Тема механических волн непосредственно связана с темой колебаний. Когда слышат слово «волны», то прежде всего вспоминают волны, которые мы видим на воде. Ясно одно – что происходят какие-то движения.

Если мы поместим в какую-то точку на воде поплавок, то мы увидим, как он начнёт двигаться вместе с волной. Он будет двигаться то вверх, то вниз. Такое движение мы уже знаем, мы уже с ним встречались. Это колебательное движение. Следовательно – поплавок будет колебаться.

И такое колебательное движение будет совершаться поплавком в любой точке волны, куда бы мы его ни поместили.

Получается, что волна – это много-много колеблющихся точек, которые соединены друг с другом.

Рассмотрим процесс «рождения» колебаний немного подробнее. Представим, что у нас есть много шариков на пружинке, которые выстроены в линию. При этом шарики связаны друг с другом нитками:

Каждый шарик может совершать колебания из стороны в сторону:

Заставим первый шарик колебаться:

При этом этот первый шарик начнёт тянуть за собой другие шарики. И они тоже начнут колебаться:

Колебания, которые начались в первом шарике, начнут «заражать» колебательным движением все остальные шарики – пойдёт «волна».

Различают волны поперечные и продольные.

В первом случае – в случае поперечных колебаний – колебания частиц («шариков») происходят перпендикулярно направлению распространения волны (как в рассмотренном нами примере) – это поперечная волна.

В случае продольных волн колебания происходят вдоль направления распространения волны:

Для волны есть несколько величин, которые характеризуют её.

1. Частота ν\nu или период TT колебаний точек среды, которые образуют волну. Это понятие уже известно нам из темы "Механические колебания".

2. Длина волны λ\lambda

Длина волны – это расстояние, на которое распространяется волна за время периода колебания.

Длина волны – это расстояние между двумя соседними горбами волны или двумя впадинами:

Рисунок помогает обратить внимание на тот факт, что если расстояние между любыми двумя точками равно λ\lambda, то эти точки колеблются «вместе», «в унисон». Или можно сказать: колеблются в одной фазе.

В принципе, длина волны λ\lambda – это обычное расстояние. Поэтому длина волны, как и расстояние, измеряется в метрах.

3. Скорость распространения волны VV

Фактически скорость распространения волны показывает, как быстро распространяются колебания.

Скорость распространения волны VV, длина волны λ\lambda и период колебаний TT связаны привычным соотношением для скорости:

V=λTV = \frac{\lambda}{T}.

Формула напоминает формулу для скорости в равномерном движении: v=Stv = \frac{S}{t}.

Если вспомнить, что ν=1T\nu = \frac{1}{T}, то можно получить ещё одну формулу:

V=λνV = \lambda \cdot \nu

Частота ν\nu и длина волны λ\lambda – две главные характеристики волны, которые связаны соотношением V=λνV = \lambda \cdot \nu.

Скорость распространения волн на поверхности воды равна V=1V = 1 м/с. Мальчик бросает камень с берега в воду. Сколько времени понадобится волне для того, чтобы дойти до лодки, которая находится на расстоянии S=10S = 10 м от берега? Ответ выразите в секундах.

Разберем еще одну задачу.

Условие

Учитель продемонстрировал опыт по распространению волны по длинному шнуру. В один из моментов времени форма шнура оказалась такой, как показано на рисунке. Скорость распространения колебаний по шнуру равна 22 м/с. Определите частоту колебаний.

(Источник: ЕГЭ-2015. Физика. Демоверсия)

Решение

Шаг 1. В условии задачи нам дана скорость распространения волны V=2V = 2 м/с.

Шаг 2. На рисунке указана какая-то величина 0,50,5 м. Что это такое?

Что за величина на рисунке равна 0,50,5 м?

Это амплитуда колебаний.

Это путь, который прошла колеблющаяся точка.

Это длина волны.

Это что-то несущественное, составители задачи просто пытаются запутать нас.

Шаг 3. Итак, нам известны скорость распространения волны и длина волны. Существует формула, которая связывает эти величины и частоту колебаний.

Какой формулой связаны VV, λ\lambda и ν\nu?

V=λνV = \frac{\lambda}{\nu}

V=λνV = \lambda \cdot \nu

V=νλV = \frac{\nu}{\lambda}

λ=Vν\lambda = V \cdot \nu

Шаг 4. Вычислим частоту колебаний:

V=λνν=Vλν=2м/с0,5м=4V = \lambda \cdot \nu \Rightarrow \nu = \frac{V}{\lambda} \Rightarrow \nu = \frac{2 м/с}{0,5 м} = 4 Гц.

Задачи для самостоятельного решения: #волны

  • Понравилось?