Šírenie vibrácií v médiu. Pozdĺžne a priečne vlny. Zhrnutie lekcie "Šírenie kmitov v médiu. Vlny. Charakteristika vĺn"

Predstavujeme vám video lekciu na tému „Šírenie vibrácií v elastickom médiu. Pozdĺžne a priečne vlny. V tejto lekcii budeme študovať problémy súvisiace so šírením oscilácií v elastickom prostredí. Dozviete sa, čo je vlna, ako sa objavuje, ako sa vyznačuje. Pozrime sa na vlastnosti a rozdiely medzi pozdĺžnymi a priečnymi vlnami.

Obraciame sa na štúdium problémov súvisiacich s vlnami. Povedzme si, čo je vlna, ako sa prejavuje a čím sa vyznačuje. Ukazuje sa, že okrem samotného oscilačného procesu v úzkej oblasti priestoru je možné tieto oscilácie šíriť aj v médiu, a práve takýmto šírením je vlnový pohyb.

Prejdime k diskusii o tejto distribúcii. Aby sme mohli diskutovať o možnosti existencie oscilácií v médiu, musíme definovať, čo je husté médium. Husté médium je médium, ktoré pozostáva z Vysoké čísločastice, ktorých interakcia je veľmi blízka elastickým. Predstavte si nasledujúci myšlienkový experiment.

Ryža. 1. Myšlienkový experiment

Umiestnime guľu do elastického média. Lopta sa zmenší, zmenší sa a potom sa roztiahne ako tlkot srdca. Čo sa bude v tomto prípade pozorovať? V tomto prípade častice, ktoré susedia s touto guľôčkou, zopakujú svoj pohyb, t.j. vzdialiť sa, priblížiť sa - tým budú oscilovať. Keďže tieto častice interagujú s inými časticami vzdialenejšími od lopty, budú tiež oscilovať, ale s určitým oneskorením. Častice, ktoré sú blízko tejto gule, oscilujú. Budú prenášané na iné častice, vzdialenejšie. Oscilácia sa teda bude šíriť všetkými smermi. Všimnite si, že v tomto prípade sa bude stav oscilácie šíriť. Toto šírenie stavu kmitov nazývame vlna. Dá sa to povedať proces šírenia kmitov v pružnom prostredí v čase sa nazýva mechanické vlnenie.

Vezmite prosím na vedomie: keď hovoríme o procese výskytu takýchto oscilácií, musíme povedať, že sú možné iba vtedy, ak existuje interakcia medzi časticami. Inými slovami, vlna môže existovať iba vtedy, keď existuje vonkajšia rušivá sila a sily, ktoré sú proti pôsobeniu rušivej sily. V tomto prípade ide o elastické sily. Proces šírenia v tomto prípade bude súvisieť s hustotou a silou interakcie medzi časticami tohto média.

Všimnime si ešte jednu vec. Vlna nenesie hmotu. Častice totiž oscilujú blízko rovnovážnej polohy. Ale zároveň vlna nesie energiu. Túto skutočnosť možno ilustrovať vlnami cunami. Hmota nie je unášaná vlnou, ale vlna nesie takú energiu, ktorá prináša veľké katastrofy.

Povedzme si niečo o typoch vĺn. Existujú dva typy - pozdĺžne a priečne vlny. Čo pozdĺžne vlny? Tieto vlny môžu existovať vo všetkých médiách. A príklad s pulzujúcou guľôčkou vo vnútri hustého média je len príkladom vzniku pozdĺžnej vlny. Takáto vlna je šírením v priestore v čase. Toto striedanie zhutňovania a riedenia je pozdĺžna vlna. Ešte raz opakujem, že takáto vlna môže existovať vo všetkých médiách – kvapalnom, pevnom, plynnom. Pozdĺžna vlna je vlna, pri ktorej šírení častice média kmitajú v smere šírenia vlny.

Ryža. 2. Pozdĺžna vlna

Čo sa týka priečnej vlny, priečna vlna môže existovať iba v pevných látkach a na povrchu kvapaliny. Vlna sa nazýva priečna vlna, pri ktorej šírení častice média kmitajú kolmo na smer šírenia vlny.

