امواج سطحی امواج صوتی سطحی

امواج در یک زنجیره گسسته. قطبش امواج سرعت موج برشی چگالی انرژی جنبشی آب جاری

امواج.

برای مدت طولانی، تصویر بصری یک موج همیشه با امواج روی سطح آب همراه بوده است. اما امواج آب پدیده‌ای بسیار پیچیده‌تر از بسیاری از فرآیندهای موجی دیگر هستند، مانند انتشار صدا در یک محیط همسانگرد همگن. بنابراین، طبیعی است که مطالعه حرکت موج را نه با امواج روی آب، بلکه با موارد ساده‌تر آغاز کنیم.

امواج در یک زنجیره گسسته.

ساده ترین راه این است که موجی را تصور کنید که در امتداد یک زنجیره بی پایان از آونگ های متصل منتشر می شود (شکل 192). با یک زنجیره بی نهایت شروع می کنیم تا بتوانیم موجی را در یک جهت در نظر بگیریم و به بازتاب احتمالی آن از انتهای زنجیره فکر نکنیم.

برنج. 192. موج در زنجیره ای از آونگ های متصل اگر آونگ که در ابتدای زنجیره قرار دارد، به حرکت نوسانی هارمونیک با فرکانس معین co و دامنه A آورده شود، آنگاه حرکت نوسانی در طول زنجیره منتشر می شود. این انتشار ارتعاشات از یک مکان به مکان دیگر، فرآیند موج یا موج نامیده می شود. در غیاب میرایی، هر آونگ دیگری در زنجیره، نوسانات اجباری آونگ اول را با مقداری تاخیر فاز تکرار می‌کند. این تأخیر به این دلیل است که انتشار نوسانات در طول زنجیره با سرعت محدود مشخصی اتفاق می افتد. سرعت انتشار ارتعاشات به سفتی فنر متصل کننده آونگ ها و میزان قوی بودن اتصال بین پاندول ها بستگی دارد. اگر اولین آونگ زنجیر طبق قانون خاصی حرکت کند، جابجایی آن از موقعیت تعادل تابعی از زمان است، سپس جابجایی آونگ، در فاصله ای از ابتدای زنجیره، در هر لحظه از زمان. دقیقاً همان جابجایی آونگ اول در یک لحظه قبل از زمان خواهد بود که توسط یک تابع توصیف می شود. اجازه دهید آونگ اول تحت نوسانات هارمونیک قرار گیرد و جابجایی آن از موقعیت تعادل با عبارت داده شود. هر یک از آونگ های زنجیره با فاصله ای که از ابتدای زنجیره قرار دارد مشخص می شود. بنابراین، جابجایی آن از موقعیت تعادل در هنگام عبور موج به طور طبیعی با نشان داده می شود. سپس، مطابق با آنچه در بالا گفته شد، موج توصیف شده توسط معادله را تک رنگ می نامند. یکی از ویژگی های یک موج تک رنگ این است که هر یک از آونگ ها یک نوسان سینوسی با فرکانس خاصی را انجام می دهند. انتشار موج در طول زنجیره ای از آونگ ها با انتقال انرژی و تکانه همراه است. اما هیچ انتقال جرمی در این مورد اتفاق نمی افتد: هر آونگی که در اطراف موقعیت تعادل در نوسان است، به طور متوسط ​​در جای خود باقی می ماند.

پلاریزاسیون امواجبسته به جهتی که آونگ ها در آن نوسان می کنند، از امواجی با قطبش متفاوت صحبت می کنند. اگر آونگ ها در جهت انتشار موج در نوسان باشند، مانند شکل 1. 192، آنگاه موج طولی نامیده می شود، اگر عرض آن عرضی نامیده شود. به طور معمول، امواج با قطبش های مختلف با سرعت های مختلف حرکت می کنند. زنجیره در نظر گرفته شده از آونگ های جفت شده نمونه ای از یک سیستم مکانیکی با پارامترهای توده ای است.

نمونه دیگری از یک سیستم با پارامترهای توده ای که در آن امواج می توانند منتشر شوند، زنجیره ای از توپ ها است که توسط فنرهای سبک به هم متصل شده اند (شکل 193). در چنین سیستمی خواص بی اثر در گلوله ها و خاصیت ارتجاعی در فنرها متمرکز می شود. هنگامی که یک موج منتشر می شود، انرژی جنبشی ارتعاش روی توپ ها و انرژی پتانسیل روی فنرها متمرکز می شود. به راحتی می توان تصور کرد که چنین زنجیره ای از توپ های متصل شده توسط فنرها را می توان به عنوان مدلی از یک سیستم یک بعدی با پارامترهای توزیع شده، به عنوان مثال یک رشته الاستیک در نظر گرفت. در یک رشته، هر عنصر طولی هم جرم، خواص بی اثر و هم خاصیت سفتی و کشسانی دارد. امواج در یک رشته کشیده. اجازه دهید یک موج تک رنگ عرضی را در نظر بگیریم که در یک رشته کشیده بی نهایت منتشر می شود. پیش تنیدگی ریسمان ضروری است زیرا یک رشته انعطاف پذیر بدون کشش، بر خلاف یک میله جامد، فقط از نظر تغییر شکل کششی قابل ارتجاع است، اما نه فشار. یک موج تک رنگ در یک رشته با همان عبارتی توصیف می شود که موج در زنجیره ای از آونگ ها. با این حال، اکنون نقش یک آونگ جداگانه توسط هر عنصر از رشته ایفا می شود، بنابراین متغیر در معادله که موقعیت تعادل آونگ را مشخص می کند مقادیر پیوسته می گیرد. جابجایی هر عنصر رشته از موقعیت تعادلی خود در هنگام عبور موج تابعی از دو متغیر زمانی و موقعیت تعادلی این عنصر است. اگر یک عنصر رشته خاصی را در فرمول ثابت کنیم، تابع، زمانی که ثابت شد، تغییر مکان عنصر رشته انتخاب شده را بسته به زمان نشان می دهد. این اختلاط یک نوسان هارمونیک با فرکانس و دامنه است. فاز اولیه ارتعاش این عنصر ریسمان به موقعیت تعادل آن بستگی دارد. تمام عناصر ریسمان، هنگام عبور از یک موج تک رنگ، ارتعاشات هارمونیک با فرکانس و دامنه یکسان، اما در فاز متفاوت انجام می دهند.

