Περνάμε τώρα στη μελέτη της διάδοσης των ταλαντώσεων. Αν μιλάμε για μηχανικούς κραδασμούς, δηλαδή για την ταλαντωτική κίνηση σωματιδίων οποιουδήποτε στερεού, υγρού ή αέριου μέσου, τότε η διάδοση των δονήσεων σημαίνει τη μετάδοση δονήσεων από το ένα σωματίδιο του μέσου στο άλλο. Η μετάδοση των ταλαντώσεων οφείλεται στο γεγονός ότι γειτονικά τμήματα του μέσου συνδέονται μεταξύ τους. Αυτή η σύνδεση μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Μπορεί να προκληθεί, ειδικότερα, από τις ελαστικές δυνάμεις που προκύπτουν από την παραμόρφωση του μέσου κατά τις δονήσεις του. Ως αποτέλεσμα, μια διακύμανση, που προκαλείται με οποιονδήποτε τρόπο σε ένα μέρος, συνεπάγεται τη διαδοχική εμφάνιση διακυμάνσεων σε άλλα μέρη, όλο και πιο μακριά από το αρχικό, και προκύπτει ένα λεγόμενο κύμα.

Τα φαινόμενα μηχανικών κυμάτων έχουν μεγάλη σημασία για την καθημερινή ζωή. Αυτά τα φαινόμενα περιλαμβάνουν τη διάδοση ηχητικών δονήσεων, λόγω της ελαστικότητας του αέρα γύρω μας. Χάρη στα ελαστικά κύματα, μπορούμε να ακούσουμε από απόσταση. Οι κύκλοι που ανεβαίνουν στην επιφάνεια του νερού από μια πεταμένη πέτρα, οι μικροί κυματισμοί στην επιφάνεια της λίμνης και τα τεράστια κύματα του ωκεανού είναι επίσης μηχανικά κύματα, αν και διαφορετικού τύπου. Εδώ η σύνδεση γειτονικών τμημάτων της επιφάνειας του νερού δεν οφείλεται στη δύναμη της ελαστικότητας, αλλά στη δύναμη της βαρύτητας (§ 38) ή στις δυνάμεις της επιφανειακής τάσης (βλ. Τόμος Ι, § 250). Στον αέρα, όχι μόνο ηχητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν, αλλά και καταστροφικά κύματα έκρηξης από εκρήξεις οβίδων και βομβών. Οι σεισμικοί σταθμοί καταγράφουν τις δονήσεις του εδάφους που προκαλούνται από σεισμούς που συμβαίνουν χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά. Αυτό είναι δυνατό μόνο επειδή τα σεισμικά κύματα διαδίδονται από τον τόπο του σεισμού - δονήσεις στο φλοιό της γης.

Τεράστιο ρόλο παίζουν επίσης τα κυματικά φαινόμενα εντελώς διαφορετικής φύσης, δηλαδή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτά τα κύματα αντιπροσωπεύουν τη μετάδοση από το ένα μέρος στο διάστημα στο άλλο των ταλαντώσεων των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και ρεύματα. Η σύνδεση μεταξύ γειτονικών τμημάτων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου οφείλεται στο γεγονός ότι οποιαδήποτε αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου και αντίστροφα, οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο (§ 54), ένα στερεό , υγρό ή αέριο μέσο μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, αλλά η παρουσία ενός τέτοιου μέσου δεν είναι απαραίτητη για αυτά τα κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν οπουδήποτε μπορεί να υπάρχει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, και ως εκ τούτου στο κενό, δηλ. σε ένα χώρο που δεν περιέχει άτομα.

Τα φαινόμενα που προκαλούνται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, το φως. Όπως ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων μηχανικών δονήσεων γίνεται αντιληπτό από το αυτί μας και μας δίνει την αίσθηση του ήχου, έτσι και ένα ορισμένο (και, όπως θα δούμε, πολύ στενό) εύρος συχνοτήτων ηλεκτρομαγνητικών δονήσεων γίνεται αντιληπτό από το μάτι μας και μας δίνει αίσθηση φωτός.

Παρατηρώντας τη διάδοση του φωτός, μπορεί κανείς να επαληθεύσει άμεσα ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν στο κενό. Τοποθετώντας ένα ηλεκτρικό ή ρολόι κουδούνι κάτω από το γυάλινο κουδούνι μιας αντλίας αέρα και αντλώντας τον αέρα, διαπιστώνουμε ότι ο ήχος σταδιακά εξαφανίζεται καθώς αντλείται και τελικά σταματά. Η εικόνα ό,τι βρίσκεται κάτω από το κουδούνι και πίσω από αυτό, ορατό στο μάτι, δεν βιώνει καμία αλλαγή. Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί αυτή η ιδιότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα μηχανικά κύματα δεν υπερβαίνουν την ατμόσφαιρα της γης. τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μας ανοίγουν τις μεγαλύτερες εκτάσεις του σύμπαντος. Τα φωτεινά κύματα μας επιτρέπουν να δούμε τον Ήλιο, τα αστέρια και άλλα ουράνια σώματα, χωρισμένα από εμάς από τεράστιους «άδειους» χώρους. με τη βοήθεια ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων πολύ διαφορετικού μήκους που φτάνουν σε εμάς από αυτά τα μακρινά σώματα, μπορούμε να βγάλουμε τα πιο σημαντικά συμπεράσματα για τη δομή του σύμπαντος.

Το 1895 Ο Ρώσος φυσικός και εφευρέτης Alexander Stepanovich Popov (1859-1906) ανακάλυψε ένα νέο απεριόριστο πεδίο εφαρμογής ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Εφηύρε εξοπλισμό που καθιστά δυνατή τη χρήση αυτών των κυμάτων για μετάδοση σήματος - τηλεγραφία χωρίς καλώδια. Έτσι, γεννήθηκε η ασύρματη επικοινωνία, ή ραδιόφωνο, χάρη στην οποία μια τεράστια γκάμα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, πολύ μακρύτερα από τα κύματα φωτός, έλαβε εξαιρετική πρακτική και επιστημονική σημασία (§ 60).

Η παρούσα εξέλιξη αυτής της μεγαλύτερης εφεύρεσης είναι τέτοια που δικαιολογημένα μπορεί κανείς να μιλήσει για το ραδιόφωνο ως ένα από τα θαύματα της σύγχρονης τεχνολογίας. Σήμερα, το ραδιόφωνο καθιστά δυνατή όχι μόνο τη διεξαγωγή ασύρματων τηλεγραφικών και τηλεφωνικών επικοινωνιών μεταξύ οποιωνδήποτε σημείων του πλανήτη, αλλά και τη μετάδοση εικόνων (τηλεόραση και φωτοτηλεγραφία), τον έλεγχο μηχανών και βλημάτων σε απόσταση (τηλεχειριστήριο), την ανίχνευση και ακόμη και την προβολή μακρινών αντικείμενα που δεν εκπέμπουν από μόνα τους ραδιοκύματα (ραντάρ), οδηγούν πλοία και αεροσκάφη κατά μήκος μιας δεδομένης διαδρομής (ραδιοπλοήγηση), παρατηρούν τη ραδιοεκπομπή ουράνιων σωμάτων (ραδιοαστρονομία) κ.λπ.

Παρακάτω θα εξετάσουμε μερικές από τις εφαρμογές των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που αναφέρονται εδώ με περισσότερες λεπτομέρειες. Αλλά ακόμη και μια απλή (και όχι πλήρης) απαρίθμηση αυτών των εφαρμογών λέει πολλά για την εξαιρετική σημασία αυτών των κυμάτων.

Παρά τη διαφορετική φύση των μηχανικών και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, υπάρχουν πολλά γενικά μοτίβα εγγενή σε οποιοδήποτε κυματικό φαινόμενο. Ένας από τους κύριους νόμους αυτού του είδους είναι ότι οποιοδήποτε κύμα διαδίδεται από το ένα σημείο στο άλλο όχι αμέσως, αλλά με μια ορισμένη ταχύτητα.

Αυτά τα φαινόμενα είναι εγγενή σε κύματα οποιασδήποτε φύσης. Επιπλέον, τα φαινόμενα της παρεμβολής, της περίθλασης και της πόλωσης είναι χαρακτηριστικά μόνο των κυματικών διεργασιών και μπορούν να εξηγηθούν μόνο με βάση την κυματική θεωρία.