Ryža. 3. Strižná vlna

Rýchlosť šírenia pozdĺžnych a priečnych vĺn je rozdielna, ale o tom budú ďalšie hodiny.

Zoznam doplnkovej literatúry:

Poznáte pojem vlna? // Kvantové. - 1985. - č.6. - S. 32-33. Fyzika: Mechanika. 10. ročník: Proc. pre hĺbkové štúdium fyziky / M.M. Balashov, A.I. Gomonová, A.B. Dolitsky a ďalší; Ed. G.Ya. Myakišev. - M.: Drop, 2002. Elementárna učebnica fyziky. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.

Strana 1

Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí sa nazýva zvuk.

Proces šírenia kmitov v priestore sa nazýva vlna. Hranica oddeľujúca oscilujúce častice od častíc, ktoré ešte nezačali oscilovať, sa nazýva vodné čelo. Šírenie vlny v médiu je charakterizované rýchlosťou nazývanou rýchlosť ultrazvukovej vlny. Vzdialenosť medzi najbližšími časticami oscilujúcimi rovnakým spôsobom (v rovnakej fáze) sa nazýva vlnová dĺžka. Počet prechádzajúcich vĺn daný bod za 1 s sa nazýva frekvencia ultrazvuku.

Proces šírenia kmitov v elastickom prostredí sa nazýva vlnový pohyb alebo elastická vlna.

Proces šírenia kmitov v priestore v čase sa nazýva vlna. Vlny šíriace sa v dôsledku elastických vlastností prostredia sa nazývajú elastické. Elastické vlny sú priečne a pozdĺžne.

Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí sa nazýva vlna. Ak sa smer kmitania zhoduje so smerom šírenia vlny, potom sa takáto vlna nazýva pozdĺžna, napríklad zvuková vlna vo vzduchu. Ak je smer kmitania kolmý na smer šírenia vlny, potom sa takáto vlna nazýva priečna.

Proces šírenia kmitov v priestore sa nazýva vlnový proces.

Proces šírenia kmitov v priestore sa nazýva vlna.

Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí sa nazýva vlna. Ak sa smer kmitania zhoduje so smerom šírenia vlny, potom sa takáto vlna nazýva pozdĺžna, napríklad zvuková vlna vo vzduchu. Ak je smer kmitania kolmý na smer šírenia vlny, potom sa takáto vlna nazýva priečna.

Proces šírenia kmitov častíc v elastickom prostredí sa nazýva vlnový proces alebo jednoducho vlna.

Procesy šírenia fluktuácií častíc kvapaliny alebo plynu v potrubí sú komplikované vplyvom jeho stien. Šikmé odrazy pozdĺž stien potrubia vytvárajú podmienky pre vznik radiálnych kmitov. Keď sme si stanovili za úlohu študovať axiálne vibrácie častíc kvapaliny alebo plynu v úzkych potrubiach, musíme vziať do úvahy množstvo podmienok, za ktorých možno zanedbať radiálne vibrácie.

Vlna je proces šírenia kmitov v médiu. Každá častica média osciluje okolo rovnovážnej polohy.

Vlna je proces šírenia vibrácií.

Nami uvažovaný proces šírenia kmitov v elastickom prostredí je príkladom vlnových pohybov, alebo, ako sa zvyčajne hovorí, vĺn. Takže sa napríklad ukazuje, že elektromagnetické vlny (pozri § 3.1) sa môžu šíriť nielen v hmote, ale aj vo vákuu. Rovnakú vlastnosť majú aj takzvané gravitačné vlny (gravitačné vlny), pomocou ktorých sa prenášajú poruchy gravitačných polí telies, v dôsledku zmeny hmotností týchto telies alebo ich polohy v priestore. Vo fyzike sú preto vlny akékoľvek poruchy stavu hmoty alebo poľa šíriace sa v priestore. Takže napríklad zvukové vlny v plynoch alebo kvapalinách sú kolísanie tlaku šíriace sa v týchto médiách a elektromagnetické vlny sú kolísanie sily E a H elektromagnetického poľa šíriaceho sa v priestore.

Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si účet ( účtu) Google a prihláste sa: https://accounts.google.com

Popisy snímok:

Téma hodiny: Šírenie vibrácií v elastických médiách. Vlny

Husté médium je médium, ktoré pozostáva z veľkého počtu častíc, ktorých interakcia je veľmi blízka elastickej.

Proces šírenia vibrácií v elastickom prostredí v čase sa nazýva mechanické vlnenie.

Podmienky vzniku vlny: 1. Prítomnosť elastického média 2. Prítomnosť zdroja vibrácií - deformácia média

Mechanické vlnenie sa môže šíriť len v nejakom prostredí (látke): v plyne, v kvapaline, v pevnej látke. Mechanická vlna nemôže vzniknúť vo vákuu.

Vlny sú generované kmitajúcimi telesami, ktoré vytvárajú deformáciu média v okolitom priestore.

VLNY pozdĺžne priečne

Pozdĺžne - vlny, v ktorých dochádza k osciláciám pozdĺž smeru šírenia. Vyskytujú sa v akomkoľvek médiu (kvapaliny, plyny, pevné telesá).

Priečne - pri ktorých dochádza k osciláciám kolmo na smer pohybu vlny. Vyskytujú sa iba v pevných látkach.

Vlny na povrchu kvapaliny nie sú pozdĺžne ani priečne. Ak hodíte malú loptičku na hladinu vody, môžete vidieť, že sa pohybuje, hojdajúc sa na vlnách, po kruhovej dráhe.

Energia vĺn Cestujúca vlna je vlna, pri ktorej sa energia prenáša bez prenosu hmoty.

Vlny cunami. Hmota nie je unášaná vlnou, ale vlna nesie takú energiu, ktorá prináša veľké katastrofy.

K téme: metodologický vývoj, prezentácie a poznámky

Metodický rozvoj hodiny fyziky Celé meno: Raspopova Tatyana Nikolaevna Funkcia: učiteľ fyziky Titul vzdelávacia inštitúcia: Stredná škola MKOU Djoginského Trieda: 8 Sekcia programu: "Porušenia ...

Prezentácia na hodine fyziky v 8. ročníku na tému "Zvukové vlny v rôznych médiách." Zahŕňa rôzne druhy aktivity na vyučovacej hodine. Je to opakovanie samostatná práca, reporty, experimenty...

Lekcia "Šírenie svetla v homogénnom médiu"

Študenti by sa mali oboznámiť so zákonom priamočiareho šírenia svetla; s pojmami "bodový zdroj svetla" a "tieň" ...

Rovnica voľných harmonických kmitov v obvode. Matematický popis vibrácií

Táto práca môže byť použitá pri štúdiu témy v 11. ročníku: "Elektromagnetické oscilácie." Materiál je určený na vysvetlenie Nová téma a opakovanie...

Nech je oscilujúce teleso v médiu, ktorého všetky častice sú vzájomne prepojené. Častice média, ktoré sú s ním v kontakte, začnú oscilovať, v dôsledku čoho dochádza k periodickým deformáciám (napríklad stlačenie a napätie) v oblastiach média susediacich s týmto telesom. Pri deformáciách vznikajú v prostredí elastické sily, ktoré majú tendenciu vrátiť častice média do pôvodného rovnovážneho stavu.

Periodické deformácie, ktoré sa objavili na niektorom mieste elastického média, sa teda budú šíriť určitou rýchlosťou v závislosti od vlastností média. V tomto prípade častice média nie sú zapojené vlnením do translačného pohybu, ale vykonávajú oscilačné pohyby okolo svojich rovnovážnych polôh, z jednej časti média do druhej sa prenáša len elastická deformácia.

Proces šírenia kmitavého pohybu v médiu sa nazýva tzv vlnový proces alebo len mávať. Niekedy sa táto vlna nazýva elastická, pretože je spôsobená elastickými vlastnosťami média.