طول موج.

اگر آن را در فرمول ثابت کنیم و کل رشته را در همان لحظه از زمان در نظر بگیریم، آنگاه تابع، وقتی ثابت شد، تصویری آنی از جابجایی همه عناصر رشته، مانند عکس فوری از یک موج، به دست می دهد. در این "عکس" ما یک سینوسی منجمد را خواهیم دید (شکل 194). دوره این موج سینوسی، فاصله بین قوزها یا فرورفتگی های مجاور، طول موج نامیده می شود. از فرمول می توان دریافت که طول موج با فرکانس و سرعت موج و نسبت دوره نوسان مرتبط است. اگر این سینوسی "یخ زده" در امتداد محور با سرعت حرکت کند، می توان تصویر انتشار موج را تصور کرد.

برنج. 194. جابجایی نقاط مختلف رشته در یک لحظه در زمان. برنج. 195. تصاویر جابجایی نقاط رشته در یک لحظه از زمان. دو "عکس فوری" متوالی از یک موج در لحظه در زمان در شکل نشان داده شده است. 195. مشاهده می شود که طول موج برابر با مسافت طی شده توسط هر قوز در طول دوره نوسان مطابق فرمول است.

سرعت موج برشی

اجازه دهید سرعت انتشار یک موج عرضی تک رنگ در یک رشته را تعیین کنیم. فرض می کنیم که دامنه در مقایسه با طول موج کوچک است. اجازه دهید موج با سرعت u به سمت راست حرکت کند. بیایید به یک چارچوب مرجع جدید برویم، در طول رشته با سرعتی برابر با سرعت موج u حرکت کنیم. این چارچوب مرجع نیز اینرسی است و بنابراین قوانین نیوتن در آن معتبر است. از این چارچوب مرجع، به نظر می رسد که موج یک موج سینوسی منجمد است، و ماده رشته در امتداد این موج سینوسی به سمت چپ می لغزد: هر عنصر از پیش رنگی رشته به نظر می رسد که در طول موج سینوسی در حال فرار است. با سرعت به سمت چپ

برنج. 196. محاسبه سرعت انتشار موج در یک رشته. اجازه دهید در این قاب مرجع عنصری از یک رشته با طولی که در لحظه ای که روی تاج سینوسی قرار دارد بسیار کمتر از طول موج آن است در نظر بگیریم (شکل 196). اجازه دهید قانون دوم نیوتن را در مورد این عنصر اعمال کنیم. نیروهای وارد بر عنصر از بخش های مجاور رشته در دایره برجسته شده در شکل نشان داده شده است. 196. از آنجایی که یک موج عرضی در نظر گرفته می شود که در آن جابجایی عناصر ریسمانی عمود بر جهت انتشار موج است، پس جزء افقی نیروی کشش است. فشار در طول کل رشته ثابت است. از آنجایی که طول مقطع مورد بررسی، جهت نیروهای کششی وارد بر عنصر انتخاب شده تقریباً افقی است و مدول آنها را می توان برابر در نظر گرفت. حاصل این نیروها به سمت پایین و برابر است. سرعت عنصر مورد نظر برابر است و به سمت چپ هدایت می‌شود و بخش کوچکی از مسیر سینوسی آن در نزدیکی کوهان را می‌توان به صورت کمانی دایره‌ای با شعاع در نظر گرفت. بنابراین شتاب این عنصر رشته رو به پایین و برابر است. جرم یک عنصر ریسمان را می توان به عنوان چگالی مواد ریسمان و سطح مقطع را نشان داد که به دلیل کوچک بودن تغییر شکل ها در هنگام انتشار موج، می توان آن را مانند عدم وجود موج در نظر گرفت. بر اساس قانون دوم نیوتن. این سرعت مورد نظر انتشار یک موج تک رنگ عرضی با دامنه کوچک در یک رشته کشیده است. مشاهده می شود که فقط به تنش مکانیکی رشته کشیده شده و چگالی آن بستگی دارد و به دامنه و طول موج بستگی ندارد. این بدان معنی است که امواج عرضی با هر طولی در یک رشته کشیده با سرعت یکسان منتشر می شوند. برای مثال، اگر دو موج تک رنگ با دامنه‌های یکسان و فرکانس‌های مشابه به طور همزمان در یک رشته منتشر شوند، «عکس‌های فوری» از این امواج تک رنگ و موج حاصل، شکل نشان داده شده در شکل را خواهند داشت. 197.

