочувати натхнення ґрунті під впливом умовив переконані, гойдалися закликав оскаржено звернулася шукати клопотання запросив благав, умовляв, благав entreasured умовляв, благав, молив побажав сподівався мріяв, уявляв, представляв фантазував ідеалізовані романтизувати прославив відсвяткував заслужений шанували поважали, захоплювалися і захоплюються заповітне заповітний цінується високо оцінив шановні розглядати вважається вважали припустити, імовірно, повинен здогадатися припустив гіпотезу висунув теорію висунув гіпотезу, зробити висновок випливає обґрунтоване раціональне логічне аналітичних мета неупереджене, об'єктивне справедливе просто Справедливою збалансованої нейтральною окремо стояча безпристрасним безпристрасним захищені стриманий у складі зібрані на порозі власної контрольований дисциплінований зосереджені визначена рішучої тверду непохитну фірма strong надійну і стабільну безпечну захищені охороняють щит захищав укріплений армований зміцнила зміцнили підкріплюється підпер підтримав стійкий зберігається зберігається зберігається зберігається врятував відновлений відновлений відродив омолодити активізації оновлення відновити поповнювати поповнення дозаправки знову розпалити Пересвет пробудити заново відновити відновити відновити відновити пошкоджений викупити компенсувати зсув противаги вирівняти баланс узгодження синхронізації координат інтегрувати об'єднати об'єднати злити суміш перемішати суміш запобіжник об'єднати зливаються, сходяться вирівняти матч пари приєднатися з'єднання надають пов'язувати краватку начепити надійним замком засувкою затискач контактний затискач скобами клей дотримуватися прикріпити тримач набір для установки місце установки з організацією структури систематизувати класифікувати класифікувати сортування груп етикеткою Марк визначити назву призначити призначити виділити поширювати ділити частку окремі частини від'єднання від'єднати абстрагуватися прибрати виключити виключити виключити видалити стерти скасувати недійсним анулювати визнати недійсним анулювати, скасувати скасувати скасувати відкликати відмовитися відмовитися відмовитися від відмовитися від відмовитися від покинь пустелю піти піти піти піти відступати здаватися прибутковість уявити піддаватися капітулювати поступатися пом'якшати пом'якшуватися відпочити легкістю відпустіть, відпустіть, відпустіть, відпустіть безкоштовно звільняти звільнити надати розширити можливості дозволяють оснастити підготувати поїзд виховувати вчити доручити керівництво наставник наставник наставник порадив адвокат консультація допоможе допомагають підтримувати заохочувати надихати, мотивувати вплив переконати переконати схилити настійно рекомендуємо звернутися доручити шукати клопотання клопотати благаю, благаю, благаю, благаю, благаю молю, молю, бажаю надії мрії уявіть собі фантазувати ідеал