Теория:
Проведём опыт.
Возьмём длинную разноцветную пружину (слинки), растянем её и легонько ударим рукой по одному из её концов (рис. \(1\)).
Рис. \(1\). Удар по пружине
Витки пружины с этого конца сблизятся. Под действием силы упругости витки с одной стороны начинают расходиться, а с другой — сближаться. На протяжении всей длины пружины можно наблюдать, как перемещается область уплотнения (сгущения) по пружине (рис. \(2\)).
Рис. \(2\). Перемещение области уплотнения по пружине
Постукивая с одного конца ритмично, можем добиться того, что витки будут передавать колебательные движения, оставаясь около своего положения равновесия.
Колебания будут передаваться последовательно по виткам пружины. На рисунке \(3\) показаны сгущения и разрежения в пружине вследствие распространения колебания вдоль всей пружины.
Ритмично запуская колебания по пружине, воздействуя рукой, мы добьёмся распределения сгущения и разрежения вдоль пружнины (рис. \(3\)).
Рис. \(3\). После ритмических ударов по пружине
Наблюдая за витками пружины, можно сделать вывод, что от одного её конца к другому будет распространяться возмущение, иными словами — изменение некоторых физических величин, характеристик состояния среды.
В случае пружины таким возмущением будет изменение модуля и направления силы упругости, а также ускорения и скорости движения витков, смещение витков от их изначального положения.
Волны — это возмущения, распространяющиеся в пространстве.
Эту волну называют бегущей. При распространении волны в пространстве происходит перенос энергии, а само вещество, в котором распространяется волна, не переносится.
Витки пружины получают энергию при ударе. Так как витки связаны между собой, то одни витки начинают передавать её соседним виткам. Передача энергии происходит от витка к витку, при этом мы видим, как распространяется механическое возмущение вдоль пружины (рис. \(4\)), т. е. создаётся бегущая волна.
Рис. \(4\). Передача энергии по пружине
Легко заметить, что вся пружина остаётся на прежнем месте, но при этом происходит колебание каждого витка пружины.
Механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде, называют упругой волной.
Примером упругих волн являются звуковые волны (рис. \(5\)).
Рис. \(5\). Звуковые волны
Упругие волны образуются в среде в результате возникновения упругих сил. Причиной возникновения этих сил является деформация.
Рассмотрим пример с камертоном. При ударении молоточком по одной из ветвей камертона возникнет упругая волна (рис. \(6\)).
Рис. \(6\). Распространение звука камертона
При отсутствии молекул среды распространение упругих волн невозможно. В этом случае могут распространяться только электромагнитные волны (рис. \(7\)).
Рис. \(7\). Распространение электромагнитной волны
Механика волновых процессов исследуется в оптической физике, в электродинамике, в акустике и в других смежных науках и прикладных отраслях. Чем больше возможностей наблюдать, изучать и описывать волновые процессы, тем точнее прогнозируются явления природы и пути их использования.
Источники:
Рис. 1. Удар по пружине. © ЯКласс.
Рис. 2. Перемещение области уплотнения по пружине. © ЯКласс.
Рис.3. После ритмических ударов по пружине. © ЯКласс.
Рис. 4. Передача энергии по пружине. © ЯКласс.
Рис. 5. Звуковые волны. © ЯКласс.
Рис. 6. Распространение звука камертона. © ЯКласс.
Рис. 7. Распространение электромагнитной волны. © ЯКласс.