در جایی که قوز یک موج با قوز موج دیگر منطبق است، اختلاط در موج حاصل حداکثر است. از آنجایی که سینوسی های مربوط به امواج منفرد در امتداد محور z با سرعت یکسان حرکت می کنند و منحنی حاصل با همان سرعت بدون تغییر شکل حرکت می کند. به نظر می رسد که این برای یک اختلال موجی با هر شکلی صادق است: امواج عرضی از هر نوع در یک رشته کشیده بدون تغییر شکل خود منتشر می شوند. درباره پراکندگی امواج اگر سرعت انتشار امواج تک رنگ به طول موج یا فرکانس بستگی نداشته باشد، می گویند که پراکندگی وجود ندارد. حفظ شکل هر موجی در حین انتشار آن نتیجه عدم پراکندگی است. هیچ پراکندگی برای امواج از هر نوع منتشر شده در محیط الاستیک پیوسته وجود ندارد. این شرایط یافتن سرعت امواج طولی را بسیار آسان می کند.

سرعت امواج طولی

به عنوان مثال، یک میله کشسان طولانی را در نظر می گیریم که در آن یک اختلال طولی با یک لبه شیب دار پیشرو منتشر می شود. اجازه دهید در یک نقطه از زمان این جبهه، با سرعت حرکت کند، به نقطه ای با مختصاتی در سمت راست جلو برسد. پس از مدتی، جلو با فاصله به سمت راست حرکت می کند (شکل 198). در این لایه، همه ذرات با سرعت یکسان حرکت می کنند. پس از گذشت این مدت زمان، ذرات میله که در حال حاضر در جبهه موج قرار داشتند، در طول میله به فاصله ای حرکت می کنند. اجازه دهید قانون بقای تکانه را به جرم میله درگیر در فرآیند موج در طول زمان اعمال کنیم. اجازه دهید نیروی وارد بر جرم را از طریق تغییر شکل عنصر میله با استفاده از قانون هوک بیان کنیم. طول عنصر انتخابی میله برابر است و تغییر طول آن تحت تأثیر نیرو برابر است. بنابراین، با یافتن جایگزینی این مقدار در، به دست می آوریم که سرعت امواج صوتی طولی در یک میله الاستیک تنها به مدول و چگالی یانگ بستگی دارد. به راحتی می توان فهمید که در اکثر فلزات این سرعت تقریباً است. سرعت امواج طولی در یک محیط الاستیک همیشه بیشتر از سرعت امواج عرضی است. به عنوان مثال، سرعت امواج طولی و عرضی u (در یک رشته انعطاف پذیر کشیده شده را مقایسه می کنیم. از آنجایی که در تغییر شکل های کوچک، ثابت های الاستیک به نیروهای اعمال شده بستگی ندارند، سرعت امواج طولی در یک رشته کشیده شده به برای مقایسه این سرعت با سرعت امواج عرضی u، نیروی کشش رشته موجود در فرمول را از طریق تغییر شکل نسبی رشته در اثر این پیش کشش بیان می کنیم. با جایگزین کردن مقدار به فرمول، سرعت امواج عرضی در یک رشته زماندار به طور قابل توجهی کمتر از سرعت امواج طولی است، بنابراین به دلیل کشش نسبی رشته e بسیار کمتر از واحد است هنگامی که امواج منتشر می شوند، انرژی بدون انتقال ماده از انرژی جنبشی ذرات در حال حرکت ماده و انرژی پتانسیل تغییر شکل محیط تشکیل شده است. یک موج طولی به داخل میله الاستیک. در یک لحظه ثابت در زمان، انرژی جنبشی به طور نابرابر در سراسر حجم میله توزیع می شود، زیرا برخی از نقاط میله در این لحظه در حال استراحت هستند، در حالی که برخی دیگر، برعکس، با حداکثر سرعت حرکت می کنند. همین امر در مورد انرژی پتانسیل نیز صادق است، زیرا در این لحظه برخی از عناصر میله تغییر شکل نمی دهند، در حالی که برخی دیگر به حداکثر تغییر شکل می دهند. بنابراین، هنگام در نظر گرفتن انرژی موج، طبیعی است که چگالی انرژی های جنبشی و پتانسیل را معرفی کنیم. چگالی انرژی موج در هر نقطه از محیط ثابت نمی ماند، اما به صورت دوره ای با عبور موج تغییر می کند: انرژی همراه با موج پخش می شود.

چرا وقتی یک موج عرضی در یک رشته کشیده منتشر می شود، جزء طولی نیروی کشش رشته در طول کل رشته یکسان است و با عبور موج تغییر نمی کند؟

امواج تک رنگ چیست؟ طول موج تک رنگ چه ارتباطی با فرکانس و سرعت انتشار دارد؟ امواج در چه مواردی طولی و در چه مواردی عرضی نامیده می شوند؟ با استفاده از استدلال کیفی نشان دهید که سرعت انتشار موج بیشتر است، نیرویی که تمایل دارد بخش آشفته محیط را به حالت تعادل برگرداند بیشتر است و هر چه کمتر، اینرسی بیشتر باشد. سرعت امواج طولی و سرعت امواج عرضی از چه ویژگی های محیط تعیین می شود؟ سرعت چنین امواجی در یک رشته کشیده چگونه به یکدیگر مرتبط است؟

چگالی انرژی جنبشی یک موج در حال حرکت.

