Fale otaczają nas wszędzie, ponieważ żyjemy w świecie ruchu i dźwięku. Jaka jest natura procesu falowego, jaka jest istota teorii procesów falowych? Spójrzmy na to na przykładzie eksperymentów.
Pojęcie fal w fizyce
Wspólną koncepcją wielu procesów jest obecność dźwięku. Z definicji dźwięk jest wynikiem szybkich ruchów oscylacyjnych, które są wywoływane przez powietrze lub inne medium odbierane przez nasze narządy słuchowe. Znając tę definicję, możemy przystąpić do rozważania pojęcia „procesu falowego”. Istnieje szereg eksperymentów, które pozwalają wizualnie rozważyć to zjawisko.
Zbadane procesy falowe w fizyce można zaobserwować w postaci fal radiowych, fal dźwiękowych, fal kompresji podczas używania strun głosowych. Rozprzestrzeniają się w powietrzu.
Aby wizualnie zdefiniować koncepcję, wrzuć kamień do kałuży i scharakteryzuj rozprzestrzenianie się efektów. To jest przykład fali grawitacyjnej. Występuje z powodu unoszenia się i opadania cieczy.
Akustyka
Cała sekcja zatytułowana „Akustyka” poświęcona jest badaniu właściwości dźwięku w fizyce. Zobaczmy, co to charakteryzuje. Skupmy się na rzeczach iprocesy, w których wszystko nie jest jeszcze jasne, o problemach, które wciąż czekają na rozwiązanie.
Akustyka, podobnie jak inne gałęzie fizyki, wciąż kryje wiele nierozwiązanych zagadek. Nie zostały jeszcze otwarte. Rozważmy proces falowania w akustyce.
Dźwięk
Ta koncepcja jest związana z występowaniem ruchów oscylacyjnych, które są wytwarzane przez cząsteczki medium. Dźwięk to szereg procesów oscylacyjnych związanych z pojawianiem się fal. W procesie formowania w ośrodku ściskania i rozrzedzania zachodzi proces falowy.
Wskaźniki długości fali zależą od charakteru ośrodka, w którym zachodzą procesy oscylacyjne. Niemal wszystkie zjawiska występujące w przyrodzie związane są z występowaniem wibracji dźwiękowych i fal dźwiękowych, które rozchodzą się w środowisku.
Przykłady określania procesu falowego w przyrodzie
Te ruchy mogą informować o zjawisku procesu falowego. Fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości mogą podróżować tysiące kilometrów, na przykład podczas erupcji wulkanu.
W przypadku trzęsienia ziemi powstają silne wibracje akustyczne i geoakustyczne, które mogą być rejestrowane przez specjalne odbiorniki dźwięku.
Podczas podwodnego trzęsienia ziemi ma miejsce ciekawe i straszne zjawisko - tsunami, czyli ogromna fala, która powstała podczas potężnej podziemnej lub podwodnej manifestacji żywiołów.
Dzięki akustyce możesz uzyskać informację, że zbliża się tsunami. Wiele z tych zjawisk jest znanych od dawna. Ale do tej pory niektóre koncepcje fizykiwymagają dokładnej analizy. Dlatego do badania tajemnic, które nie zostały jeszcze rozwiązane, na ratunek przychodzą fale dźwiękowe.
Teoria tektoniki
W XVIII wieku narodziła się „hipoteza katastrofy”. W tym czasie pojęcia „żywiołu” i „regularności” nie były połączone. Następnie odkryli, że wiek dna oceanicznego jest znacznie młodszy niż lądu, a powierzchnia ta jest stale aktualizowana.
W tym czasie, dzięki nowemu spojrzeniu na Ziemię, szalona hipoteza rozwinęła się w teorię „Tektoniki płyt litosferycznych”, która głosi, że płaszcz Ziemi porusza się, a firmament unosi się. Taki proces jest podobny do ruchu wiecznego lodu.
Aby zrozumieć opisany proces, ważne jest, aby pozbyć się stereotypów i nawykowych poglądów, aby uświadomić sobie inne typy bytu.
Dalsze postępy w nauce
Życie geologiczne na ziemi ma swój własny czas i stan materii. Nauka zdołała odtworzyć podobieństwo. Dno oceanu nieustannie się porusza, powodując pęknięcia i formacje grzbietów, gdy nowa materia unosi się z głębi ziemi na powierzchnię i stopniowo się ochładza.
W tym czasie na lądzie zachodzą procesy, kiedy kolosalne płyty litosfery unoszą się na powierzchni płaszcza ziemskiego - górnej kamiennej skorupy Ziemi, która unosi kontynenty i dno morskie.