V závislosti od smeru kmitov častíc vo vzťahu k smeru šírenia vĺn sa rozlišujú pozdĺžne a priečne vlny.Interaktívna ukážka priečnych a pozdĺžnych vĺn

Pozdĺžna vlna – je to vlnenie, pri ktorom častice média kmitajú v smere šírenia vlny.

Na dlhej mäkkej pružine možno pozorovať pozdĺžnu vlnu veľký priemer. Zasiahnutím jedného z koncov pružiny si možno všimnúť, ako sa postupné kondenzácie a riedenie jej závitov rozšíria pozdĺž pružiny a budú prebiehať jedna za druhou. Na obrázku bodky znázorňujú polohu závitov pružiny v pokoji a potom polohy závitov pružiny v postupných intervaloch rovnajúcich sa štvrtine periódy.

priečna vlna - Ide o vlnenie, pri ktorom častice média kmitajú v smeroch kolmých na smer šírenia vlny.

Pozrime sa podrobnejšie na proces tvorby priečnych vĺn. Zoberme si ako model skutočnej šnúry reťaz guľôčok (hmotných bodov), ktoré sú navzájom spojené pružnými silami. Obrázok ukazuje proces šírenia priečnej vlny a ukazuje polohy loptičiek v po sebe nasledujúcich časových intervaloch rovnajúcich sa štvrtine periódy.

V počiatočnom okamihu (t0 = 0) všetky body sú v rovnováhe. Potom spôsobíme poruchu vychýlením bodu 1 z rovnovážnej polohy o hodnotu A a 1. bod začne kmitať, 2. bod, elasticky spojený s 1., sa dostane do kmitavého pohybu o niečo neskôr, 3. - ešte neskôr atď. .. Po štvrtine periódy oscilácie ( t 2 = T 4 ) rozšírený do 4. bodu, 1. bod sa stihne odchýliť zo svojej rovnovážnej polohy o maximálnu vzdialenosť rovnajúcu sa amplitúde kmitov A. Po uplynutí pol periódy sa 1. bod pohybom nadol vráti do rovnovážnej polohy, 4. sa odchýlil od rovnovážnej polohy o vzdialenosť rovnajúcu sa amplitúde kmitov A, vlna sa šírila do 7. bodu atď.

Medzi časom t5 = T Prvý bod po úplnom rozkmitaní prejde rovnovážnou polohou a oscilačný pohyb sa rozšíri do 13. bodu. Všetky body od 1. do 13. sú umiestnené tak, že tvoria ucelenú vlnu pozostávajúcu z priehlbiny a hrebeň.

Ukážka šírenia šmykovej vlny

Typ vlny závisí od typu deformácie média. Pozdĺžne vlny vplyvom tlakovej deformácie - ťahu, priečnych vĺn - šmykovej deformácie. Preto v plynoch a kvapalinách, v ktorých elastické sily vznikajú len pri stlačení, je šírenie priečnych vĺn nemožné. V tuhých látkach vznikajú elastické sily pri stlačení (ťahu) aj šmyku, preto je v nich možné šírenie pozdĺžnych aj priečnych vĺn.

Ako ukazujú obrázky, pri priečnych aj pozdĺžnych vlnách každý bod média kmitá okolo svojej rovnovážnej polohy a posúva sa od nej najviac o amplitúdu a stav deformácie média sa prenáša z jedného bodu média na ďalší. Dôležitým rozdielom medzi elastickými vlnami v médiu a akýmkoľvek iným usporiadaným pohybom jeho častíc je, že šírenie vĺn nie je spojené s prenosom hmoty v médiu.

vlny sú akékoľvek poruchy stavu hmoty alebo poľa, šíriace sa v priestore v priebehu času.

Mechanický sa nazývajú vlny, ktoré vznikajú v elastických médiách, t.j. v médiách, v ktorých vznikajú sily, ktoré bránia:

1) ťahové (kompresné) deformácie;

2) šmykové deformácie.