اجازه دهید چگالی انرژی جنبشی را در یک موج الاستیک تک رنگ که با معادله توصیف شده است در نظر بگیریم. اجازه دهید یک عنصر کوچک در میله بین صفحات انتخاب کنیم به طوری که طول آن در حالت تغییر شکل نیافته بسیار کمتر از طول موج باشد. سپس سرعت تمام ذرات میله در این عنصر در هنگام انتشار موج را می توان یکسان در نظر گرفت. با استفاده از فرمول، سرعت را با در نظر گرفتن آن به عنوان تابعی از زمان و در نظر گرفتن مقدار مشخص کننده موقعیت عنصر میله مورد نظر برای ثابت شدن، پیدا می کنیم. جرم عنصر انتخاب شده میله، بنابراین انرژی جنبشی آن در لحظه زمان است با استفاده از عبارت، چگالی انرژی جنبشی را در نقطه در لحظه زمان پیدا می کنیم. چگالی انرژی بالقوه بیایید به محاسبه چگالی انرژی پتانسیل موج برویم. از آنجایی که طول عنصر انتخابی میله نسبت به طول موج کم است، تغییر شکل این عنصر ناشی از موج را می توان همگن دانست. بنابراین، انرژی کرنش پتانسیل را می توان به عنوان ازدیاد طول عنصر میله در نظر گرفته ناشی از عبور موج نوشت. برای یافتن این پسوند، باید موقعیت صفحاتی را که عنصر انتخاب شده را در نقطه‌ای از زمان محدود می‌کنند، در نظر بگیرید. موقعیت لحظه ای هر صفحه ای که موقعیت تعادل آن با یک مختصات مشخص می شود، با تابعی که به عنوان تابعی در یک ثابت در نظر گرفته می شود تعیین می شود. بنابراین، ازدیاد طول عنصر میله در نظر گرفته شده، همانطور که از شکل 1 مشاهده می شود. 199 برابر است با ازدیاد طول نسبی این عنصر اگر در این عبارت به حد در برویم، با توجه به متغیر در ثابت به مشتق تابع تبدیل می شود. با استفاده از فرمولی که بدست می آوریم

برنج. 199. برای محاسبه ازدیاد طول نسبی میله اکنون عبارت انرژی پتانسیل شکل می گیرد و چگالی انرژی پتانسیل در یک نقطه در یک لحظه از زمان انرژی موج سیر است. از آنجایی که سرعت انتشار امواج طولی، سمت راست در فرمول ها منطبق است. این بدان معنی است که در یک موج الاستیک طولی در حال حرکت، چگالی انرژی جنبشی و پتانسیل در هر لحظه از زمان در هر نقطه از محیط برابر است. وابستگی چگالی انرژی موج به مختصات در یک زمان ثابت در شکل نشان داده شده است. 200. توجه داشته باشیم که برخلاف نوسانات موضعی (نوسانگر)، که در آن انرژی جنبشی و پتانسیل در پادفاز تغییر می کند، در یک موج سیار، نوسانات انرژی جنبشی و پتانسیل در یک فاز اتفاق می افتد. انرژی های جنبشی و پتانسیل در هر نقطه از محیط به طور همزمان به حداکثر مقادیر می رسند و به طور همزمان صفر می شوند. برابری مقادیر لحظه‌ای چگالی انرژی‌های جنبشی و پتانسیل یک ویژگی کلی امواج سیار امواج است که در یک جهت خاص منتشر می‌شوند. مشاهده می شود که این موضوع برای امواج عرضی در یک رشته انعطاف پذیر کشیده نیز صادق است. برنج. 200. جابجایی ذرات با چگالی متوسط ​​و انرژی در یک موج سیر

تاکنون امواجی را در نظر گرفته‌ایم که در سیستمی منتشر می‌شوند که فقط در یک جهت امتداد بی‌نهایت دارد: در زنجیره‌ای از آونگ‌ها، در یک رشته، در یک میله. اما امواج می توانند در محیطی که ابعاد بی نهایت در همه جهات دارد نیز منتشر شوند. در چنین محیط پیوسته ای، امواج بسته به روش تحریک آنها انواع مختلفی دارند. موج هواپیما. برای مثال، اگر موجی در نتیجه نوسانات هارمونیک یک صفحه نامتناهی ایجاد شود، در یک محیط همگن در جهت عمود بر این صفحه منتشر می شود. در چنین موجی، جابجایی تمام نقاط محیط واقع در هر صفحه عمود بر جهت انتشار دقیقاً به همین صورت اتفاق می افتد. اگر انرژی موج در محیط جذب نشود، دامنه نوسانات نقاط در محیط در همه جا یکسان است و جابجایی آنها با فرمول به دست می آید. به چنین موجی موج صفحه می گویند.

موج کروی.