Liczba takich tablic wynosi około dziesięciu. Płaszcz jest niespokojny, więc płyty litosferyczne zaczynają się poruszać. W warunkach laboratoryjnych proces ten wygląda na przyjemne doświadczenie.
W naturze grozi katastrofą geologiczną- trzęsienie ziemi. Przyczyną ruchu płyt litosferycznych są globalne procesy konwekcyjne zachodzące w głębi ziemi. Rezultatem wrzenia będzie tsunami.
Japonia
Wśród innych sejsmicznie niebezpiecznych obszarów ziemi, Japonia zajmuje szczególne miejsce, ten łańcuch wysp nazywany jest "pasem ognia".
Uważnie śledząc oddech ziemskiego firmamentu, można przewidzieć nadchodzącą katastrofę. Aby zbadać procesy oscylacyjne, w grubość ziemi wprowadzono ultragłęboką platformę wiertniczą. Przeniknął na głębokość 12 km i pozwolił naukowcom wyciągnąć wnioski na temat obecności pewnych skał wewnątrz ziemi.
Prędkość fali elektromagnetycznej jest badana na lekcjach fizyki w klasie 9. Pokaż doświadczenie z ciężarkami znajdującymi się w równej odległości od siebie. Połączone są identycznymi sprężynami o zwykłej formie.
Jeśli przesuniesz pierwszy ciężarek w prawo o pewną odległość, drugi pozostanie przez chwilę w tej samej pozycji, ale sprężyna już zaczyna się ściskać.
Definicja terminu „fala”
Odkąd taki proces miał miejsce, powstała siła sprężystości, która popchnie drugi ciężarek. Dostanie przyspieszenie, po chwili nabierze prędkości, ruszy w tym kierunku i ściśnie sprężynę między drugim a trzecim ciężarem. Z kolei trzecia otrzyma przyspieszenie, zacznie przyspieszać, przesunie i wpłynie na czwartą sprężynę. I tak proces będzie się odbywał na wszystkich elementach systemu.
W tym przypadku przemieszczenie drugiego obciążenia wzdłużczas nastąpi później niż pierwszy. Skutek zawsze pozostaje w tyle za przyczyną.
Ponadto przemieszczenie drugiego ładunku pociąga za sobą przemieszczenie trzeciego. Ten proces ma tendencję do rozprzestrzeniania się w prawo.
Jeżeli pierwsza waga zaczęła się zmieniać zgodnie z prawem harmonicznym, proces ten rozprzestrzeni się na drugą wagę, ale z opóźnioną reakcją. Dlatego jeśli sprawisz, że pierwszy ciężarek wibruje, możesz uzyskać drgania, które rozprzestrzenią się w przestrzeni w czasie. To jest definicja fali.
Odmiany fal
Wyobraźmy sobie substancję, która składa się z atomów, są to:
- mieć masę - takie jak wagi zaproponowane w eksperymencie;
- połącz się ze sobą, tworząc ciało stałe poprzez wiązania chemiczne (jak omówiono w eksperymencie ze sprężyną).
Z tego wynika, że materia jest systemem przypominającym model z doświadczenia. Może propagować falę mechaniczną. Proces ten wiąże się z pojawieniem się sił sprężystych. Takie fale są często określane jako „odbijające”.
Istnieją dwa rodzaje fal sprężystych. Aby je określić, możesz wziąć długą sprężynę, przymocować ją z jednej strony i rozciągnąć w prawo. Widać więc, że kierunek propagacji fali jest wzdłuż sprężyny. Cząsteczki ośrodka poruszają się w tym samym kierunku.
W takiej fali natura kierunku oscylacji cząstki pokrywa się z kierunkiem propagacji fali. Ta koncepcja nazywana jest „falą podłużną”.
Jeśli rozciągniesz wiosnę i dasz jej czas, żeby nadeszłado stanu spoczynku, a następnie ostro zmienić położenie w kierunku pionowym, widać, że fala rozchodzi się wzdłuż sprężyny i jest wielokrotnie odbijana.
Ale kierunek oscylacji cząstek jest teraz pionowy, a propagacja fali jest pozioma. To jest fala poprzeczna. Może istnieć tylko w bryłach.
Prędkość fali elektromagnetycznej różnego rodzaju jest inna. Ta właściwość jest z powodzeniem wykorzystywana przez sejsmologów do określania odległości od źródeł trzęsień ziemi.
Kiedy fala się rozchodzi, cząstki oscylują wzdłuż lub w poprzek, ale nie towarzyszy temu przenoszenie materii, a jedynie ruch. Wskazuje to więc w podręczniku "Fizyka" klasa 9.
