Undele mecanice: sursă, proprietăți, formule

Să vă imaginați ce valuri mecanice sunt, puteți,aruncând o piatră în apă. Cercurile care apar pe ea și care alternează depresiuni și crestături sunt un exemplu de valuri mecanice. Care este esența lor? Undele mecanice sunt procesul de propagare a vibrațiilor în medii elastice.

Valuri pe suprafețele lichidelor

Asemenea valuri mecanice există datorităefect asupra particulelor de forțe fluide ale interacțiunii intermoleculare și gravitației. Oamenii au studiat mult timp acest fenomen. Cele mai remarcabile sunt valurile oceanice și maritime. Pe măsură ce viteza vântului crește, ele se schimbă, iar înălțimea lor crește. De asemenea, forma undelor devine mai complicată. În ocean, pot ajunge la proporții înfricoșătoare. Unul dintre cele mai vii exemple de putere este tsunami-ul care mătură totul în calea sa.

Energia undelor de mare și ocean

Ajunși la țărm, valurile mării sunt ascuțitemodificări în creștere în profunzime. Ele uneori ajung la o înălțime de câțiva metri. În astfel de momente, energia cinetică a unei cantități colosale de apă este transferată la obstacolele costiere, care, sub influența ei, se prăbușesc rapid. Puterea surfului atinge uneori valori grandioase.

Undele elastice

În mecanică, nu numai fluctuațiile dinsuprafața lichidului, dar și așa-numitele valuri elastice. Această tulburare, care sunt distribuite în diferite medii sub acțiunea forțelor elastice din ele. O astfel de perturbație este orice abatere a particulelor mediului din poziția de echilibru. Un bun exemplu de valuri elastice este o frânghie lungă sau un tub de cauciuc atașat la un capăt la ceva. Dacă este întinsă, și apoi o mișcare bruscă a părții de a crea un al doilea (non-lipicios) se încheie indignarea, putem vedea peste tot „alerga prin“ lungimea cablului la suport și se reflectă înapoi.

Sursa undelor mecanice

Perturbarea inițială duce la apariția înmijlocul valului. Este cauzată de acțiunea unui corp străin, care în fizică este numit sursa valului. Ei pot fi mâna unui bărbat care a aruncat o frânghie sau o piatră aruncată în apă. În cazul în care acțiunea sursei este de natură tranzitorie, un singur val apare adesea în mediu. Atunci când "disturber" face mișcări oscilante lungi, valurile încep să apară unul după altul.

Condiții pentru generarea undelor mecanice

Astfel de oscilații nu sunt întotdeauna formate. O condiție prealabilă pentru aspectul lor este apariția în momentul mediu perturbatiilor împiedică să-l putere, în special elasticitate. Ei caută să aducă laolaltă particulele vecine atunci când acestea sunt separate, și să le înstrăineze unul de altul, la momentul de convergență. forța elastică care acționează asupra particulelor desprinse de sursa de perturbare, începe să-i scoată din echilibru. În timp, toate particulele mediului sunt implicate într-o mișcare vibrațională. Propagarea unor astfel de oscilații este, de asemenea, un val.

Undele mecanice într-un mediu elastic

Într-un val elastic, există două tipuri de mișcaresimultan: oscilațiile particulelor și propagarea perturbării. Un val longitudinal este un val mecanic a cărui particule oscilează de-a lungul direcției sale de propagare. Un val este numit transversal, particulele mediului oscilând în direcția propagării acestuia.

Proprietățile undelor mecanice

Perturbațiile din undă longitudinală suntrarefierea și comprimarea și în schimburile transversale ale anumitor straturi ale mediului în raport cu celelalte. Deformarea comprimării este însoțită de apariția forțelor elastice. În acest caz, deformarea forfecării este asociată cu apariția forțelor elastice exclusiv în solide. În mediile gazoase și lichide, forfecarea straturilor din aceste medii nu este însoțită de apariția acestei forțe. Datorită proprietăților lor, undele longitudinale sunt capabile să se propageze în orice mediu și undele transversale - exclusiv în medii solide.