Ανάκλαση και διάθλαση.Η διάδοση των κυμάτων περιγράφεται γεωμετρικά χρησιμοποιώντας ακτίνες. Σε ομοιογενές περιβάλλον ( n= const) οι ακτίνες είναι ευθύγραμμες. Ταυτόχρονα, στη διεπαφή μεταξύ των μέσων, οι κατευθύνσεις τους αλλάζουν. Στην περίπτωση αυτή, σχηματίζονται δύο κύματα: ανακλώμενα, που διαδίδονται στο πρώτο μέσο με την ίδια ταχύτητα και διαθλώνται, που διαδίδονται στο δεύτερο μέσο με διαφορετική ταχύτητα, ανάλογα με τις ιδιότητες αυτού του μέσου. Το φαινόμενο της ανάκλασης είναι γνωστό τόσο για τον ήχο (ηχώ) όσο και για τα φωτεινά κύματα. Λόγω της αντανάκλασης του φωτός, σχηματίζεται μια φανταστική εικόνα στον καθρέφτη. Η διάθλαση του φωτός βρίσκεται κάτω από πολλά ενδιαφέροντα ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες οπτικές συσκευές: φακούς, πρίσματα, οπτικές ίνες. Αυτές οι συσκευές είναι στοιχεία συσκευών για διάφορους σκοπούς: κάμερες, μικροσκόπια και τηλεσκόπια, περισκόπια, προβολείς, συστήματα οπτικής επικοινωνίας κ.λπ.

Παρέμβασηκύματα - το φαινόμενο της ανακατανομής ενέργειας όταν δύο (ή πολλά) συνεκτικά (ταιριασμένα) κύματα υπερτίθενται, συνοδευόμενα από την εμφάνιση ενός σχεδίου παρεμβολής εναλλασσόμενων μεγίστων και ελάχιστων της έντασης (πλάτους) του προκύπτοντος κύματος. Τα κύματα ονομάζονται συνεκτικά, για τα οποία η διαφορά φάσης στο σημείο προσθήκης παραμένει αμετάβλητη στο χρόνο, αλλά μπορεί να αλλάζει από σημείο σε σημείο και στο χώρο. Εάν τα κύματα συναντηθούν ʼʼσε φάσηʼʼ, ᴛ.ᴇ. ταυτόχρονα φτάνουν στη μέγιστη απόκλιση προς μία κατεύθυνση, τότε ενισχύονται μεταξύ τους και αν συναντήσουν ʼʼσε αντιφάσηʼʼ, ᴛ.ᴇ. επιτυγχάνουν ταυτόχρονα αντίθετες αποκλίσεις και στη συνέχεια αποδυναμώνουν ο ένας τον άλλον. Ο συντονισμός των ταλαντώσεων δύο κυμάτων (συνοχή) δύο κυμάτων στην περίπτωση του φωτός είναι δυνατός μόνο εάν έχουν κοινή προέλευση, η οποία οφείλεται στις ιδιαιτερότητες των διεργασιών ακτινοβολίας. Εξαίρεση αποτελούν τα λέιζερ, των οποίων η ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από υψηλή συνοχή. Για το λόγο αυτό, για να παρατηρηθούν παρεμβολές, το φως που προέρχεται από μια πηγή χωρίζεται σε δύο ομάδες κυμάτων, είτε περνώντας από δύο οπές (σχισμές) σε ένα αδιαφανές πλέγμα είτε λόγω ανάκλασης και διάθλασης στη διεπιφάνεια σε λεπτές μεμβράνες. Μοτίβο παρεμβολής από μονόχρωμη πηγή ( λ=συντ) στην οθόνη για ακτίνες που περνούν μέσα από δύο στενές σχισμές σε κοντινή απόσταση, έχει τη μορφή εναλλασσόμενων φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων (πείραμα Jung, 1801 ᴦ.). Φωτεινές ρίγες - τα μέγιστα έντασης παρατηρούνται σε εκείνα τα σημεία της οθόνης όπου τα κύματα από δύο σχισμές συναντούν ʼʼστην φάσηʼʼ, δηλαδή τη διαφορά φάσης τους

, m =0,1,2,…,(3.10)

Αυτό αντιστοιχεί στη διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων, πολλαπλάσιο ενός ακέραιου αριθμού μηκών κύματος λ

, m =0,1,2,…,(3.11)

Σκούρες ρίγες (αμοιβαίες αποπληρωμές), ᴛ.ᴇ. Τα ελάχιστα έντασης εμφανίζονται σε εκείνα τα σημεία της οθόνης όπου τα κύματα συναντώνται ʼʼσε αντιφάσηʼʼ, δηλαδή η διαφορά φάσης τους είναι

, m =0,1,2,…,(3.12)

Αυτό αντιστοιχεί στη διαφορά στη διαδρομή των ακτίνων, πολλαπλάσιο ενός περιττού αριθμού ημικυμάτων

, m =0,1,2,….(3.13)

Παρατηρούνται παρεμβολές για διαφορετικά κύματα. Παρεμβολή λευκού φωτός, συμπεριλαμβανομένων όλων των μηκών κύματος του ορατού φωτός στην περιοχή μήκους κύματος μικρά μπορεί να εμφανιστούν ως ιριδίζον χρωματισμός λεπτών μεμβρανών βενζίνης στην επιφάνεια του νερού, σαπουνόφουσκες, μεμβράνες οξειδίου στην επιφάνεια μετάλλων. Οι συνθήκες της μέγιστης παρεμβολής σε διαφορετικά σημεία του φιλμ ικανοποιούνται για διαφορετικά κύματα με διαφορετικά μήκη κύματος, γεγονός που οδηγεί σε ενίσχυση κυμάτων διαφορετικών χρωμάτων. Οι συνθήκες παρεμβολής καθορίζονται από το μήκος κύματος, το οποίο για το ορατό φως είναι ένα κλάσμα του μικρού (1 μm = 10 -6 m), από την άποψη αυτή, αυτό το φαινόμενο αποτελεί τη βάση διαφόρων μεθόδων έρευνας, ελέγχου και μέτρησης ακριβείας (ʼʼυπερακριβήςʼʼ). Η χρήση των παρεμβολών βασίζεται στη χρήση συμβολομέτρων, φασματοσκοπίων παρεμβολής, καθώς και στη μέθοδο ολογραφίας. Η παρεμβολή φωτός χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μήκους κύματος της ακτινοβολίας, τη μελέτη της λεπτής δομής των φασματικών γραμμών, τον προσδιορισμό των πυκνοτήτων, των δεικτών διάθλασης των ουσιών και του πάχους των λεπτών επικαλύψεων.

Περίθλαση- ένα σύνολο φαινομένων που συμβαίνουν κατά τη διάδοση ενός κύματος σε ένα μέσο με έντονη ανομοιογένεια ιδιοτήτων. Αυτό παρατηρείται όταν τα κύματα περνούν μέσα από μια τρύπα στην οθόνη, κοντά στο όριο αδιαφανών αντικειμένων κ.λπ. Η περίθλαση προκαλεί το κύμα να τυλίγεται γύρω από ένα εμπόδιο του οποίου οι διαστάσεις είναι ανάλογες με το μήκος κύματος. Εάν το μέγεθος του εμποδίου είναι πολύ μεγαλύτερο από το μήκος κύματος, τότε η περίθλαση εκδηλώνεται ασθενώς. Σε μακροσκοπικά εμπόδια παρατηρείται περίθλαση ήχου, σεισμικά κύματα, ραδιοκύματα, για τα οποία 1 cm km. Αξίζει να πούμε ότι για να παρατηρήσουμε τη διάθλαση του φωτός, τα εμπόδια πρέπει να έχουν σημαντικά μικρότερες διαστάσεις. Η περίθλαση των ηχητικών κυμάτων εξηγεί την ικανότητα να ακούς τη φωνή ενός ατόμου που βρίσκεται στη γωνία του σπιτιού. Η περίθλαση των ραδιοκυμάτων γύρω από την επιφάνεια της Γης εξηγεί τη λήψη ραδιοφωνικών σημάτων στο εύρος των μακρών και μεσαίων ραδιοκυμάτων πολύ πέρα ​​από τη γραμμή όρασης της κεραίας εκπομπής.