V prvom prípade tam pozdĺžna vlna, pri ktorej dochádza k kmitom častíc média v smere šírenia kmitov. Pozdĺžne vlny sa môžu šíriť v pevných, kvapalných a plynných telesách, pretože sú spojené s výskytom elastických síl pri zmene objem.

V druhom prípade existuje vo vesmíre priečna vlna, v ktorej častice média kmitajú v smeroch kolmých na smer šírenia vibrácií. Priečne vlny sa môžu šíriť len v pevných látkach, pretože spojené so vznikom elastických síl pri zmene formulárov telo.

Ak teleso kmitá v pružnom prostredí, pôsobí na častice prostredia, ktoré k nemu priliehajú, a núti ich vykonávať nútené oscilácie. Prostredie v blízkosti kmitajúceho telesa sa deformuje a vznikajú v ňom elastické sily, ktoré pôsobia na častice média, ktoré sa od telesa stále viac vzďaľujú, čím ich uvoľňujú z rovnovážnej polohy. Všetko časom veľká kvantitačastice média sa podieľajú na oscilačnom pohybe.

Veľký význam majú mechanické vlnové javy pre Každodenný život. Napríklad v dôsledku zvukových vĺn v dôsledku elasticity životné prostredie môžeme počuť. Tieto vlny v plynoch alebo kvapalinách sú kolísanie tlaku šíriace sa v danom médiu. Ako príklady mechanických vĺn možno tiež uviesť: 1) vlny na vodnej hladine, kde spojenie susedných úsekov vodnej hladiny nie je spôsobené elasticitou, ale gravitáciou a silami povrchového napätia; 2) nárazové vlny z výbuchov granátov; 3) seizmické vlny – kolísanie v zemská kôrašíriacim sa zo zemetrasenia.

Rozdiel medzi elastickými vlnami a akýmkoľvek iným usporiadaným pohybom častíc média je v tom, že šírenie kmitov nie je spojené s prenosom látky média z jedného miesta na druhé na veľké vzdialenosti.

Lokus bodov, do ktorých oscilácie dosiahnu určitý bod v čase, sa nazývajú vpredu vlny. Čelo vlny je povrch, ktorý oddeľuje časť priestoru už zapojenú do vlnového procesu od oblasti, v ktorej ešte nevznikli oscilácie.

Lokus bodov oscilujúcich v rovnakej fáze sa nazýva vlnová plocha. Vlnová plocha môže byť nakreslená cez akýkoľvek bod v priestore pokrytom vlnovým procesom. V dôsledku toho existuje nekonečný počet vlnových plôch, zatiaľ čo v každom okamihu existuje iba jedno čelo vlny, ktoré sa neustále pohybuje. Tvar čela môže byť rôzny v závislosti od tvaru a rozmerov zdroja kmitov a vlastností média.

V prípade homogénneho a izotropného prostredia sa sférické vlnenie šíri z bodového zdroja, t.j. čelo vlny je v tomto prípade guľa. Ak je zdrojom kmitov rovina, potom sa v jej blízkosti ktorýkoľvek úsek čela vlny len málo líši od časti roviny, preto sa vlny s takýmto čelom nazývajú rovinné vlny.

Predpokladajme, že v priebehu času sa nejaký úsek vlnoplochy presunul do . Hodnota

sa nazýva rýchlosť šírenia čela vlny resp fázová rýchlosť vlny na tomto mieste.

Čiara, ktorej dotyčnica sa v každom bode zhoduje so smerom vlny v tomto bode, t.j. so smerom prenosu energie je tzv lúč. V homogénnom izotropnom prostredí je lúč priamka kolmá na čelo vlny.

Oscilácie zo zdroja môžu byť harmonické alebo neharmonické. Vlny teda vychádzajú zo zdroja monochromatické a nemonochromatické. Nemonochromatickú vlnu (obsahujúcu vibrácie rôznych frekvencií) možno rozložiť na monochromatické vlny (každá z nich obsahuje vibrácie rovnakej frekvencie). Monochromatická (sínusová) vlna je abstrakcia: takáto vlna sa musí nekonečne rozširovať v priestore a čase.