نوع متفاوتی از موج کروی در یک محیط الاستیک همگن همگن توسط یک توپ ضربانی ایجاد می شود. چنین موجی با سرعت یکسان در همه جهات منتشر می شود. سطوح موج آن، سطوح فاز ثابت، کره های متحدالمرکز هستند. در غیاب جذب انرژی در محیط، تعیین وابستگی دامنه یک موج کروی به فاصله تا مرکز آسان است. از آنجایی که جریان انرژی موج، متناسب با مربع دامنه، در هر کره یکسان است، دامنه موج به نسبت معکوس با فاصله از مرکز کاهش می یابد. معادله یک موج کروی طولی به شکلی است که دامنه نوسانات در فاصله ای از مرکز موج است.

چگونه انرژی منتقل شده توسط یک موج سیر به فرکانس و دامنه موج بستگی دارد؟

موج هواپیما چیست؟ موج کروی؟ دامنه امواج صفحه و کروی چگونه به فاصله بستگی دارد؟

توضیح دهید که چرا در یک موج سیر، انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل در یک فاز تغییر می کنند.

انتشار امواج الاستیک در امتداد مرز آزاد یک جامد یا در امتداد مرز یک جامد با رسانه های دیگر

انیمیشن

شرح

وجود امواج سطحی (SW) نتیجه برهمکنش امواج الاستیک طولی و (یا) عرضی است که این امواج از یک مرز صاف بین رسانه‌های مختلف تحت شرایط مرزی مشخص برای اجزای جابجایی منعکس می‌شوند. PV ها در جامدات دو دسته هستند: با پلاریزاسیون عمودی، که در آن بردار جابجایی ارتعاشی ذرات محیط در صفحه ای عمود بر سطح مرزی قرار دارد، و با قطبش افقی، که در آن بردار جابجایی ذرات محیط موازی با سطح مرزی است.

رایج ترین موارد خاص PV شامل موارد زیر است.

1) امواج ریلی (یا امواج ریلی)، که در امتداد مرز جسم جامد با خلاء یا یک محیط گازی نسبتاً کمیاب منتشر می شوند. انرژی این امواج در یک لایه سطحی با ضخامت l تا 2l قرار می گیرد که l طول موج است. ذرات در موج ریلی در امتداد بیضی‌هایی حرکت می‌کنند که نیم‌محور اصلی w عمود بر مرز است و نیمه محور کوچک u موازی با جهت انتشار موج است (شکل 1a).

موج ریلی الاستیک سطحی در مرز آزاد جسم جامد

برنج. 1a

نام گذاری ها:

سرعت فاز امواج ریلی c R » 0.9c t است که در آن c t سرعت فاز یک موج عرضی صفحه است.

2) امواج میرایی از نوع ریلی در مرز جسم جامد با مایع، مشروط بر اینکه سرعت فاز در مایع با L< с R в твердом теле (что справедливо почти для всех реальных сред). Эта волна непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней отходящую от границы неоднородную волну (рис. 1б).

موج میرایی الاستیک سطحی از نوع ریلی در مرز جسم جامد و مایع

برنج. 1b

نام گذاری ها:

x جهت انتشار موج است.

u,w - اجزای جابجایی ذرات؛

منحنی ها پیشرفت تغییرات در دامنه جابجایی ها با فاصله از مرز را نشان می دهند.

خطوط مایل جبهه های موج خروجی هستند.

سرعت فاز این موج تا درصد برابر با R و ضریب تضعیف در طول موج al~0.1 است. توزیع عمق جابجایی ها و تنش ها مانند موج ریلی است.

3) موج پیوسته با قطبش عمودی که در امتداد مرز مایع و جامد با سرعت کمتر از L (و بر این اساس کمتر از سرعت امواج طولی و عرضی در یک جامد) حرکت می کند. ساختار این PV با موج ریلی کاملا متفاوت است. این شامل یک موج ضعیف ناهمگن در مایع است که دامنه آن با فاصله از مرز به آرامی کاهش می یابد و دو موج طولی و عرضی به شدت ناهمگن در یک جامد (شکل 1c).

PV بدون میرایی در رابط جامد و مایع

برنج. 1c

نام گذاری ها:

x جهت انتشار موج است.

u,w - اجزای جابجایی ذرات؛

منحنی ها پیشرفت تغییرات دامنه جابجایی را با فاصله از مرز نشان می دهند.

انرژی موج و حرکت ذرات عمدتاً در مایع متمرکز می شود.

4) موج استونلی که در امتداد یک مرز مسطح از دو محیط جامد منتشر می شود که مدول الاستیک و چگالی آنها تفاوت زیادی با هم ندارند. چنین موجی (شکل 1d) از دو موج ریلی تشکیل شده است - یکی در هر محیط.

موج استونلی الاستیک سطحی در فصل مشترک دو رسانه جامد

برنج. 1 گرم

نام گذاری ها:

x جهت انتشار موج است.

u,w - اجزای جابجایی ذرات؛

منحنی ها پیشرفت تغییرات دامنه جابجایی را با فاصله از مرز نشان می دهند.

مولفه های عمودی و افقی جابجایی ها در هر محیط با فاصله از مرز کاهش می یابد به طوری که انرژی موج در دو لایه مرزی به ضخامت ~l متمرکز می شود. سرعت فاز موج استونلی کمتر از مقادیر سرعت فاز امواج طولی و عرضی در هر دو محیط مجاور است.