Η περίθλαση των κυμάτων συνοδεύεται από την παρεμβολή τους, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό ενός σχεδίου περίθλασης, εναλλασσόμενων μέγιστων και ελάχιστων εντάσεων. Όταν το φως διέρχεται από ένα πλέγμα περίθλασης, το οποίο είναι ένα σύνολο εναλλασσόμενων παράλληλων διαφανών και αδιαφανών ζωνών (μέχρι 1000 ανά 1 mm), εμφανίζεται στην οθόνη ένα μοτίβο περίθλασης, η θέση των μεγίστων του οποίου εξαρτάται από το μήκος κύματος ακτινοβολίας. Αυτό καθιστά δυνατή τη χρήση ενός πλέγματος περίθλασης για την ανάλυση της φασματικής σύνθεσης της ακτινοβολίας. Η δομή μιας κρυσταλλικής ουσίας είναι παρόμοια με ένα τρισδιάστατο πλέγμα περίθλασης. Η παρατήρηση του σχεδίου περίθλασης κατά τη διέλευση των ακτίνων Χ, μιας δέσμης ηλεκτρονίων ή νευρώνων μέσω κρυστάλλων στους οποίους τα σωματίδια μιας ουσίας (άτομα, ιόντα, μόρια) είναι διατεταγμένα με τάξη, καθιστά δυνατή τη μελέτη των χαρακτηριστικών τους. δομή. Η χαρακτηριστική τιμή για τις διατομικές αποστάσεις είναι d ~ 10 -10 m, που αντιστοιχεί στα μήκη κύματος της χρησιμοποιούμενης ακτινοβολίας και τις καθιστά απαραίτητες για κρυσταλλογραφική ανάλυση.

Η περίθλαση του φωτός καθορίζει το όριο της διακριτικής ικανότητας των οπτικών οργάνων (τηλεσκόπια, μικροσκόπια κ.λπ.). Ανάλυση - η ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων στην οποία φαίνονται χωριστά, δεν συγχωνεύονται - επιτρέπονται. Λόγω της περίθλασης, η εικόνα μιας σημειακής πηγής (για παράδειγμα, ενός αστεριού σε ένα τηλεσκόπιο) μοιάζει με κύκλο, επομένως τα αντικείμενα που βρίσκονται κοντά μεταξύ τους δεν επιλύονται. Η ανάλυση εξαρτάται από έναν αριθμό παραμέτρων, συμπεριλαμβανομένου του μήκους κύματος: όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο καλύτερη είναι η ανάλυση. Για το λόγο αυτό, το μέγεθος ενός αντικειμένου που παρατηρείται σε ένα οπτικό μικροσκόπιο περιορίζεται από το μήκος κύματος του φωτός (περίπου 0,5 μm).

Το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός αποτελεί τη βάση της αρχής της εγγραφής και της αναπαραγωγής εικόνων στην ολογραφία. Η μέθοδος που προτάθηκε το 1948 από τον D. Gabor (1900 - 1979) διορθώνει το μοτίβο παρεμβολής που προκύπτει από το φωτισμό ενός αντικειμένου και μιας φωτογραφικής πλάκας με συνεκτικές δέσμες. Το προκύπτον ολόγραμμα είναι ένα εναλλασσόμενο φως και σκοτεινά σημεία που δεν μοιάζουν με το αντικείμενο, ωστόσο, η περίθλαση από το ολόγραμμα των κυμάτων φωτός πανομοιότυπα με αυτά που χρησιμοποιούνται κατά την καταγραφή του, καθιστά δυνατή την αποκατάσταση του διασκορπισμένου κύματος από το πραγματικό αντικείμενο και τη λήψη των τριών του -διαστατική εικόνα.

Πόλωση- φαινόμενο χαρακτηριστικό μόνο των εγκάρσιων κυμάτων. Η εγκάρσιοτητα των κυμάτων φωτός (όπως και οποιωνδήποτε άλλων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων) εκφράζεται στο γεγονός ότι τα διανύσματα των πεδίων ηλεκτρικού () και μαγνητικής επαγωγής () που ταλαντώνονται σε αυτά είναι κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Ταυτόχρονα, αυτά τα διανύσματα είναι αμοιβαία κάθετα· επομένως, για να περιγραφεί πλήρως η κατάσταση της πόλωσης του φωτός, απαιτείται να γνωρίζουμε τη συμπεριφορά μόνο ενός από αυτά. Η δράση του φωτός στις συσκευές εγγραφής καθορίζεται από το διάνυσμα έντασης ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο ονομάζεται διάνυσμα φωτός.

Κύματα φωτός που εκπέμπονται από φυσική πηγή ακτινοβολίας ᴛ.ᴇ. σύνολο ανεξάρτητων ατόμων, δεν είναι πολωμένα, γιατί η κατεύθυνση της ταλάντωσης του διανύσματος φωτός () σε μια φυσική δέσμη θα αλλάζει συνεχώς και τυχαία, παραμένοντας κάθετη στο διάνυσμα της ταχύτητας του κύματος.

Το φως στο οποίο η κατεύθυνση του διανύσματος φωτός παραμένει αμετάβλητη ονομάζεται γραμμικά πολωμένο. Η πόλωση είναι η σειρά των διανυσματικών ταλαντώσεων. Ένα παράδειγμα είναι ένα αρμονικό κύμα. Για την πόλωση του φωτός, χρησιμοποιούνται συσκευές που ονομάζονται πολωτές, η λειτουργία των οποίων βασίζεται στα χαρακτηριστικά των διεργασιών ανάκλασης και διάθλασης του φωτός, καθώς και στην ανισοτροπία των οπτικών ιδιοτήτων μιας ουσίας σε κρυσταλλική κατάσταση. Το διάνυσμα φωτός στη δέσμη που διέρχεται από τον πολωτή ταλαντώνεται σε ένα επίπεδο που ονομάζεται επίπεδο του πολωτή. Όταν το πολωμένο φως διέρχεται από τον δεύτερο πολωτή, αποδεικνύεται ότι η ένταση της εκπεμπόμενης δέσμης αλλάζει με την περιστροφή του πολωτή. Το φως διέρχεται από τη συσκευή χωρίς απορρόφηση εάν η πόλωσή του συμπίπτει με το επίπεδο του δεύτερου πολωτή και μπλοκάρεται πλήρως από αυτόν όταν ο κρύσταλλος περιστρέφεται κατά 90 μοίρες, όταν το επίπεδο ταλαντώσεων του πολωμένου φωτός είναι κάθετο στο επίπεδο του δεύτερου πολωτή.

Η πόλωση του φωτός έχει βρει ευρεία εφαρμογή σε διάφορους κλάδους της επιστημονικής έρευνας και τεχνολογίας. χρησιμοποιείται στη μικροσκοπική έρευνα, στην ηχογράφηση, την οπτική τοποθεσία, το φιλμ υψηλής ταχύτητας και τη φωτογραφία, στη βιομηχανία τροφίμων (σακχαριμετρία) κ.λπ.

Διασπορά- εξάρτηση της ταχύτητας διάδοσης του κύματος από τη συχνότητά τους (μήκος κύματος). Όταν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται σε ένα μέσο, ​​προκύπτει -

Η διασπορά καθορίζεται από τις φυσικές ιδιότητες του μέσου στο οποίο διαδίδονται τα κύματα. Για παράδειγμα, στο κενό, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται χωρίς διασπορά, ενώ σε ένα πραγματικό μέσο, ​​ακόμη και σε ένα τόσο σπάνιο όπως η ιονόσφαιρα της Γης, προκύπτει διασπορά. Τα ηχητικά και τα υπερηχητικά κύματα ανιχνεύουν επίσης τη διασπορά. Όταν διαδίδονται σε ένα μέσο, ​​αρμονικά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων, στα οποία πρέπει να αποσυντεθεί το σήμα, διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες, γεγονός που οδηγεί σε παραμόρφωση του σχήματος του σήματος. Διασπορά φωτός - η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης μιας ουσίας από τη συχνότητα (μήκος κύματος) του φωτός. Όταν η ταχύτητα του φωτός αλλάζει με βάση τη συχνότητα (μήκος κύματος), αλλάζει ο δείκτης διάθλασης. Ως αποτέλεσμα της διασποράς, το λευκό φως, που αποτελείται από πολλά κύματα διαφορετικών συχνοτήτων, αποσυντίθεται όταν διέρχεται από ένα διαφανές τριεδρικό πρίσμα και σχηματίζει ένα συνεχές (συνεχές) φάσμα.
Φιλοξενείται στο ref.rf
Η μελέτη αυτού του φάσματος οδήγησε τον I. Newton (1672) στην ανακάλυψη της διασποράς του φωτός. Για ουσίες που είναι διαφανείς σε μια δεδομένη περιοχή του φάσματος, ο δείκτης διάθλασης αυξάνεται με την αύξηση της συχνότητας (μειώνοντας το μήκος κύματος), η οποία αντιστοιχεί στην κατανομή των χρωμάτων στο φάσμα. Ο υψηλότερος δείκτης διάθλασης είναι για το ιώδες φως (=0,38 μm), ο χαμηλότερος για το κόκκινο (=0,76 μm). Παρόμοιο φαινόμενο παρατηρείται στη φύση κατά τη διάδοση του ηλιακού φωτός στην ατμόσφαιρα και τη διάθλασή του σε σωματίδια νερού (το καλοκαίρι) και πάγου (τον χειμώνα). Αυτό δημιουργεί ένα ουράνιο τόξο ή ηλιακό φωτοστέφανο.

