В изотропной среде (см. определение выше) лучи перпендикулярны волновым поверхностям (фронту) и имеют вид прямых линий. В анизотропной среде, а также при дифракции волн, лучи могут искривляться. При прохождении волны по среде ее точки вовлекаются в колебательный процесс последовательно друг за другом. Где Е – модуль Юнга, – плотность невозмущенной среды (твердого тела до момента распространения по нему волны). Где – модуль сдвига среды, -ее плотность в невозбужденном состоянии (т.е. когда в этой среде не распространяется упругая волна). Тела, которые воздействуют на среду, вызывая колебания, называются источниками волн.

См. также

При образовании колебаний в жидких, твердых и газообразных средах переноса вещества, как такового, не происходит. Каждая материальная точка только меняет свое состояние, оставаясь неподвижной в направлении кажущегося распространения. Волны, образованные брошенным в воду камнем – это визуально воспринимаемая «картинка» сферических зон, передающих энергию соседним участкам. Теперь, когда мы знаем значение волны в физике, давайте рассмотрим несколько примеров повседневных волн, чтобы лучше понять эту концепцию. Акустический резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды звукового сигнала при приближении частоты сигнала-возбудителя к частоте собственных колебаний системы.

Что такое волна в физике?

Где – скорость света в вакууме, , – электрическая и магнитная постоянные, , – соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость среды. Спектральный состав (спектр) звука указывает из каких колебаний состоит данный звук и как распределены амплитуды между отдельными его составляющими. Запишем условия максимумов и минимумов при интерференции.

Наблюдателю только кажется, что колебания распространяются во все стороны. На самом деле перетекания жидкости из одного места в другое не происходит. Меняется лишь рельеф водной поверхности в определенных точках, положение которых зависит от частоты и амплитуды инициированных колебаний. Имейте в виду, что в физике уравнение волны можно выразить несколькими способами, поэтому его также можно выразить с помощью косинуса.

Волна

Так, в случае продольных волн сжатие среды в некоторой области приводит к повышению давления в ней и передаче движения в соседние области. Общая теория относительности предсказывает также возможность распространения в вакууме гравитационных волн. Согласно принципу суперпозиции накладываться друг на друга без взаимного искажения могут волны любой формы. В результате наложения волн результирующее колебание каждой частицы среды может происходить по любому сложному закону. Такое образование волн называется волновым пакетом. Скорость движения волнового пакета не совпадает со скоростью ни с одной из слагаемых волн.

Временна́я и пространственная периодичности

Характерный пример явлений этого типа – звучание музыкальных инструментов, в резонаторах которых образуются «сложные» колебания за счет эффекта суперпозиции. В качестве примера этих явлений рассматривается случай падения солнечного луча, представляющего собой волновой процесс, на водную гладь. При его наблюдении обнаруживается, что какая-то часть энергии волны отражается от поверхности, а другая – поглощается с хорошо различимым визуальным «преломлением». Кроме того, волна может волны боллинджера «преломиться» на границе двух сред, если для этого имеются соответствующие условия. Такое возможно в ситуации, когда физические свойства нового вещества позволяют колебательному процессу передавать энергию дальше.

Такое изменение частоты при взаимном движении источника и приёмника волн называется эффектом Доплера; этот эффект кинематический и имеет место для волн любой физической природы. Для наблюдения интерференционных картин существенное значение имеет когерентность волн. Тогда при инерционном наблюдении интерференционная картина будет размываться. В акустических и радиодиапазонах обычно этот фактор малосуществен, однако в оптическом диапазоне ситуация другая. При использовании естественных источников света время, в течение которого фазу волны можно считать постоянной, при нормальных условиях составляет всего 10–9–10–10 с.

Для нахождения постоянных интегрирования в данном случае требуется знание ненулевых параметров колебания хотя бы в одной точке динамической системы. При нулевом отклонении параметров всей системы (отсутствии предварительного возмущения) общее решение уравнения будет обращаться в ноль. При этом частное решение может быть и ненулевым. Таким образом, общее и частное решение волнового уравнения описывают различные процессы, возникающие в динамической системе. Частное решение описывает реакцию на непосредственное воздействие на систему, а общее решение — последействие системы при окончании воздействия на неё. Инициировать волновое колебание в абсолютном вакууме еще никому не удавалось, поскольку это в принципе невозможно.