5) امواج عشق - SW با قطبش افقی، که می تواند در مرز یک نیمه فضای جامد با یک لایه جامد منتشر شود (شکل 1e).

موج عشق الاستیک سطحی در مرز "نیمه فضای جامد - لایه جامد"

برنج. 1d

نام گذاری ها:

x جهت انتشار موج است.

منحنی ها پیشرفت تغییرات دامنه جابجایی را با فاصله از مرز نشان می دهند.

این امواج کاملاً عرضی هستند: آنها فقط یک جزء جابجایی v دارند و تغییر شکل الاستیک در موج عشق برشی خالص است. جابجایی ها در لایه (شاخص 1) و در نیم فاصله (شاخص 2) با عبارات توضیح داده می شوند:

v 1 = (A ¤ cos(s 1 h)) cos(s 1 (h - z))sin(w t - kx) ;

v 2 = A H exp(s 2 z) sin(w t - kx)

جایی که t زمان است.

w - فرکانس دایره ای؛

s 1 = ( k t1 2 - k 2 )1/2 ;

s 2 = (k 2 - k t2 2 )1/2;

k عدد موج موج عشق است.

k t1، k t2 - تعداد موج امواج عرضی به ترتیب در لایه و در نیمه فاصله.

h - ضخامت لایه؛

A یک ثابت دلخواه است.

از عبارات v 1 و v 2 مشخص می شود که جابجایی ها در لایه در امتداد کسینوس توزیع شده اند و در نیم فاصله به طور تصاعدی با عمق کاهش می یابند. امواج عشق با پراکندگی سرعت مشخص می شوند. در ضخامت های لایه کوچک، سرعت فاز موج عشق به سرعت فاز موج عرضی توده در نیمه فضا میل می کند. برای w h ¤ c t2 >>1، امواج عشق به شکل تغییرات متعددی وجود دارند که هر کدام مربوط به یک موج معمولی از نظم خاصی است.

امواج روی سطح آزاد مایع یا در حد فاصل بین دو مایع غیر قابل امتزاج نیز امواج موجی محسوب می شوند. چنین PV ها تحت تأثیر تأثیرات خارجی، به عنوان مثال، باد ایجاد می شوند که سطح مایع را از حالت تعادل خارج می کند. با این حال، در این مورد، امواج الاستیک نمی توانند وجود داشته باشند. بسته به ماهیت نیروهای بازیابی، 3 نوع PV متمایز می شود: گرانشی، عمدتاً توسط گرانش ایجاد می شود. مویرگی، عمدتاً توسط نیروهای کشش سطحی ایجاد می شود. گرانش مویرگی (توضیحات FE "امواج سطحی در مایع" را ببینید).

ویژگی های زمان بندی

زمان شروع (ورود به -3 تا -1)؛

طول عمر (log tc از -1 تا 3)؛

زمان تخریب (log td از -1 تا 1)؛

زمان توسعه بهینه (log tk از 0 تا 1).

نمودار:

پیاده سازی های فنی اثر

اجرای فنی اثر

موج ریلی را می توان روی سطح آزاد یک جسم جامد به اندازه کافی گسترده (مرز هوای جامد) به دست آورد. برای انجام این کار، ساطع کننده امواج الاستیک (طولی، عرضی) روی سطح بدن قرار می گیرد (شکل 2)، اگرچه اصولاً منبع امواج می تواند در عمقی در داخل محیط نیز قرار گیرد (زلزله). مدل منبع).

ایجاد موج ریلی در مرز آزاد جسم جامد

برنج. 2

اعمال یک اثر

از آنجایی که PV های لرزه ای با فاصله ضعیف می شوند، PV ها، در درجه اول رایلی و لاو، در ژئوفیزیک برای تعیین ساختار پوسته زمین استفاده می شوند. در تشخیص عیب اولتراسونیک، PV برای آزمایش جامع غیر مخرب سطح و لایه سطحی نمونه استفاده می شود. در آکوستوالکترونیک (AE)، با استفاده از PV، می توان مدارهای میکروالکترونیکی برای پردازش سیگنال های الکتریکی ایجاد کرد. مزایای PV در دستگاه های AE تلفات تبدیل کم در هنگام تحریک و دریافت PV، در دسترس بودن جبهه موج است که به شما امکان می دهد سیگنال را دریافت کنید و انتشار موج را در هر نقطه از خط لوله صدا کنترل کنید و غیره.

نمونه ای از دستگاه های AE در PV: تشدید کننده (شکل 3).

ساختار تشدید بر روی امواج صوتی سطحی

برنج. 3

نام گذاری ها:

1 - مبدل؛

2 - سیستم بازتابنده (الکترود یا شیارهای فلزی).

ضریب کیفیت تا 104، تلفات کم (کمتر از 5 دسی بل)، محدوده فرکانس 30 - 1000 مگاهرتز. اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد. یک PV ایستاده بین بازتابنده های 2 ایجاد می شود که توسط مبدل 1 تولید و دریافت می شود.

ادبیات

1. اولتراسوند / اد. آی پی گلیامینا.- م.: دایره المعارف شوروی، 1979.- ص 400.