Φαινόμενο Ντόπλερ.Το φαινόμενο Doppler είναι μια αλλαγή στη συχνότητα ή το μήκος κύματος που αντιλαμβάνεται ο παρατηρητής (δέκτης) λόγω της κίνησης της πηγής κύματος και του παρατηρητή σε σχέση μεταξύ τους. Ταχύτητα κύματος uκαθορίζεται από τις ιδιότητες του μέσου και δεν αλλάζει όταν κινείται η πηγή ή ο παρατηρητής. Εάν ο παρατηρητής ή η πηγή κύματος κινείται με ταχύτητα σχετική με το μέσο, ​​τότε η συχνότητα vτα λαμβανόμενα κύματα γίνονται διαφορετικά. Σε αυτή την περίπτωση, όπως διαπιστώθηκε από τον K. Doppler (1803 - 1853), όταν ο παρατηρητής πλησιάζει την πηγή, η συχνότητα των κυμάτων αυξάνεται και όταν αφαιρούνται, μειώνεται. Αυτό αντιστοιχεί σε μείωση του μήκους κύματος λ καθώς η πηγή και ο παρατηρητής πλησιάζουν ο ένας τον άλλον και αυξάνονται λ όταν αφαιρούνται αμοιβαία. Για τα ηχητικά κύματα, το φαινόμενο Doppler εκδηλώνεται στην αύξηση του ύψους του ήχου όταν η ηχητική πηγή και ο παρατηρητής πλησιάζουν ο ένας τον άλλον (για 1 δευτο παρατηρητής αντιλαμβάνεται μεγαλύτερο αριθμό κυμάτων), και αντίστοιχα στο χαμήλωμα του τόνου του ήχου όταν αφαιρούνται. Το φαινόμενο Doppler προκαλεί επίσης την ʼʼκόκκινη μετατόπισηʼ, όπως περιγράφεται παραπάνω. - μείωση των συχνοτήτων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από κινούμενη πηγή. Αυτό το όνομα οφείλεται στο γεγονός ότι στο ορατό τμήμα του φάσματος, ως αποτέλεσμα του φαινομένου Doppler, οι γραμμές μετατοπίζονται στο κόκκινο άκρο. ʼʼκόκκινη μετατόπισηʼ' παρατηρείται επίσης στην ακτινοβολία οποιωνδήποτε άλλων συχνοτήτων, για παράδειγμα, στην περιοχή ραδιοφώνου. Το αντίθετο αποτέλεσμα που σχετίζεται με την αύξηση των συχνοτήτων ονομάζεται συνήθως μπλε (ή βιολετί) μετατόπιση. Στην αστροφυσική, δύο «ερυθρομετατόπιση» θεωρούνται - κοσμολογική και βαρυτική. Η κοσμολογική (μεταγαλαξιακή) ονομάζεται ʼʼredshiftʼʼ, παρατηρείται για όλες τις μακρινές πηγές (γαλαξίες, κβάζαρ) - μια μείωση στις συχνότητες ακτινοβολίας, που υποδηλώνει την απομάκρυνση αυτών των πηγών μεταξύ τους και, ειδικότερα, από τον Γαλαξία μας, δηλ. σχετικά με τη μη σταθερότητα (διαστολή ) Μεταγαλαξίες. Το ʼʼRedshiftʼʼ για τους γαλαξίες ανακαλύφθηκε από τον Αμερικανό αστρονόμο W. Slifer το 1912-14. το 1929, ο Ε. Χαμπλ ανακάλυψε ότι για τους μακρινούς γαλαξίες είναι μεγαλύτερο από ό,τι για τους κοντινούς και αυξάνεται περίπου αναλογικά με την απόσταση. Αυτό κατέστησε δυνατή την αποκάλυψη του νόμου της αμοιβαίας απομάκρυνσης (υποχώρησης) των γαλαξιών. Ο νόμος του Hubble σε αυτή την περίπτωση είναι γραμμένος στη μορφή

u = HR; (3.14)

(uείναι η ταχύτητα υποχώρησης του γαλαξία, r- απόσταση από αυτό, H -σταθερά Hubble). Καθορίζοντας από το μέγεθος της ταχύτητας απομάκρυνσης του γαλαξία, μπορεί κανείς να υπολογίσει την απόσταση από αυτόν. Για να προσδιορίσετε τις αποστάσεις από εξωγαλαξιακά αντικείμενα χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, πρέπει να γνωρίζετε την αριθμητική τιμή της σταθεράς Hubble Ν.Η γνώση αυτής της σταθεράς είναι επίσης πολύ σημαντική για την κοσμολογία: ο ορισμός της 'ηλικίας' του Σύμπαντος συνδέεται με αυτήν. Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, η σταθερά Hubble θεωρήθηκε ότι είναι H =(3 – 5)*10 -18 s -1 , αμοιβαίος Τ = 1/Η = 18 δισεκατομμύρια χρόνια. Η βαρυτική ʼʼκόκκινη μετατόπισηʼ είναι συνέπεια της επιβράδυνσης του ρυθμού του χρόνου και οφείλεται στο βαρυτικό πεδίο (η επίδραση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επίσης φαινόμενο Αϊνστάιν ή γενικευμένο φαινόμενο Doppler. Παρατηρείται από το 1919, πρώτα στην ακτινοβολία του Ήλιου, και στη συνέχεια σε μερικά άλλα αστέρια. Σε ορισμένες περιπτώσεις (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της βαρυτικής κατάρρευσης), θα πρέπει να παρατηρηθεί μια «κόκκινη μετατόπιση» και των δύο τύπων.

Δημοτικό δημοσιονομικό εκπαιδευτικό ίδρυμα - δευτεροβάθμια

Γυμνάσιο Νο. 2 με το όνομα A.I. Herzen, Klintsy, περιοχή Bryansk

Μάθημα για το θέμα

Προετοιμάστηκε και φιλοξενήθηκε:

Καθηγητής Φυσικής

Προχορένκο Άννα

Αλεξάντροβνα

Klintsy, 2013

Περιεχόμενο:

Μάθημα για το θέμα «Φαινόμενο κυμάτων. Διάδοση μηχανικών κυμάτων. Μήκος κύματος. Ταχύτητα κύματος. »

Σκοπός του μαθήματος: εισαγάγετε τις έννοιες του κύματος, του μήκους κύματος και της ταχύτητας, της συνθήκης διάδοσης κύματος, των τύπων κυμάτων, διδάξτε τους μαθητές να εφαρμόζουν τύπους για την εύρεση του μήκους και της ταχύτητας ενός κύματος. να μελετήσει τα αίτια της διάδοσης εγκάρσιων και διαμήκων κυμάτων.

Μεθοδικές εργασίες:

Εκπαιδευτικός : εξοικείωση των μαθητών με την προέλευση του όρου "κύμα, μήκος κύματος, ταχύτητα κύματος". δείξτε στους μαθητές το φαινόμενο της διάδοσης των κυμάτων και επίσης αποδείξτε, με τη βοήθεια πειραμάτων, τη διάδοση δύο ειδών κυμάτων: εγκάρσιων και διαμήκων.

Εκπαιδευτικός : προώθηση της ανάπτυξης του λόγου, της σκέψης, των γνωστικών και γενικών δεξιοτήτων εργασίας. να προωθήσει την κατάκτηση των μεθόδων επιστημονικής έρευνας: ανάλυση και σύνθεση.

Εκπαιδευτικός :

Τύπος μαθήματος: εκμάθηση νέου υλικού.

Μέθοδοι: λεκτική, οπτική, πρακτική.