При распространении волны движение передается от одного участка тела к другому. С передачей движения связана передача энергии. Передача энергии без передачи вещества – основное свойство всех волн.

Звучание флейты, шум мегаполиса, шорох травы, грохот водопада, человеческая речь, музыкальный звук, шум, акустический резонанс… Все это связано с распространением в пространстве определенных механических волн, которые называют звуковыми волнами. С элементами акустики вы начали знакомиться в курсе физики 9 класса. Судно, плывущее по морю, образует на поверхности воды волну. Если на своем пути волна встретит скалу или торчащую из воды ветку, то за скалой образуется тень (то есть непосредственно за скалу волна не проникает), а за веткой тень не образуется (волна ветку огибает).

• Для ответа на него вспомним о том, что помимо известных агрегатных состояний вещества в физике имеется еще одна форма существования материи, называемая «полем».
• Упругие волны с частотой ниже 17 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше Гц – ультразвуком.
• Самые большие волны отслеживаются в открытом море.
• В результате этого возникает интересное явление, названное «суперпозицией».
• В линейных диспергирующих системах форма огибающей волны остаётся неизменной только на ограниченных расстояниях.

Обобщение знаний о механических колебаниях и волнах в фундаментальном труде Гельмгольца. Экспериментальные исследования электромагнитных волн Максвеллом и Герцем. Развитие волновой оптики в трудах Гюйгенса, который выдвинул представление о свете как о волнах. Эксперименты Герца по дифракции и поляризации света. Изобретение акустических музыкальных инструментов.

• Данный случай важен тем, что по пути распространения они могут пересекаться и взаимодействовать между собой.
• Где – модуль сдвига среды, -ее плотность в невозбужденном состоянии (т.е. когда в этой среде не распространяется упругая волна).
• В общем случае энергия излучения распределяется по различным направлениям неравномерно.
• Эта прибойная волна вдобавок расстраивается водой, возвращающейся вниз по скованной спине непоколебимым океаном.
• В таком представлении удобно оценивать количественные характеристики гармонических процессов, а также наглядно демонстрировать характер распространения самих волн.

Когерентные точечные источники и испускают волны по всем направлениям. До точки наблюдения М расстояние от первого источника , а от второго – . Интенсивностью волны называется модуль среднего значения вектора Умова .

Течение воды не возникает, перемещается только форма ее поверхности. Рассмотрим особенности распространения волн. Если рассматривать волны на поверхности воды (рис. 204), то они кажутся валами, движущимися в определенном направлении, причем расстояния между валами, или гребнями, одинаковы. Волна — процесс распространения колебаний в любой среде.

Все физические величины, характеризующие механические волны (амплитуда, частота, длина, энергия), являются и характеристиками звука. Эти величины не зависят от особенностей восприятия звука человеком, поэтому их называют объективными, или физическими, характеристиками звука. Субъективные характеристики звука (громкость, высота, тембр) обусловлены особенностями слуха человека, поэтому их называют физиологическими. Понятно, что физические и физиологические характеристики звука связаны (см. таблицу). Где v – скорость распространения волны (м/с); – длина волны (м); Т – период колебаний (с). Любые волны характеризуются длиной и скоростью их распространения.

Схематическое представление этапов образования ударной акустической волны.Рис. При наличии заметной дисперсии образование скачкообразных фронтов уже невозможно, и нелинейная эволюция волн имеет более сложный характер, зависящий от соотношения параметров нелинейности и дисперсии. При определённых условиях могут существовать стационарные бегущие волны, профиль которых при малых амплитудах близок к синусоиде, а при больших – к последовательности коротких импульсов. В пределе бесконечного периода получаются уединённые волны – солитоны, они имеют тем меньшую длительность и бо́льшую скорость распространения, чем выше их амплитуда.

Продольные волны — это волны, в которых частицы совершают колебания вдоль направления распространения волны. Поперечные волны — это волны, в которых частицы совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. При распространении волны изменяется состояние колеблющейся среды, но не перенос вещества. От брошенного камня начинает колебаться определенный участок воды, эти колебания передаются соседним участкам и постепенно распространяются во все стороны.