Caracteristicile valurilor de pe suprafața lichidelor

Valurile de pe suprafața lichidului nu sunt longitudinale și nucruce. Ele au un caracter mai complex, așa-numitul caracter longitudinal-transversal. În acest caz, particulele de fluid se deplasează de-a lungul unui cerc sau de-a lungul unor elipse alungite. Miscările circulare ale particulelor pe suprafața lichidului, și mai ales oscilațiile mari, sunt însoțite de mișcarea lor lentă, dar continuă, în direcția propagării undelor. Aceste proprietăți ale undelor mecanice din apă provoacă apariția pe țărm a diferitelor fructe de mare.

Frecvența undelor mecanice

Dacă într-un mediu elastic (lichid, solid,gazos) pentru a excita vibrația particulelor sale, atunci datorită interacțiunii dintre ele, se va propaga la o viteză u. Deci, dacă într-un mediu gazos sau lichid există un corp vibrator, atunci mișcarea lui va începe să fie transmisă tuturor particulelor adiacente acestuia. Acestea vor implica următoarele în proces și așa mai departe. În acest caz, absolut toate punctele din mediu vor face oscilații cu aceeași frecvență, egale cu frecvența corpului oscilant. Este frecvența valului. Cu alte cuvinte, această valoare poate fi caracterizată ca frecvența oscilațiilor punctelor în mediul unde se propagă valul.

O dată poate să nu fie clar cumacest proces are loc. Cu valuri mecanice, transferul energiei vibrationale de la sursa sa la periferia mediului este asociat. În acest sens, există așa-numitele deformări periodice purtate de un val de la un punct la altul. În acest caz, particulele mediului nu se mișcă împreună cu valul. Ei oscilează alături de poziția lor de echilibru. De aceea, propagarea unei valuri mecanice nu este însoțită de transferul materiei de la un loc la altul. Undele mecanice au o frecvență diferită. Prin urmare, ele au fost împărțite în intervale și au creat o scară specială. Frecvența este măsurată în hertz (Hz).

Formulele de bază

Undele mecanice, ale căror formule de calculdestul de simplu, sunt un obiect interesant de studiu. Viteza undei (υ) este viteza frontului său (locusul tuturor punctelor la care a atins oscilația mediului la momentul dat):

υ = √G / ρ,

unde ρ este densitatea mediei și G este modulul de elasticitate.

Atunci când calculați, nu confunda viteza mecanicăvaluri într-un mediu cu viteza de mișcare a particulelor mediului care sunt implicate în procesul de undă. De exemplu, un val sonor în aer se propagă cu o viteză medie de vibrații a moleculelor sale la 10 m / s, în timp ce viteza undei sonore în condiții normale este de 330 m / s.

Fața valurilor este de diferite tipuri, dintre care cele mai simple sunt:

• Sferice - cauzate de vibrații într-un mediu gazos sau lichid. Amplitudinea undei în acest caz scade, deoarece distanța de la sursă este invers proporțională cu pătratul distanței.

• Plat - reprezintă un avion careeste perpendiculară pe direcția de propagare a undelor. Apare, de exemplu, într-un cilindru cu piston închis, atunci când acesta face mișcări oscilante. Valul plan este caracterizat de o amplitudine aproape constantă. Reducerea nesemnificativă a acesteia atunci când se îndepărtează de sursa de perturbare este legată de gradul de vâscozitate al mediului gazos sau lichid.

lungime de undă

Lungimea de undă este înțeleasă ca distanța la care se va mișca frontul său într-un timp care să fie egal cu perioada de oscilație a particulelor mediului:

λ = υT = υ / v = 2πυ / ω,

unde T este perioada oscilației, υ este viteza valului, ω este frecvența ciclică, ν este frecvența vibrației punctelor mediei.

Deoarece viteza de propagare a mecanismuluival este complet dependent de proprietățile mediului, apoi lungimea lui λ se schimbă în timpul tranziției de la un mediu la altul. Frecvența vibrațiilor v rămâne întotdeauna aceeași. Undele mecanice și electromagnetice sunt similare prin faptul că transmit energie, dar nu există transfer de materie.