Εξοπλισμός: υπολογιστής, παρουσίαση.

Demos:

Εγκάρσια και διαμήκη κύματα.

Διάδοση εγκάρσιων και διαμήκων κυμάτων.

Πλάνο μαθήματος:

Οργάνωση της έναρξης του μαθήματος.

στάδιο παρακίνησης. Καθορισμός στόχων, στόχων του μαθήματος.

Εκμάθηση νέου υλικού

Εμπέδωση νέας γνώσης.

Συνοψίζοντας το μάθημα.

ΚΑΤΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

1. Οργανωτικό στάδιο

2. στάδιο παρακίνησης. Καθορισμός στόχων, στόχων του μαθήματος.

Τι είδατε σε αυτά τα βίντεο; (Κυματιστά)

Τι είδους κύματα είδατε;

Με βάση τις απαντήσεις σας, θα προσπαθήσουμε να θέσουμε στόχους για το σημερινό μάθημα μαζί σας, για αυτό, ας θυμηθούμε ποιο είναι το σχέδιο για τη μελέτη της έννοιας, σε αυτήν την περίπτωση, της έννοιας του κύματος; (Τι είναι κύμα, δηλ. ορισμός, τύποι κυμάτων, χαρακτηριστικά κυμάτων)

Στο σημερινό μάθημα, θα σας βοηθήσω με τις έννοιες του κύματος, του μήκους και της ταχύτητας κύματος, της συνθήκης διάδοσης κύματος, των τύπων κυμάτων, θα διδάξω στους μαθητές να εφαρμόζουν τύπους για την εύρεση του μήκους και της ταχύτητας ενός κύματος. να μελετήσει τα αίτια της διάδοσης εγκάρσιων και διαμήκων κυμάτων.Με να διαμορφώσει μια ευσυνείδητη στάση για το εκπαιδευτικό έργο, θετικά κίνητρα για μάθηση, δεξιότητες επικοινωνίας. συμβάλλουν στην εκπαίδευση της ανθρωπότητας, της πειθαρχίας, της αισθητικής αντίληψης του κόσμου.

1. Εκμάθηση νέου υλικού

Τώρα πρέπει, σύμφωνα με το σχέδιο, που παρουσιάζεται στην οθόνη και στα φύλλα χαρτιού στα γραφεία σας, και αφού διαβάσετε τις παραγράφους 42 και 43, να βρείτε τις απαραίτητες πληροφορίες και να τις γράψετε.

Σχέδιο:

Έννοια κυμάτων

Προϋποθέσεις για την εμφάνιση κύματος

Πηγή κυμάτων

Τι χρειάζεται για να εμφανιστεί ένα κύμα

Τύποι κυμάτων (ορισμοί)

Κύμα - δονήσεις που διαδίδονται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου. Τα κύματα προκύπτουν κυρίως λόγω ελαστικών δυνάμεων.

Χαρακτηριστικά κυμάτων:

Τα μηχανικά κύματα μπορούν να διαδοθούν μόνο σε κάποιο μέσο (ουσία): σε αέριο, σε υγρό, σε στερεό.

Ένα μηχανικό κύμα δεν μπορεί να προκύψει στο κενό.

Η πηγή των κυμάτων είναι ταλαντευόμενα σώματα που δημιουργούν παραμόρφωση του μέσου στον περιβάλλοντα χώρο. (ρύζι)

Για την εμφάνιση μηχανικού κύματος είναι απαραίτητο:

1. Η παρουσία ενός ελαστικού μέσου

2 . Η παρουσία πηγής κραδασμών - παραμόρφωσης του μέσου

Τύποι κυμάτων:

Εγκάρσια - στην οποία εμφανίζονται ταλαντώσεις κάθετες προς την κατεύθυνση της κίνησης του κύματος. Εμφανίζονται μόνο σε στερεά.

Γεωγραφικού μήκους- στην οποία εμφανίζονται ταλαντώσεις κατά την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος.Εμφανίζονται σε οποιοδήποτε μέσο (υγρά, αέρια, στερεά).

Εξετάζουμε έναν πίνακα που συνοψίζει τις προηγούμενες γνώσεις. (Δείτε την παρουσίαση)

Συμπεραίνουμε: μηχανικό κύμα:

η διαδικασία διάδοσης κραδασμών σε ελαστικό μέσο.

Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια μεταφέρεται από σωματίδιο σε σωματίδιο.

δεν υπάρχει μεταφορά ύλης.

Για να δημιουργηθεί ένα μηχανικό κύμα, χρειάζεται ένα ελαστικό μέσο: υγρό, στερεό ή αέριο.

Και τώρα θα εξετάσουμε και θα καταγράψουμε τα κύρια χαρακτηριστικά των κυμάτων.

Ποιες ποσότητες χαρακτηρίζουν το κύμα

Κάθε κύμα διαδίδεται με συγκεκριμένη ταχύτητα. Κάτω από ταχύτηταvτα κύματα κατανοούν την ταχύτητα διάδοσης της διαταραχής. Η ταχύτητα ενός κύματος καθορίζεται από τις ιδιότητες του μέσου στο οποίο διαδίδεται αυτό το κύμα. Όταν ένα κύμα περνά από το ένα μέσο στο άλλο, η ταχύτητά του αλλάζει.

Το μήκος κύματος λ είναι η απόσταση στην οποία διαδίδεται το κύμα σε χρόνο ίσο με την περίοδο των ταλαντώσεων σε αυτό.

Κύρια χαρακτηριστικά: λ=v* Τ, λ - μήκος κύματος m,vείναι η ταχύτητα διάδοσης m/s, T είναι η κυματική περίοδος c.

4. Εμπέδωση νέων γνώσεων.

Τι είναι το κύμα;

Συνθήκες κυμάτων;

Τι είδη κυμάτων γνωρίζετε;

Μπορεί ένα εγκάρσιο κύμα να διαδοθεί στο νερό;

Τι ονομάζεται μήκος κύματος;

Ποια είναι η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων;

Πώς να συσχετίσετε την ταχύτητα και το μήκος κύματος;

Θεωρούμε 2 τύπους και καθορίζουμε ποιο κύμα βρίσκεται;

Λύνω προβλήματα:

Προσδιορίστε το μήκος κύματος σε συχνότητα 200 Hz εάν η ταχύτητα διάδοσης του κύματος είναι 340 m/s. (68000 m=68 km)

Στην επιφάνεια του νερού στη λίμνη, το κύμα διαδίδεται με ταχύτητα 6 m/s. Ένα φύλλο δέντρου επιπλέει στην επιφάνεια του νερού. Προσδιορίστε τη συχνότητα και την περίοδο ταλάντωσης του φύλλου εάν το μήκος κύματος είναι 3 m. (0,5 m, 2 s -1 )

Το μήκος κύματος είναι 2 m και η ταχύτητα διάδοσής του είναι 400 m/s. Προσδιορίστε πόσες πλήρεις ταλαντώσεις κάνει αυτό το κύμα σε 0,1 s (20)

Το θεωρούμε ενδιαφέρον : Τα κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού δεν είναι ούτε διαμήκη ούτε εγκάρσια. Αν ρίξετε μια μικρή μπάλα στην επιφάνεια του νερού, μπορείτε να δείτε ότι κινείται, ταλαντευόμενος στα κύματα, κατά μήκος μιας κυκλικής διαδρομής. Έτσι, ένα κύμα στην επιφάνεια ενός υγρού είναι το αποτέλεσμα της προσθήκης της διαμήκους και εγκάρσιας κίνησης των σωματιδίων του νερού.

5. Συνοψίζοντας το μάθημα.

Λοιπόν, ας συνοψίσουμε.

Ποιες λέξεις θα χρησιμοποιούσατε για να περιγράψετε την κατάσταση μετά το μάθημα;:

Η γνώση είναι γνώση μόνο όταν αποκτάται με τις προσπάθειες της σκέψης κάποιου και όχι από τη μνήμη.

Ω, πόσο κουράστηκα από αυτή τη φασαρία ... ..

Καταλάβατε την ευδαιμονία των σπουδών, της τύχης, του νόμου και του μυστικού

Η μελέτη του θέματος "Μηχανικά κύματα" δεν είναι τόσο εύκολη!!!

6 . Πληροφορίες για την εργασία στο σπίτι.

