Bølger omgiver os over alt, da vi lever i en verden af bevægelse og lyd. Hvad er karakteren af bølgeprocessen, hvad er essensen af teorien om bølgeprocesser? Lad os se på dette med et eksempel på eksperimenter.
Begrebet bølger i fysik
Et fælles koncept for mange processer er tilstedeværelsen af lyd. Per definition er lyd resultatet af hurtige oscillerende bevægelser, der er skabt af luft eller andet medium, som opfattes af vores høreorganer. Når vi kender denne definition, kan vi fortsætte med at overveje begrebet "bølgeproces". Der er en række eksperimenter, der giver dig mulighed for visuelt at overveje dette fænomen.
De undersøgte bølgeprocesser i fysik kan observeres i form af radiobølger, lydbølger, kompressionsbølger ved brug af stemmebåndene. De spredte sig gennem luften.
For visuelt at definere konceptet skal du kaste en sten i en vandpyt og karakterisere spredningen af effekter. Dette er et eksempel på en gravitationsbølge. Det opstår på grund af væskens stigning og fald.
Akustik
Et helt afsnit kaldet "Akustik" er viet til studiet af lydens egenskaber i fysik. Lad os se, hvad det kendetegner. Lad os fokusere på tingene ogprocesser, hvor alt endnu ikke er klart, om problemer, der stadig venter på at blive løst.
Akustik har ligesom andre grene af fysik stadig mange uløste mysterier. De mangler endnu at blive åbnet. Lad os overveje bølgeprocessen i akustik.
Lyd
Dette koncept er forbundet med tilstedeværelsen af oscillerende bevægelser, som frembringes af mediets partikler. Lyd er en række oscillerende processer forbundet med udseendet af bølger. I dannelsesprocessen i mediet med kompression og sjældenhed opstår en bølgeproces.
Bølgelængdeindikatorerne afhænger af arten af det medium, hvor oscillerende processer finder sted. Næsten alle fænomener, der opstår i naturen, er forbundet med tilstedeværelsen af lydvibrationer og lydbølger, der forplanter sig i miljøet.
Eksempler på at bestemme bølgeprocessen i naturen
Disse bevægelser kan informere om fænomenet bølgeprocessen. Højfrekvente lydbølger kan rejse tusindvis af kilometer, f.eks. når en vulkan går i udbrud.
Når der opstår et jordskælv, opstår der kraftige akustiske og geoakustiske vibrationer, som kan registreres af specielle lydmodtagere.
Under et undervandsjordskælv finder et interessant og forfærdeligt fænomen sted - en tsunami, som er en enorm bølge, der opstod under en kraftig underjordisk eller undervandsmanifestation af elementerne.
Takket være akustikken kan du få information om, at en tsunami nærmer sig. Mange af disse fænomener har været kendt i lang tid. Men indtil nu, nogle begreber om fysikkræver omhyggelig undersøgelse. Derfor, til studiet af mysterier, der endnu ikke er blevet løst, er det lydbølger, der kommer til undsætning.
Teori om tektonik
I det 18. århundrede blev "katastrofehypotesen" født. På det tidspunkt var begreberne "element" og "regelmæssighed" ikke forbundet. Så opdagede de, at havbundens alder er meget yngre end landet, og denne overflade bliver konstant opdateret.
Det var på dette tidspunkt, takket være et nyt blik på jorden, at skøre hypotese voksede ind i teorien om "Tektonik af de litosfæriske plader", som siger, at jordens kappe bevæger sig, og himmelhvælvingen flyder. En sådan proces ligner bevægelsen af evig is.
For at forstå den beskrevne proces, er det vigtigt at slippe af med stereotyper og vanemæssige synspunkter, at realisere andre typer væsen.
Yderligere fremskridt inden for videnskab
Geologisk liv på jorden har sin egen tid og tilstand af stof. Det er lykkedes videnskaben at genskabe ligheden. Havets bund bevæger sig konstant, hvilket forårsager brud og højderygdannelser, efterhånden som nyt stof stiger op fra jordens dybder til overfladen og gradvist afkøles.
På dette tidspunkt sker der processer på landjorden, når kolossale plader af litosfæren flyder på overfladen af jordens kappe - jordens øverste stenskal, som bærer kontinenterne og havbunden.