2. Brekhovskikh L.M., Goncharov V.V. مقدمه ای بر مکانیک پیوسته - M.: Nauka، 1982.

کلید واژه ها

• دامنه
• موج سطحی
• موج ریلی
• موج عشق
• موج استونلی
• موج پلاریزه عمودی
• موج پلاریزه افقی
• طول موج
• سرعت موج
• پراکندگی سرعت
• فرکانس

بخش های علوم طبیعی:

امواج صوتی سطحی(SAW) - امواج الاستیک که در امتداد سطح یک جسم جامد یا در امتداد مرز با رسانه های دیگر منتشر می شوند. سورفکتانت ها به دو نوع با پلاریزاسیون عمودی و با قطبش افقی تقسیم می شوند. امواج عشق).

رایج ترین موارد خاص امواج سطحی شامل موارد زیر است:

• امواج ریلی(یا ریلی)، به معنای کلاسیک، در امتداد مرز یک نیمه فضای الاستیک با خلاء یا یک محیط گازی نسبتاً کمیاب منتشر می شود.
• در رابط جامد و مایع
• ، در امتداد مرز جسم مایع و جامد حرکت می کند
• موج استونلی، در امتداد مرز مسطح دو محیط جامد منتشر می شود که مدول الاستیک و چگالی آنها تفاوت زیادی ندارد.
• امواج عشق- امواج سطحی با پلاریزاسیون افقی (نوع SH) که می توانند در ساختار لایه الاستیک در یک نیمه فضای الاستیک منتشر شوند.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 3