Προγραμματίστε απαντήσεις σε ερωτήσεις χρησιμοποιώντας §§42-44

Είναι καλό να γνωρίζετε τους τύπους και τους ορισμούς για το θέμα "Κύματα"

Προαιρετικά: φτιάξτε ένα σταυρόλεξο με θέμα "Μηχανικά κύματα"

Καθήκοντα:

Ο ψαράς παρατήρησε ότι σε 10 δευτερόλεπτα ο πλωτήρας έκανε 20 ταλαντώσεις στα κύματα, και η απόσταση μεταξύ των παρακείμενων καμπύλων κυμάτων ήταν 1,2 μ. Ποια είναι η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων;(T=n/t; T=10/5=2c; λ=υ*ν; ν=1/T; λ=υ/T; υ=λ*T*υ=1*2=2(m/s ))

Το μήκος του κύματος είναι 5 m και η συχνότητά του είναι 3 Hz. Προσδιορίστε την ταχύτητα του κύματος (1,6 m/s)

Ενδοσκόπηση

Το μάθημα πραγματοποιήθηκε στην 11η τάξη με θέμα "φαινόμενο κυμάτων. Διάδοση μηχανικών κυμάτων. Μήκος κύματος. Ταχύτητα κύματος.Είναι το δέκατο τρίτο μάθημα στην ενότητα της φυσικής «Μηχανικές ταλαντώσεις και κύματα». Είδος μαθήματος: εκμάθηση νέου υλικού.

Το μάθημα έλαβε υπόψη τον τριαδικό διδακτικό στόχο: εκπαιδευτικός, αναπτυξιακός, ανατροφικός. Έθεσα τον εκπαιδευτικό στόχο να εξοικειώσω τους μαθητές με την προέλευση του όρου "κύμα, μήκος κύματος, ταχύτητα κύματος". δείξτε στους μαθητές το φαινόμενο της διάδοσης των κυμάτων και επίσης αποδείξτε με τη βοήθεια πειραμάτων την ύπαρξη δύο ειδών κυμάτων: εγκάρσιων και διαμήκων. Ως αναπτυξιακός στόχος, έθεσα τον σχηματισμό σαφών ιδεών των μαθητών σχετικά με τις συνθήκες διάδοσης των κυμάτων. ανάπτυξη λογικής και θεωρητικής σκέψης, φαντασίας, μνήμης στην επίλυση προβλημάτων και ενοποίηση ZUN. Έχω θέσει ως εκπαιδευτικό στόχο: να διαμορφώσει μια ευσυνείδητη στάση για το εκπαιδευτικό έργο, θετικά κίνητρα για μάθηση, δεξιότητες επικοινωνίας. συμβάλλουν στην εκπαίδευση της ανθρωπότητας, της πειθαρχίας, της αισθητικής αντίληψης του κόσμου.

Κατά τη διάρκεια του μαθήματος ακολουθήσαμε τα ακόλουθα βήματα:

Οργανωτικό στάδιο

Κίνητρα και καθορισμός στόχων, στόχοι μαθήματος. Σε αυτό το στάδιο, με βάση το βίντεο κλιπ που παρακολουθήσαμε, καθορίσαμε τους στόχους και τους στόχους για το μάθημα και πραγματοποιήσαμε κίνητρα. Χρήση: λεκτική μέθοδος με τη μορφή συνομιλίας, οπτική μέθοδος με τη μορφή παρακολούθησης βίντεο κλιπ.

Εκμάθηση νέου υλικού

Σε αυτό το στάδιο, παρείχα μια λογική σύνδεση κατά την εξήγηση νέου υλικού: συνέπεια, προσβασιμότητα, κατανοητό. Οι βασικές μέθοδοι του μαθήματος ήταν: λεκτική (συνομιλία), οπτική (επιδείξεις, μοντελοποίηση υπολογιστή). Μορφή εργασίας: ατομική.

Διόρθωση νέου υλικού

Κατά τη διόρθωση των ZUN των μαθητών, χρησιμοποίησα διαδραστικές εργασίες από το εγχειρίδιο πολυμέσων στην ενότητα "Μηχανικά κύματα", λύνοντας προβλήματα στον μαυροπίνακα με μια εξήγηση. Οι κύριες μέθοδοι του μαθήματος ήταν: πρακτικές (επίλυση προβλημάτων), προφορικές (ομιλία για ερωτήσεις)

Συνοψίζοντας.

Σε αυτό το στάδιο, χρησιμοποίησα τη λεκτική μέθοδο με τη μορφή συνομιλίας, τα παιδιά απάντησαν στις ερωτήσεις που τέθηκαν.

Ο προβληματισμός έγινε. Ανακαλύψαμε αν επιτεύχθηκαν οι στόχοι που τέθηκαν στην αρχή του μαθήματος, κάτι που ήταν δύσκολο για αυτούς σε αυτό το μάθημα. Δύο μαθητές βαθμολογήθηκαν για τις εργασίες και σε αρκετούς μαθητές βαθμολογήθηκαν οι απαντήσεις.

Πληροφορίες για την εργασία στο σπίτι.

Σε αυτό το στάδιο, οι μαθητές κλήθηκαν να καταγράψουν την εργασία τους με τη μορφή απάντησης σε μια ερώτηση σύμφωνα με το σχέδιο και μερικές εργασίες σε ένα κομμάτι χαρτί. Και προαιρετικά φτιάξτε ένα σταυρόλεξο.

Πιστεύω ότι ο τριαδικός διδακτικός στόχος του μαθήματος έχει επιτευχθεί.

Φυσική φύση των κυμάτων Μηχανική
ελαστικό
Σε μια επιφάνεια
υγρά
ηλεκτρομαγνητικός
φως
ακτινογραφία
Ήχος
ραδιοκύματα
σεισμικός

Ένα μηχανικό κύμα είναι μια ταλάντωση σωματιδίων ύλης που διαδίδονται στο διάστημα.

Τα σημεία του μέσου στα οποία διαδίδονται τα κύματα που ταλαντώνονται σε μία φάση ονομάζονται επιφάνειες κυμάτων.

Δύο συνθήκες είναι απαραίτητες για την εμφάνιση ενός μηχανικού κύματος:

Η παρουσία του περιβάλλοντος.
Η παρουσία μιας πηγής δονήσεων.

Συγκρίνοντας την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος και την κατεύθυνση ταλάντωσης των σημείων του μέσου, είναι δυνατό να γίνει διάκριση μεταξύ διαμήκων και εγκάρσιων κυμάτων.

Τα κύματα στα οποία η διεύθυνση ταλάντωσης των σημείων του διεγερμένου μέσου είναι παράλληλη με τη διεύθυνση διάδοσης του κύματος ονομάζονται διαμήκη.

Τα κύματα στα οποία η διεύθυνση ταλάντωσης των σημείων του διεγερμένου μέσου είναι κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος ονομάζονται εγκάρσια

Κύματα προς ποια κατεύθυνση
διακυμάνσεις των σημείων του διεγερμένου μέσου
κάθετη προς την κατεύθυνση
διάδοση κύματος ονομάζονται
εγκάρσιος.

Τα κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού δεν είναι ούτε διαμήκη ούτε εγκάρσια. Έτσι, ένα κύμα στην επιφάνεια ενός υγρού είναι

Κύματα αναμμένα
επιφάνειες
υγρά δεν είναι
δεν είναι κανένα από τα δύο
διαμήκης, ούτε
εγκάρσιος. Έτσι
τρόπος, κυματίστε
επιφάνειες
υγρά
αντιπροσωπεύει
προσθήκη
διαμήκης και
εγκάρσιος
μοριακές κινήσεις.

Κυκλικά κύματα στην επιφάνεια ενός υγρού

Παρατήρηση κυμάτων στην επιφάνεια ενός υγρού
σας επιτρέπει να εξερευνήσετε και να οπτικοποιήσετε πολλά
κυματικά φαινόμενα κοινά σε διαφορετικούς τύπους κυμάτων:
παρεμβολή, περίθλαση, ανάκλαση κυμάτων κ.λπ.

Ιδιότητες μηχανικών κυμάτων

Όλα τα κύματα φτάνουν στη διεπαφή
αναστοχασμός εμπειρίας δύο μέσων

Εάν ένα κύμα περάσει από το ένα μέσο στο άλλο, πέφτοντας στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων υπό γωνία διαφορετική από το μηδέν, τότε εμφανίζεται

Αν το κύμα περάσει από ένα μέσο σε
ένα άλλο, που πέφτει στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων
σε κάποια γωνία εκτός από το μηδέν,
τότε βιώνει διάθλαση

Ένα κύμα μπορεί να περάσει γύρω από εμπόδια των οποίων οι διαστάσεις είναι ανάλογες με το μήκος του. Το φαινόμενο των κυμάτων που κάμπτονται γύρω από εμπόδια ονομάζεται περίθλαση.