Antallet af sådanne plader er omkring ti. Kappen er urolig, så de litosfæriske plader begynder at bevæge sig. Under laboratorieforhold ser denne proces ud af en yndefuld oplevelse.
I naturen truer det en geologisk katastrofe- jordskælv. Årsagen til bevægelsen af litosfæriske plader er de globale konvektionsprocesser, der forekommer i jordens dybder. Resultatet af den sydende vil være en tsunami.
Japan
Blandt andre seismisk farlige områder på jorden indtager Japan en særlig plads, denne kæde af øer kaldes "ildbæltet".
Lige efter vejret fra jordens himmelhvælving kan man forudsige den forestående katastrofe. For at studere oscillerende processer blev en ultra-dyb borerig indført i jordens tykkelse. Det trængte ned til en dybde på 12 km og gjorde det muligt for videnskabsmænd at drage konklusioner om tilstedeværelsen af visse sten inde i jorden.
Hastigheden af en elektromagnetisk bølge studeres i fysiktimerne i klasse 9. Vis erfaring med vægte placeret i lige stor afstand fra hinanden. De er forbundet med identiske fjedre af den sædvanlige form.
Hvis du flytter den første vægt til højre en vis afstand, forbliver den anden i samme position i et stykke tid, men fjederen begynder allerede at blive presset sammen.
Definition af begrebet "bølge"
Siden en sådan proces har fundet sted, er der opstået en elastisk kraft, som vil skubbe den anden vægt. Han vil få acceleration, efter et stykke tid vil han tage fart, bevæge sig i denne retning og komprimere fjederen mellem den anden og tredje vægt. Til gengæld vil den tredje modtage acceleration, begynde at accelerere, skifte og påvirke den fjerde fjeder. Og derfor vil processen finde sted på alle elementer i systemet.
I dette tilfælde, forskydningen af den anden belastning langstidspunktet kommer senere end det første. Effekten h alter altid bagefter årsagen.
Forskydningen af den anden last vil også medføre forskydning af den tredje. Denne proces har tendens til at brede sig til højre.
Hvis den første vægt begyndte at svinge i henhold til den harmoniske lov, vil denne proces spredes til den anden vægt, men med en forsinket reaktion. Hvis du derfor får den første vægt til at vibrere, kan du få en svingning, der vil sprede sig i rummet over tid. Dette er definitionen af en bølge.
Varieties of waves
Lad os forestille os et stof, der består af atomer, de er:
- have masse - ligesom vægtene foreslået i eksperimentet;
- forbindelse til hinanden og danner et fast legeme gennem kemiske bindinger (som diskuteret i eksperimentet med en fjeder).
Det følger heraf, at materie er et system, der ligner en model af erfaring. Det kan udbrede en mekanisk bølge. Denne proces er forbundet med fremkomsten af elastiske kræfter. Sådanne bølger omtales ofte som "springende".
Der er to typer elastiske bølger. For at bestemme dem kan du tage en lang fjeder, fastgøre den på den ene side og strække den til højre. Så du kan se, at bølgeudbredelsesretningen er langs foråret. Mediets partikler bevæger sig i samme retning.
I en sådan bølge falder arten af partikeloscillationsretningen sammen med bølgeudbredelsesretningen. Dette koncept kaldes "langsgående bølge".
Hvis du strækker foråret og giver det tid til at kommetil en hviletilstand, og derefter skarpt ændre positionen i lodret retning, vil det ses, at bølgen forplanter sig langs fjederen og reflekteres mange gange.
Men partikeloscillationsretningen er nu lodret, og bølgeudbredelsen er vandret. Dette er en tværgående bølge. Det kan kun eksistere i faste stoffer.
Hastigheden af elektromagnetiske bølger af forskellig art er forskellig. Denne egenskab er med succes brugt af seismologer til at bestemme afstanden til jordskælvskilder.
Når en bølge forplanter sig, svinger partikler langs eller på tværs, men dette er ikke ledsaget af overførsel af stof, men kun af bevægelse. Så det er angivet i lærebogen "Fysik" klasse 9.
