Главная >> Физика 11 кл. Мякишев

Глава 6. Механические волны

§ 46. Распространение волн в упругих средах

На резиновом шнуре, по струне или в тонком стержне волны могут распространяться только по одному направлению — вдоль шнура, струны или стержня. Если же газ, жидкость или твердое тело сплошь заполняют некоторую область пространства (сплошная среда), то возникшие в одном месте колебания распространяются по всем направлениям.

Волна при распространении от какого-либо источника в сплошной среде постепенно захватывает все более обширные области пространства.

Это хорошо видно на рисунке 6.1, на котором изображены круговые волны на поверхности воды от брошенного камня. Энергия, которую несут с собой волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, переносимая через поверхность единичной площади за одну секунду, уменьшается по мере удаления от источника волн. Следовательно, уменьшается и амплитуда колебаний частиц среды по мере удаления от источника. Ведь энергия колеблющегося тела пропорциональна квадрату амплитуды его колебаний. Это справедливо для колебаний не только груза на пружине или какого- нибудь другого маятника, но и для любой частицы среды.

Таким образом, амплитуда волны в среде по мере удаления волны от источника обязательно уменьшается, даже если механическая энергия не превращается во внутреннюю за счет действия в среде сил трения.

Плоская волна. Волновая поверхность и луч

Исключение составляет так называемая плоская волна. Такую волну можно получить, если поместить в упругую среду большую пластину и заставить ее колебаться в направлении нормали к пластине. Все точки среды, примыкающие к пластине с одной стороны, будут совершать колебания с одинаковыми амплитудами и фазами. Эти колебания будут распространяться в виде волн в направлении нормали к пластине, причем все частицы среды, лежащие в плоскости, параллельной пластине, будут колебаться в одной фазе. Поверхность равной фазы называется волновой поверхностью. В случае плоской волны волновые поверхности представляют собой плоскости (рис. 6.11). Так как все точки, принадлежащие одной волновой поверхности, колеблются одинаково, то уравнение плоской бегущей волны будет иметь вид

где s — смещение всех точек волновой поверхности в данный момент времени, а ось X совпадает с направлением распространения волны и, соответственно, перпендикулярна волновой поверхности.

Волна может считаться плоской лишь приближенно (на краях волновые поверхности искривляются).

Линия, нормальная к волновой поверхности, называется лучом. Под направлением распространения волн понимают направление именно лучей. Лучи для плоских волн представляют собой параллельные прямые (см. рис. 6.11). Вдоль лучей происходит перенос энергии.

Окончание >>>