Mexanik to'lqinlar: manba, xususiyatlar, formulalar

Qaysi mexanik to'lqinlar borligini tasavvur qilish uchun siz suvga tosh otishingiz mumkin. Unda paydo bo'layotgan va depressiyalar va tizmalarni aylanadigan doiralar mexanik to'lqinlarning namunasidir. Ularning mohiyati nima? Mexanik to'lqinlar elastik muhitda tebranishlarning tarqalishi jarayonidir.

Suyuqlik yuzalarida to'lqinlar

Bunday mexanik to'lqinlar intermolekulyar ta'sir kuchlari ta'siri va suyuq zarrachalar ustidagi tortishish tufayli mavjud. Odamlar bu hodisani uzoq vaqt o'rganib kelgan. Eng diqqatga sazovor joylar - okean va dengiz to'lqinlari. Shamol tezligi oshishi bilan ular o'zgaradi va ularning balandligi oshadi. To'lqinlarning shakli ham murakkablashadi. Okeanda qo'rqinchli nisbatlarga erishish mumkin. Qudratning eng yorqin misollaridan biri - bu yo'ldan boradigan barcha narsani tsunamidan tozalash.

Dengiz energiyasi va okean to'lqinlari

Sohilga borib, chuqurlikdagi o'tkir o'zgarish bilan to'lgan dengiz to'lqinlari. Ba'zida ular bir necha metr balandlikda bo'ladi. Bunday paytlarda ulkan suv massasining kinetik energiyasi, uning ta'siri ostida tezda yiqiladigan qirg'oqqa to'siqlarga o'tadi. Sehrning kuchi ba'zida ulkan qadriyatlarga etadi.

Elastik to'lqinlar

Mexanikada nafaqat suyuqlik yuzasida vibratsiya, balki elastik to'lqinlar ham o'rganiladi. Ular turli ommaviy axborot vositalarida elastik kuchlarning ta'siri ostida tarqaladigan nosimmetrikliklardir. Bunday nosimmetriklik ma'lum bir zarrachaning zarrachalarining muvozanat holatidan har qanday burilishidir. Elastik to'lqinlarning yaxshi namunasi, bir uchiga bir narsaga biriktirilgan uzun arqon yoki kauchuk kolba. Agar u siqilgan bo'lsa va lateral o'tkir harakat ikkinchi (ishonchli bo'lmagan) uchida bir bezovtalik paydo qilsa, siz uning qanotining butun uzunligi bo'ylab qo'llab-quvvatlanishi va qaytib kelishi uchun qanday qilib "ishlashi" mumkin.

Mexanik to'lqin manbai

Dastlabki perturbatsiya muhitdagi to'lqin ko'rinishiga olib keladi. Bu fizikaga to'lqin manbai deb ataladigan ba'zi bir begona jismlarning harakatiga bog'liq. Ular arqonni yalang'och yoki suvga tashlangan bir odamning qo'li bo'lishi mumkin. Manba harakati vaqtinchalik xususiyatga ega bo'lgan hollarda, odatda muhitda bir to'lqin paydo bo'ladi. «Disturber» uzoq salınımlı harakatlar qilganida, to'lqinlar bir-birining ortidan paydo bo'ladi.

Mexanik to'lqinlarni yaratish shartlari

Bunday tebranishlar doimo shakllanmaydi. Tashqi ko'rinishi uchun zarur bo'lgan shart - bu vositaning buzilishida, xususan, moslashuvchanlikni engillashtiradigan kuchlar paydo bo'lishi. Ular qo'shni zarralarni bir-biriga yaqinlashtiradilar va yaqinlashish vaqtida ularni bir-biridan uzoqlashtiradilar. Chidamlilik manbaidan uzoqroq zarralar ustida harakat qiluvchi moslashuvchan kuchlar ularni muvozanatdan chiqarib tashlashni boshlaydi. Vaqt o'tib, muhitning barcha zarralari bir tebranish harakati bilan shug'ullanadi. Bunday tebranishlarning tarqalishi ham to'lqindir.

Mexanik to'lqinlar elastik muhitda

Elastik to'lqinlarda bir vaqtning o'zida ikkita harakat turi mavjud: zarralarning tebranishi va perturbatsiya tarqalishi. Uzunlamasına to'lqin mexanik to'lqin bo'lib, uning zarralari uning tarqalishi yo'nalishi bo'yicha salqinlashadi. Transvers to'lqin - bu o'rta zarralar uning tarqalishi yo'nalishi bo'yicha salqinlashgan to'lqin.

Mexanik to'lqinlarning xususiyatlari

Uzunlamasına to'lqinlardagi shikastlanishlar noyob va bosimlarga, shuningdek, oqsoqollar yo'nalishida - atrof-muhitning ayrim qatlamlarini boshqalarga nisbatan joylarini almashtirish (joylashtirish). Siqilish deformatsiyasiga elastik kuchlarning ko'rinishi kiradi. Bunday holda, kesishning deformatsiyasi faqat qattiq moddalarda elastik kuchlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq. Gaz va suyuq muhitda bu ommaviy axborot vositalarining qatlamlarini kesish bu kuchning ko'rinishi bilan birga kelmaydi. Uning xususiyatlariga qarab, uzunlamasına to'lqinlar har qanday muhitda tarqalishi mumkin, va ko'ndalang to'lqinlar - faqat qat'iy.

