imagesskorost-rasprostranenija-uprugoj-volny-v-polosti-nazyvaetsja-thumb.jpg

Распространение волн в упругой среде

В зависимости от характера возникающих при этом упругих деформаций различают продольные и поперечные волны. В продольных волнах частицы среды колеблются вдоль направления распространений колебаний. В продольных упругих волнах движение частиц параллельно направлению распространения волны, а деформация представляет собой комбинацию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига.

Чем дальше расположена частица среды от источника колебаний, тем позднее она начнет колебаться. Итак, колеблющееся тело, помещенное в упругую среду, является источником колебаний, распространяющихся от него во все стороны. Процесс распространения колебаний в среде называетсяволной. При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия.

Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества. Волновые поверхности остаются неподвижными (они проходят через положение равновесия частиц, колеблющихся в одинаковой фазе). Волновой фронт только один, и он все время перемещается.

Таким образом, периодические деформации, вызванные в каком-нибудь месте упругой среды, будут распространяться в среде с некоторой скоростью, зависящей от ее физических свойств. При этом частицы среды совершают колебательное движение около положений равновесия. От одних участков среды к другим передается только состояние деформации. Жидкие и газообразные среды не имеют упругости сдвига, поэтому в них возбуждаются только продольные волны, распространяющиеся в виде чередующихся сжатий и разряжений.

Среда называется изотропной, если эта скорость одинакова по всем направлениям. Фронт волна от точечного источника колебаний в однородной и изотропной среде имеет вид сферы; такие волны называются сферическими. Поверхности волны, точки которых колеблются в одинаковых фазах, называются волновыми или фазовыми поверхностями. Для нескольких волн это не удаётся. Во всех реальных волновых процессах приходиться иметь дело с более сложными волнами, имеющими несинусоидальный характер.

Эта точка называется центром группы волн. Положение центра группы волн со временем изменяется. В зависимости от знака групповая скорость u может быть меньше или больше фазовой скорости v. В отсутствии дисперсии и групповая скорость совпадает с фазовой. Частицы среды, в которой распространяется волна, не переносятся волной, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия.

В начальный момент времени (t = 0) все точки расположены на прямой и ни одна из них не выходит из положения равновесия. В момент времени равный периоду (t = Т), точки 1 и 5, находящиеся в положении равновесия, имеют одинаковое смещение и одинаковое направление движения (вверх). Скорость распространения волн тем меньше, чем инертнее среда, т.е. чем больше ее плотность.

Физика (КОЛЕБАНИЯ и ВОЛНЫ)

Так как для большинства твердых тел E>G то скорость продольных волн больше скорости поперечных. При этом имеет место перенос энергии упругой деформации в отсутствие потока вещества (исключая особые случаи, например, акустические течения).

В любой упругой среде из-за внутреннего трения и теплопроводности распространение упругих волн сопровождается её поглощением. Процесс распространения колебательного движения в среде называется волновым процессом или просто волной. Мы рассмотрели выше картину распространения бегущих волн в стержне и струне.

Читайте также: