В помощь читателю: 7. Волны

Слева: профиль бегущей волны в какой-то фиксированный момент времени. Справа: поведение какой-то выбранной точки с течением времени. Изображение с сайта fxyz.ru

Волна — это периодическое колебание, распространяющееся в пространстве. Если взглянуть на всю волну сразу в какой-то фиксированный момент времени, то ее профиль регулярно повторяется на расстоянии, которое называется длина волны λ. Длина волны — это пространственный аналог периода колебания. Если, наоборот, выбрать какую-то одну точку в пространстве и следить за ее колебанием во времени, получится обычное колебание с периодом T, которое мы только что описали.

Бегущая волна
Бегущая волна. Изображение с сайта resource.isvr.soton.ac.uk

А если, наконец, следить за всей волной с течением времени, то мы увидим бегущую волну: регулярный профиль, в котором пространственная и временная периодичности связаны друг с другом и который движется со скоростью

v =   λ  .
T

Эта одна из ключевых формул для наших целей.

Понимаемая широко, она связывает друг с другом типичные пространственные и временные масштабы для тех явлений, чьим представителем является эта волна.

Например, если мы хотим узнать типичный период колебаний атомов в твердом теле, мы первым делом находим волну из того же круга явлений (звук в сплошной среде — это и есть синхронные колебания атомов), берем скорость этой волны (несколько км/с в твердом теле) и типичные межатомные расстояния — и тогда эта формула дает нам типичный период колебаний. Конечно, тут есть куча тонкостей, но для самой первой оценки по порядку величины этот подход достаточен.

Два примера бегущих волн: звуковая волна в газе (слева) и волна на поверхности воды (справа). Внимание: не путайте скорость волны и скорость отдельной частицы в этой волне! Изображение с сайта acs.psu.edu

Так же, как и период свободных колебаний, скорость волны — это чрезвычайно важная характеристика. Она не может быть какой угодно, она определяется именно свойствами колеблющейся среды. Она характеризует то, как влияют друг на друга колебания в соседних областях пространства, как перетекают друг в друга разные формы энергии, запасенные в волне. Словом, скорость волны описывает то, как волна живет. Поэтому, когда физики хотят увидеть невидимые глазом подробности устройства среды, по которой распространяются волны, они часто измеряют скорость волны для разных длин волн.


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»