Suyuqliklar yuzasida to'lqinlarning xususiyatlari

Suyuqlik yuzasida to'lqinlar bo'ylama emas va oqsoqollar emas. Ular ancha murakkab, ya'ni uzunlamasına-transvers xarakterga ega. Bu holda, suyuq zarralar bir doira bo'ylab yoki uzoq ellips davomida harakat qiladi. Suyuqlik yuzasida zarralar va ayniqsa, katta salınımlı zarralar harakatlari to'lqin tarqalishi yo'nalishi bo'yicha sekin, ammo doimiy harakatlari bilan birga keladi. Suvdagi mexanik to'lqinlarning bu xususiyatlari turli xil dengiz maxsulotlarining qirg'og'ida paydo bo'lishiga olib keladi.

Mexanik to'lqinlarning chastotasi

Agar elastik muhitda (suyuq, qattiq, gazsimon) zarrachalarning tebranishini qo'zg'atadigan bo'lsa, u holda ularning o'zaro ta'siri tufayli tezlikda u tarqaladi. Shunday qilib, titraydigan tanasi gaz yoki suyuq muhitda bo'lsa, uning harakati unga qo'shni bo'lgan barcha zarrachalarga etkaziladi. Ular ushbu jarayonda quyidagilarni o'z ichiga oladi va hokazo. Bunday holda, vositaning barcha nuqtalari mutanosib chastotada, tebranuvchi tananing chastotasiga teng ravishda siljiydi. Bu to'lqinning chastotasi. Boshqacha aytganda, bu qiymat to'lqin tarqaladigan muhitdagi nuqtalarning tebranish chastotasi sifatida tavsiflanishi mumkin.

Shu vaqtning o'zida bu jarayon qanday amalga oshirilishi noma'lum bo'lishi mumkin. Mexanik to'lqinlar bilan vibratsiyali energiyani uning manbaidan mediaga yaqinlashishi bog'liq. Buning ortidan bir nuqtadan ikkinchisiga to'lqin to'lqinsa, davriy deformatsiyalar deyiladi. Bunday holda, muhitning zarralari to'lqin bilan birga harakat qilmaydi. Ular muvozanat holatida yonib turadilar. Shuning uchun mexanik to'lqinning tarqalishi moddalarning bir joydan boshqa joyga uzatilishi bilan birga bo'lmaydi. Mexanik to'lqinlar boshqa chastotaga ega. Shuning uchun ular intervalgacha bo'linib, maxsus o'lchovni yaratdilar. Chastotani Hertz (Hz) da o'lchanadi.

Asosiy formulalar

Hisoblash formulalari juda oddiy bo'lgan mexanik to'lqinlar o'qish uchun qiziqarli ob'ektdir. To'lqinning (iv) tezligi uning old harakatining tezligi (ushbu momentteki muhitning salınımına ulaştığı barcha nuqtalarning geometrik joyi):

Y = √G / r,

Bu erda r - muhitning zichligi va G - elastiklik moduli.

Hisoblashda, to'lqinlar jarayonida ishtirok etadigan vosita zarralarining tezligi bilan muhitda mexanik to'lqin tezligini aralashtirmaslik kerak. Masalan, havoda tovush to'lqinlari molekulalarining 10 m / s tezlikda salınımının o'rtacha tezligi bilan harakat qiladi, normal sharoitda tovush to'lqinining tezligi esa 330 m / s dir.

To'lqinlarning old tomoni turli xil, eng oddiylari:

• Sferik - gaz yoki suyuq muhitda vibratsiyadan kelib chiqadi. Bu holda to'lqinning amplitudasi pasayadi, chunki manba masofa masofaning kvadratiga teskari proportsionaldir.

• Yassi - to'lqinlar tarqalishi yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan tekislikni ifodalaydi. Masalan, yopiq pistonli tsilindrda, u salbiy harakatlar sodir bo'lganda paydo bo'ladi. Samolyot to'lqinlari deyarli doimiy amplituda bo'ladi. Noqulaylik manbaidan uzoqlashib borayotganida uning nochor kamayishi gaz yoki suyuq muhitning viskozites darajasiga bog'liq.

To'lqin uzunligi

Dalgaboy uzunligi, uning old qismini o'rta zarrachalarning salınma davriga teng bo'lgan bir vaqtning o'zida harakatlanishi masofa sifatida tushuniladi:

L = yT = y / v = 2py / ō,

Bu erda T - tebranish davri, y to'lqin tezligi, ō davriy chastota, v - o'rta nuqtalarning tebranish chastotasi.

Mexanik to'lqinning tarqalish tezligi butunlay o'ziga xos xususiyatlarga bog'liq ekan, uning uzunligi l o'rta o'tish davriga o'zgarib turadi. Bunday holatda vibratsiya chastotasi v har doim bir xil bo'ladi. Mexanik va elektromagnit to'lqinlar energiyani uzatishda o'xshashdir, ammo modda almashinuvi yo'q.