Οι πηγές κυμάτων που ταλαντώνονται με την ίδια συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης ονομάζονται συνεκτικές. Όπως κάθε κύμα που σχηματίζεται από

Πηγές κυμάτων που ταλαντώνονται με το ίδιο
συχνότητα και σταθερή διαφορά φάσης
ονομάζονται συνεκτικά.
Όπως κάθε κύμα που σχηματίζεται από συνεκτικό
οι πηγές μπορεί να επικαλύπτονται και
ως αποτέλεσμα της υπέρθεσης, υπάρχει
παρεμβολή κυμάτων.

Ο ήχος είναι ελαστικά κύματα που διαδίδονται σε αέρια, υγρά, στερεά και γίνονται αντιληπτά από τα αυτιά του ανθρώπου και των ζώων. μηχανικά κύματα

Ο ήχος είναι ελαστικά κύματα
πολλαπλασιάζονται σε αέρια, υγρά,
στερεά σώματα και γίνονται αντιληπτά από το αυτί
άνθρωπος και ζώα.
Μηχανικά κύματα που προκαλούν
η αίσθηση του ήχου ονομάζεται ήχος
κυματιστά.

ηχητικά κύματα
εκπροσωπώ
διαμήκη κύματα,
που συμβαίνει
εναλλαγή συμπυκνώσεων και
εκκενώσεις.

Για να ακούσετε τον ήχο, χρειάζεστε:

πηγή ήχου?
ελαστικό μέσο μεταξύ αυτού και του αυτιού
συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων κραδασμών
πηγή ήχου - μεταξύ 16 Hz και 20000 Hz.
επαρκής για την αντίληψη του αυτιού
ισχύς ηχητικών κυμάτων.

Μηχανικά κύματα που προκύπτουν σε ελαστικά μέσα στα οποία τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται με συχνότητες χαμηλότερες από τις συχνότητες της περιοχής ήχου

Μηχανικά κύματα που δημιουργούνται
σε ελαστικά μέσα, στα οποία
τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται με
συχνότητες χαμηλότερες από τις συχνότητες
ονομάζονται ηχητικό εύρος
υπερηχητικά κύματα.

Μηχανικά κύματα που προκύπτουν σε ελαστικά μέσα, στα οποία τα σωματίδια του μέσου ταλαντώνονται με συχνότητες μεγαλύτερες από τις συχνότητες του ηχητικού εύρους

μηχανικά κύματα,
αναδυόμενος μέσα
ελαστικά μέσα,
ποια σωματίδια
περιβάλλοντα κυμαίνονται με
συχνότητες, μεγάλες
από τις συχνότητες του ήχου
εύρος ονομάζονται
υπερηχητικός
κυματιστά.

>> Κυματικά φαινόμενα

§ 42 ΚΥΜΑΤΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

Καθένας από εμάς έχει παρατηρήσει πώς τα κύματα διασκορπίζονται κυκλικά από μια πέτρα που πετάχτηκε στην ήρεμη επιφάνεια μιας λίμνης ή λίμνης (Εικ. 6.1). Πολλοί παρακολούθησαν τα κύματα της θάλασσας να σκάνε στην ακτή. Όλοι διαβάζουν ιστορίες για θαλάσσια ταξίδια, για την τερατώδη δύναμη των θαλάσσιων κυμάτων, που λικνίζουν εύκολα μεγάλα πλοία. Ωστόσο, όταν παρατηρούμε αυτά τα φαινόμενα, δεν γνωρίζουν όλοι ότι ο ήχος ενός πιτσιλίσματος νερού φτάνει στο αυτί μας με κύματα στον αέρα που αναπνέουμε, ότι το φως με το οποίο αντιλαμβανόμαστε οπτικά το περιβάλλον μας είναι επίσης μια κυματική κίνηση.

Οι κυματικές διεργασίες είναι εξαιρετικά διαδεδομένες στη φύση. Υπάρχουν διάφορες φυσικές αιτίες που προκαλούν τις κινήσεις των κυμάτων. Όμως, όπως και οι ταλαντώσεις, όλοι οι τύποι κυμάτων περιγράφονται ποσοτικά με τους ίδιους ή σχεδόν τους ίδιους νόμους. Πολλές δυσνόητες ερωτήσεις γίνονται πιο ξεκάθαρες όταν συγκρίνουμε διαφορετικά κυματικά φαινόμενα.

Τι ονομάζεται κύμα; Γιατί εμφανίζονται τα κύματα;Ξεχωριστά σωματίδια οποιουδήποτε σώματος - στερεό, υγρό ή αέριο - αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Επομένως, εάν οποιοδήποτε σωματίδιο του σώματος αρχίσει να κάνει ταλαντευτικές κινήσεις, τότε ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων, αυτή η κίνηση αρχίζει να εξαπλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις με μια ορισμένη ταχύτητα.

Ένα κύμα είναι μια ταλάντωση που διαδίδεται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου.

Στον αέρα, στα στερεά και στο εσωτερικό των υγρών, προκύπτουν μηχανικά κύματα λόγω της δράσης ελαστικών δυνάμεων. Αυτές οι δυνάμεις πραγματοποιούν τη σύνδεση μεταξύ των επιμέρους μερών του σώματος. Ο σχηματισμός κυμάτων στην επιφάνεια του νερού προκαλείται από τη βαρύτητα και την επιφανειακή τάση.

Τα κύρια χαρακτηριστικά της κυματικής κίνησης μπορούν να φανούν πιο ξεκάθαρα αν λάβουμε υπόψη τα κύματα στην επιφάνεια του νερού. Μπορεί να είναι, για παράδειγμα, κύματα, τα οποία είναι στρογγυλεμένοι άξονες που τρέχουν προς τα εμπρός. Οι αποστάσεις μεταξύ των αξόνων ή των κορυφογραμμών είναι περίπου οι ίδιες. Ωστόσο, εάν ένα ελαφρύ αντικείμενο, όπως ένα φύλλο από ένα δέντρο, βρίσκεται στην επιφάνεια του νερού κατά μήκος του οποίου τρέχει το κύμα, τότε δεν θα μεταφερθεί προς τα εμπρός από το κύμα, αλλά θα αρχίσει να ταλαντώνεται πάνω-κάτω, παραμένοντας σχεδόν σε ένα μέρος.

Όταν ένα κύμα διεγείρεται, συμβαίνει η διαδικασία διάδοσης των ταλαντώσεων, αλλά όχι η μεταφορά της ύλης. Οι κραδασμοί του νερού που έχουν προκύψει σε κάποιο σημείο, για παράδειγμα, από μια πεταμένη πέτρα, μεταδίδονται σε γειτονικές περιοχές και σταδιακά εξαπλώνονται προς όλες τις κατευθύνσεις, εμπλέκοντας όλο και περισσότερα σωματίδια του μέσου σε ταλαντευτικές κινήσεις. Η ροή του νερού δεν προκύπτει, κινούνται μόνο τοπικές μορφές της επιφάνειάς του.

Ταχύτητα κύματος.Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός κύματος είναι η ταχύτητα διάδοσής του. Τα κύματα οποιασδήποτε φύσης δεν διαδίδονται στο διάστημα αμέσως. Η ταχύτητά τους είναι πεπερασμένη. Μπορεί κανείς να φανταστεί, για παράδειγμα, ότι ένας γλάρος πετάει πάνω από τη θάλασσα, και με τέτοιο τρόπο ώστε να βρίσκεται πάντα πάνω από την ίδια κορυφή ενός κύματος. Η ταχύτητα του κύματος σε αυτή την περίπτωση είναι ίση με την ταχύτητα του γλάρου. Τα κύματα στην επιφάνεια του νερού είναι βολικά για παρατήρηση, αφού η ταχύτητα διάδοσής τους είναι σχετικά χαμηλή.

Εγκάρσια και διαμήκη κύματα.Είναι επίσης εύκολο να παρατηρήσετε τα κύματα που διαδίδονται κατά μήκος του ελαστικού κορδονιού. Εάν το ένα άκρο του κορδονιού είναι σταθερό και, τραβώντας ελαφρά το κορδόνι με το χέρι σας, φέρετε το άλλο άκρο του σε ταλαντευτική κίνηση, τότε ένα κύμα θα τρέξει κατά μήκος του κορδονιού (Εικ. 6.2).

Η ταχύτητα του κύματος θα είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο πιο δυνατό τραβιέται το καλώδιο. Το κύμα θα φτάσει στο σημείο που στερεώνεται το καλώδιο, θα ανακλάται και θα τρέχει πίσω. Σε αυτό το πείραμα, όταν το κύμα διαδίδεται, το σχήμα του κορδονιού αλλάζει. Κάθε τμήμα του κορδονιού ταλαντώνεται γύρω από την αμετάβλητη θέση ισορροπίας του.

Ας δώσουμε προσοχή στο γεγονός ότι όταν το κύμα διαδίδεται κατά μήκος του κορδονιού, οι ταλαντώσεις συμβαίνουν στην κατεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τέτοια κύματα ονομάζονται εγκάρσια (Εικ. 6.3). Σε ένα εγκάρσιο κύμα, οι μετατοπίσεις μεμονωμένων τμημάτων του μέσου συμβαίνουν σε διεύθυνση κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια ελαστική παραμόρφωση, που ονομάζεται παραμόρφωση διάτμησης. Ξεχωριστά στρώματα ύλης μετατοπίζονται το ένα σε σχέση με το άλλο. Όταν συμβαίνει διατμητική παραμόρφωση σε ένα στερεό, οι ελαστικές δυνάμεις τείνουν να επαναφέρουν το σώμα στην αρχική του κατάσταση. Είναι οι ελαστικές δυνάμεις που προκαλούν ταλαντώσεις των σωματιδίων του μέσου 1 .

Η μετατόπιση των στρωμάτων μεταξύ τους σε αέρια και υγρά δεν οδηγεί στην εμφάνιση ελαστικών δυνάμεων. Επομένως, τα εγκάρσια κύματα δεν μπορούν να υπάρχουν σε αέρια και υγρά. Τα εγκάρσια κύματα προκύπτουν στα στερεά.

Αλλά ταλαντώσεις των σωματιδίων του μέσου μπορούν επίσης να συμβούν κατά την κατεύθυνση της διάδοσης του κύματος (Εικ. 6.4). Ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται διαμήκης. Είναι βολικό να παρατηρήσετε το διαμήκη κύμα σε ένα μακρύ μαλακό ελατήριο μεγάλης διαμέτρου. Χτυπώντας ένα από τα άκρα του ελατηρίου με την παλάμη σας (Εικ. 6.5, α), μπορείτε να δείτε πώς η συμπίεση (ελαστική ώθηση) τρέχει κατά μήκος του ελατηρίου. Με τη βοήθεια μιας σειράς διαδοχικών κρούσεων, είναι δυνατό να διεγείρεται ένα κύμα στο ελατήριο, το οποίο είναι μια διαδοχική συμπίεση και επέκταση του ελατηρίου, που τρέχει το ένα μετά το άλλο (Εικ. 6.5, β).

Έτσι, σε ένα διαμήκη κύμα, εμφανίζεται συμπιεστική παραμόρφωση. Οι ελαστικές δυνάμεις που σχετίζονται με αυτή την παραμόρφωση προκύπτουν τόσο σε στερεά όσο και σε υγρά και αέρια.

1 Όταν μιλάμε για τις ταλαντώσεις των σωματιδίων του μέσου, εννοούμε τις ταλαντώσεις μικρών όγκων του μέσου και όχι τις ταλαντώσεις των μορίων.

Αυτές οι δυνάμεις προκαλούν ταλαντώσεις μεμονωμένων τμημάτων του μέσου. Επομένως, τα διαμήκη κύματα μπορούν να διαδοθούν σε όλα τα ελαστικά μέσα. Στα στερεά, η ταχύτητα των διαμήκων κυμάτων είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα των εγκάρσιων κυμάτων.

Αυτό λαμβάνεται υπόψη κατά τον προσδιορισμό της απόστασης από την πηγή του σεισμού έως τον σεισμικό σταθμό. Πρώτον, καταγράφεται ένα διαμήκη κύμα στο σταθμό, αφού η ταχύτητά του στον φλοιό της γης είναι μεγαλύτερη από αυτή του εγκάρσιου κύματος. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, καταγράφεται ένα εγκάρσιο κύμα, το οποίο διεγείρεται κατά τη διάρκεια ενός σεισμού ταυτόχρονα με τον διαμήκη. Γνωρίζοντας τις ταχύτητες των διαμήκων και εγκάρσιων κυμάτων στον φλοιό της γης και τον χρόνο καθυστέρησης του εγκάρσιου κύματος, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της απόστασης από την πηγή του σεισμού.

Ενέργεια κυμάτων.Όταν διαδίδεται ένα μηχανικό κύμα, η κίνηση μεταδίδεται από το ένα σωματίδιο του μέσου στο άλλο. Η μεταφορά ενέργειας σχετίζεται με τη μεταφορά της κίνησης. Η κύρια ιδιότητα όλων των κυμάτων, ανεξάρτητα από τη φύση τους, είναι η μεταφορά ενέργειας χωρίς τη μεταφορά του συνόλου. Η ενέργεια προέρχεται από μια πηγή που διεγείρει τους κραδασμούς στην αρχή του κορδονιού, της χορδής κ.λπ., και διαδίδεται μαζί με το κύμα. Η ενέργεια μεταδίδεται μέσω οποιασδήποτε διατομής, όπως ένα καλώδιο. Αυτή η ενέργεια αποτελείται από την κινητική ενέργεια της κίνησης των σωματιδίων του μέσου και τη δυναμική ενέργεια της ελαστικής παραμόρφωσής τους. Η σταδιακή μείωση του πλάτους των ταλαντώσεων των σωματιδίων κατά τη διάδοση του κύματος σχετίζεται με τη μετατροπή μέρους της μηχανικής ενέργειας σε εσωτερική ενέργεια.

Ένα κύμα είναι μια ταλάντωση που διαδίδεται στο χώρο με την πάροδο του χρόνου. Η ταχύτητα του κύματος είναι πεπερασμένη. Το κύμα μεταφέρει ενέργεια, αλλά δεν μεταφέρει την ουσία του μέσου.

1. Ποια κύματα λέγονται εγκάρσια και ποια διαμήκη!
2. Μπορεί ένα εγκάρσιο κύμα να διαδοθεί στο νερό!

Myakishev G. Ya., Φυσική. 11η τάξη: σχολικό βιβλίο. για γενική εκπαίδευση ιδρύματα: βασικά και προφίλ. επίπεδα / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; εκδ. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - 17η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον - Μ.: Εκπαίδευση, 2008. - 399 σελ.: εικ.

Σχεδιασμός φυσικής, υλικό για τη φυσική τάξη 11 λήψη, σχολικά βιβλία στο διαδίκτυο

Περιεχόμενο μαθήματος περίληψη μαθήματοςυποστήριξη πλαισίων παρουσίασης μαθήματος επιταχυντικές μέθοδοι διαδραστικές τεχνολογίες Πρακτική εργασίες και ασκήσεις εργαστήρια αυτοεξέτασης, προπονήσεις, περιπτώσεις, αναζητήσεις ερωτήσεις συζήτησης εργασιών για το σπίτι ρητορικές ερωτήσεις από μαθητές εικονογραφήσεις ήχου, βίντεο κλιπ και πολυμέσαφωτογραφίες, εικόνες γραφικά, πίνακες, σχήματα χιούμορ, ανέκδοτα, ανέκδοτα, παραβολές κόμικς, ρήσεις, σταυρόλεξα, αποσπάσματα Πρόσθετα περιλήψειςάρθρα τσιπ για περιπετειώδη cheat sheets σχολικά βιβλία βασικά και πρόσθετο γλωσσάρι όρων άλλα Βελτίωση σχολικών βιβλίων και μαθημάτωνδιόρθωση λαθών στο σχολικό βιβλίοενημέρωση ενός τεμαχίου στο σχολικό βιβλίο στοιχεία καινοτομίας στο μάθημα αντικαθιστώντας τις απαρχαιωμένες γνώσεις με νέες Μόνο για δασκάλους τέλεια μαθήματαημερολογιακό σχέδιο για το έτος μεθοδολογικές συστάσεις του προγράμματος συζήτησης Ολοκληρωμένα Μαθήματα