Karakterisering af bølgeligningen
Bølgeligningen i fysisk videnskab er en slags lineær hyperbolsk differentialligning. Det bruges også til andre områder, der er dækket af teoretisk fysik. Dette er en af de ligninger, som matematisk fysik bruger til beregninger. Især er gravitationsbølger beskrevet. Bruges til at beskrive processer:
- i akustik, som regel lineær type;
- i elektrodynamik.
Bølgeprocesser vises i beregningen for det flerdimensionale tilfælde af en homogen bølgeligning.
Forskellen mellem en bølge og et sving
Bemærkelsesværdige opdagelser kommer fra at tænke på et almindeligt fænomen. Galileo tog sit hjertes slag som tidens standard. Således blev konstanten i processen med pendulsvingninger opdaget - en af mekanikkens vigtigste bestemmelser. Detabsolut kun for et matematisk pendul - et ideelt oscillerende system, som er karakteriseret ved:
- balanceposition;
- kraft, der bringer kroppen tilbage til sin ligevægtsposition, når den afviger;
- transitioner af energi, når der opstår fluktuationer.
For at bringe systemet ud af balance er betingelsen for forekomsten af svingninger nødvendig. I dette tilfælde rapporteres en vis energi. Forskellige vibrationssystemer kræver forskellige typer energi.
Oscillation er en proces, der er karakteriseret ved en konstant gentagelse af bevægelser eller tilstande i systemet i bestemte tidsrum. En klar demonstration af den oscillerende proces er eksemplet på et svingende pendul.
Oscillerende og bølgeprocesser observeres i næsten alle naturlige fænomener. Bølge har funktionen at forstyrre eller ændre mediets tilstand, forplante sig i rummet og transportere energi uden at skulle overføre stof. Dette er en karakteristisk egenskab ved bølgeprocesser; de er blevet undersøgt i fysik i lang tid. Når du undersøger, kan du fremhæve bølgelængden.
Lydbølger kan eksistere i alle sfærer, de eksisterer ikke kun i et vakuum. Elektromagnetiske bølger har særlige egenskaber. De kan eksistere over alt, selv i et vakuum.
En bølges energi afhænger af dens amplitude. Den cirkulære bølge, der udbreder sig fra kilden, spreder energi i rummet, så dens amplitude falder hurtigt.
En lineær bølge har interessante egenskaber. Dens energi spredes derfor ikke i rummetamplituden af sådanne bølger falder kun på grund af friktionskraften.
Bølgeudbredelsesretningen er afbildet af stråler - linjer, der er vinkelrette på bølgefronten.
Vinklen mellem den indfaldende stråle og normalen er indfaldsvinklen. Mellem den normale og den reflekterede stråle er reflektionsvinklen. Ligestillingen mellem disse vinkler bevares ved enhver position af forhindringen i forhold til bølgefronten.
Når bølger, der bevæger sig i modsatte retninger mødes, kan der dannes en stående bølge.
Resultater
Partikler af mediet mellem tilstødende knudepunkter i en stående bølge svinger i samme fase. Disse er parametrene for bølgeprocessen, der er fastsat i bølgeligningerne. Når bølger mødes, kan både stigninger og fald i deres amplituder observeres.
Ved at kende hovedkarakteristikaene for bølgeprocessen er det muligt at bestemme amplituden af den resulterende bølge på et givet punkt. Lad os bestemme, i hvilken fase bølgen fra den første og anden kilde vil ankomme på dette tidspunkt. Desuden er faserne modsatte.
Hvis vejforskellen er et ulige antal halvbølger, vil amplituden af den resulterende bølge på dette tidspunkt være minimal. Hvis vejforskellen er lig med nul eller et helt antal bølgelængder, vil en stigning i amplituden af den resulterende bølge blive observeret ved mødestedet. Dette er et interferensmønster, når bølger fra to kilder tilføjes.
Frekvensen af elektromagnetiske bølger er fastsat i moderne teknologi. Den modtagende enhed skal registrere svage elektromagnetiske bølger. Hvis du sætter en reflektor, vil mere bølgeenergi komme ind i modtageren. Reflekssystemet monteres så det skaber det maksimalesignal på den modtagende enhed.
Karakteristika ved bølgeprocessen ligger til grund for moderne ideer om lysets natur og stoffets struktur. Når du studerer dem i en fysiklærebog i 9. klasse, kan du således med succes lære at løse problemer fra mekanikområdet.