Charakterystyka równania falowego
Równanie falowe w naukach fizycznych jest rodzajem liniowego hiperbolicznego równania różniczkowego. Jest również używany w innych dziedzinach objętych fizyką teoretyczną. Jest to jedno z równań, które fizyka matematyczna wykorzystuje do obliczeń. W szczególności opisano fale grawitacyjne. Używane do opisu procesów:
- w akustyce z reguły typu liniowego;
- w elektrodynamice.
Procesy falowe są wyświetlane w obliczeniach dla wielowymiarowego przypadku jednorodnego równania falowego.
Różnica między falą a huśtawką
Niezwykłe odkrycia pochodzą z myślenia o zwykłym zjawisku. Galileusz przyjął bicie serca za miarę czasu. W ten sposób odkryto stałość procesu oscylacji wahadła - jedno z głównych postanowień mechaniki. Onoabsolutnie tylko dla wahadła matematycznego - idealnego układu oscylacyjnego, który charakteryzuje się:
- pozycja równowagi;
- siła, która przywraca ciało do pozycji równowagi, gdy odchyla się;
- przemiany energii w przypadku wystąpienia fluktuacji.
Aby wyprowadzić system z równowagi, konieczny jest warunek wystąpienia oscylacji. W takim przypadku zgłaszana jest pewna energia. Różne systemy wibracyjne wymagają różnych rodzajów energii.
Oscylacja to proces charakteryzujący się ciągłym powtarzaniem ruchów lub stanów systemu w określonych odstępach czasu. Wyraźną demonstracją procesu oscylacyjnego jest przykład kołyszącego się wahadła.
Procesy oscylacyjne i falowe są obserwowane w prawie wszystkich zjawiskach naturalnych. Fala pełni funkcję zakłócania lub zmiany stanu ośrodka, rozchodzenia się w przestrzeni i przenoszenia energii bez konieczności przenoszenia materii. Jest to charakterystyczna właściwość procesów falowych, które od dawna są badane w fizyce. Podczas badania możesz podświetlić długość fali.
Fale dźwiękowe mogą istnieć we wszystkich sferach, nie istnieją tylko w próżni. Fale elektromagnetyczne mają szczególne właściwości. Mogą istnieć wszędzie, nawet w próżni.
Energia fali zależy od jej amplitudy. Fala kołowa, rozchodząca się ze źródła, rozprasza energię w przestrzeni, więc jej amplituda gwałtownie spada.
Fala liniowa ma interesujące właściwości. Jego energia nie jest zatem rozpraszana w przestrzeni, dlategoamplituda takich fal zmniejsza się tylko ze względu na siłę tarcia.
Kierunek propagacji fali jest przedstawiony za pomocą promieni - linii prostopadłych do czoła fali.
Kąt między promieniem padającym a normalną to kąt padania. Między normalną a odbitą wiązką znajduje się kąt odbicia. Równość tych kątów jest zachowana w każdym położeniu przeszkody w stosunku do czoła fali.
Kiedy spotykają się fale poruszające się w przeciwnych kierunkach, może powstać fala stojąca.
Wyniki
Cząstki ośrodka pomiędzy sąsiednimi węzłami fali stojącej oscylują w tej samej fazie. Są to parametry procesu falowego ustalone w równaniach falowych. Kiedy fale się spotykają, można zaobserwować zarówno wzrosty, jak i spadki ich amplitud.
Znając główne cechy procesu falowego, można określić amplitudę fali wynikowej w danym punkcie. Ustalmy, w jakiej fazie fala z pierwszego i drugiego źródła dotrze do tego punktu. Co więcej, fazy są odwrotne.
Jeśli różnica ścieżek jest nieparzystą liczbą półfal, amplituda fali wynikowej w tym punkcie będzie minimalna. Jeżeli różnica ścieżek jest równa zeru lub całkowitej liczbie długości fal, w miejscu spotkania będzie obserwowany wzrost amplitudy fali wynikowej. Jest to wzór interferencji, gdy dodawane są fale z dwóch źródeł.
Częstotliwość fal elektromagnetycznych jest ustalona w nowoczesnej technologii. Urządzenie odbiorcze musi rejestrować słabe fale elektromagnetyczne. Jeśli umieścisz odbłyśnik, do odbiornika dostanie się więcej energii fal. System odbłyśników jest zainstalowany tak, aby tworzył maksimumsygnał na urządzeniu odbiorczym.
Cechy procesu falowego leżą u podstaw współczesnych idei dotyczących natury światła i struktury materii. Tak więc, studiując je w podręczniku fizyki do 9 klasy, możesz z powodzeniem nauczyć się rozwiązywania problemów z dziedziny mechaniki.