✪ امواج لرزه ای

✪ امواج طولی و عرضی. امواج صوتی. درس 120

✪ سخنرانی هفتم: امواج

زیرنویس

در این ویدیو می خواهم کمی در مورد امواج لرزه ای بحث کنم. بیایید موضوع را بنویسیم. اولاً آنها به خودی خود بسیار جالب هستند و ثانیاً برای درک ساختار زمین بسیار مهم هستند. شما قبلاً ویدیوی من در مورد لایه های زمین را دیده اید و به لطف امواج لرزه ای بود که به این نتیجه رسیدیم که سیاره ما از چه لایه هایی تشکیل شده است. و اگرچه امواج لرزه ای معمولاً با زلزله همراه هستند، اما در واقع هر موجی هستند که در طول زمین حرکت می کنند. آنها می توانند از یک زلزله، یک انفجار قوی، هر چیزی که می تواند انرژی زیادی را مستقیماً به زمین و سنگ ارسال کند، به وجود بیایند. بنابراین، دو نوع اصلی امواج لرزه ای وجود دارد. و ما بیشتر روی یکی از آنها تمرکز خواهیم کرد. اولین مورد امواج سطحی است. بیایید آن را بنویسیم. دوم امواج بدن است. امواج سطحی به سادگی امواجی هستند که در سراسر سطح چیزی حرکت می کنند. در مورد ما، در سطح زمین. در اینجا، در تصویر، می توانید ببینید که امواج سطحی چگونه هستند. آنها شبیه امواجی هستند که روی سطح آب دیده می شوند. دو نوع امواج سطحی وجود دارد: امواج رایلی و امواج عشق. من وارد جزئیات نمی شوم، اما در اینجا می توانید ببینید که امواج ریلی در حال حرکت به سمت بالا و پایین هستند. اینجاست که زمین بالا و پایین می رود. اینجا داره پایین میاد اینجا تمام شد. و سپس - دوباره پایین. به نظر می رسد که موجی در سراسر زمین می چرخد. امواج عشق به نوبه خود به طرفین حرکت می کنند. یعنی در اینجا موج بالا و پایین نمی رود، بلکه اگر در جهت موج نگاه کنید، به سمت چپ حرکت می کند. در اینجا به سمت راست حرکت می کند. اینجا - سمت چپ. اینجا - دوباره به سمت راست. در هر دو حالت حرکت موج عمود بر جهت حرکت آن است. گاهی اوقات به چنین امواجی امواج عرضی می گویند. و آنها همانطور که گفتم مانند امواج در آب هستند. امواج بدن بسیار جالب تر هستند زیرا اولاً آنها سریع ترین امواج هستند. و علاوه بر این، این امواج هستند که برای مطالعه ساختار زمین استفاده می شوند. امواج بدن دو نوع هستند. امواج P یا امواج اولیه وجود دارد. و امواج S یا ثانویه. آنها را می توان در اینجا مشاهده کرد. چنین امواجی انرژی در حال حرکت در داخل بدن هستند. و نه فقط در سطح آن. بنابراین، در این تصویر که من از ویکی پدیا دانلود کردم، می بینید که چگونه یک سنگ بزرگ با چکش برخورد می کند. و وقتی چکش به سنگ می خورد... اجازه دهید دوباره آن را بزرگتر بکشم. اینجا سنگی خواهم داشت و با چکش به آن می کوبم. سنگ را در جایی که برخورد می کند فشرده می کند. سپس انرژی حاصل از برخورد، مولکول‌ها را هل می‌دهد، که به مولکول‌های همسایه برخورد می‌کند. و این مولکول‌ها به مولکول‌های پشت سرشان برخورد می‌کنند، و آن‌ها به نوبه‌ی خود به مولکول‌های کناری خود برخورد می‌کنند. معلوم می شود که این قسمت فشرده سنگ به صورت موج حرکت می کند. اینها مولکول های فشرده هستند، به مولکول های نزدیک برخورد می کنند و سپس سنگ اینجا متراکم تر می شود. اولین مولکول ها، آنهایی که کل حرکت را آغاز کردند، به جای خود باز خواهند گشت. بنابراین، فشرده سازی حرکت کرده است، و بیشتر خواهد رفت. نتیجه یک موج فشرده سازی است. با چکش به آن ضربه می‌زنید و چگالی متغیری دریافت می‌کنید که در جهت موج حرکت می‌کند. در مورد ما، مولکول ها در امتداد همان محور به جلو و عقب حرکت می کنند. موازی با جهت موج. این امواج P هستند. امواج P می توانند در هوا حرکت کنند. اساساً امواج صوتی امواج فشرده هستند. آنها می توانند هم در مایعات و هم در جامدات حرکت کنند. و بسته به محیط با سرعت های مختلفی حرکت می کنند. آنها در هوا با سرعت 330 متر بر ثانیه حرکت می کنند که برای زندگی روزمره چندان کند نیست. در مایع با سرعت 1500 متر بر ثانیه حرکت می کنند. و در گرانیت که بیشتر سطح زمین را تشکیل می دهد، با سرعت 5000 متر بر ثانیه حرکت می کنند. بگذارید این را بنویسم. 5000 متر یا 5 کیلومتر بر ثانیه در گرانیت. و اکنون امواج S را می کشم، زیرا این یکی خیلی کوچک است. اگر با چکش به این ناحیه ضربه بزنید، نیروی ضربه سنگ را موقتاً به پهلو می برد. کمی تغییر شکل داده و قسمت مجاور سنگ را به همراه خود می کشد. سپس این صخره در بالا به پایین کشیده می شود و سنگی که در ابتدا ضربه خورده است به سمت بالا باز می گردد. و پس از حدود یک میلی ثانیه، لایه سنگ در بالا کمی به سمت راست تغییر شکل می دهد. و سپس، با گذشت زمان، تغییر شکل به سمت بالا حرکت می کند. توجه داشته باشید که در این حالت موج نیز به سمت بالا حرکت می کند. اما حرکت ماده دیگر مانند امواج P موازی با محور نیست، بلکه عمود است. به این امواج عمود بر هم ارتعاش عرضی نیز می گویند. حرکت ذرات عمود بر محور حرکت موج است. اینها امواج S هستند. آنها کمی کندتر از امواج P حرکت می کنند. بنابراین در صورت وقوع زلزله ابتدا امواج P را احساس خواهید کرد. و سپس، تقریباً با 60 درصد سرعت امواج P، امواج S می آیند. بنابراین، برای درک ساختار زمین، مهم است که به یاد داشته باشید که امواج S فقط می توانند در ماده جامد حرکت کنند. بیایید این را بنویسیم. می توان گفت که امواج عرضی را روی آب دیدید. اما امواج سطحی وجود داشت. و ما در حال بحث در مورد امواج بدن هستیم. امواجی که در یک حجم آب حرکت می کنند. برای اینکه خیال پردازی راحت تر شود، مقداری آب می کشم، فرض کنید اینجا یک استخر خواهد بود. در زمینه. یه چیزی شبیه اون. بله، می توانستم آن را بهتر بکشم. بنابراین در اینجا یک برش از استخر است، و امیدوارم بتوانید بفهمید که در آن چه خبر است. و اگر مقداری از آب را مثلاً با ضربه ای بسیار بزرگ فشرده کنم تا آب سریع فشرده شود. موج P قادر به حرکت خواهد بود زیرا مولکول های آب با مولکول های کنار خود برخورد می کنند و به مولکول های پشت سرشان برخورد می کنند. و این فشرده سازی، این موج P، در جهت برخورد من حرکت خواهد کرد. این نشان می دهد که موج P می تواند هم در مایعات و هم به عنوان مثال در هوا حرکت کند. خوب. و به یاد داشته باشید که ما در مورد امواج زیر آب صحبت می کنیم. نه در مورد سطوح امواج ما در حجم آب حرکت می کنند. فرض کنید چکش را گرفتیم و حجم معینی از آب را از پهلو زدیم. و این فقط موجی از فشردگی در این جهت ایجاد می کند. و نه چیزی بیشتر. موج عرضی رخ نخواهد داد، زیرا موج آن الاستیسیته را ندارد که به قطعات آن اجازه نوسان از طرفی به سمت دیگر را بدهد. موج S نیاز به خاصیت ارتجاعی دارد که فقط در جامدات رخ می دهد. در ادامه، از خواص امواج P که می توانند در هوا، مایعات و جامدات حرکت کنند و خواص امواج S استفاده می کنیم تا بفهمیم زمین از چه چیزی ساخته شده است. زیرنویس توسط انجمن Amara.org

امواج ریلی

امواج ریلی میرا شده

امواج از نوع ریلی در سطح مشترک جامد-مایع.

موج پیوسته با قطبش عمودی

موج پیوسته با قطبش عمودی، در امتداد مرز مایع و جامد با سرعت صوت در یک محیط معین حرکت می کند.

موج(موج، موج، دریا) - به دلیل چسبندگی ذرات مایع و هوا تشکیل شده است. با سر خوردن در امتداد سطح صاف آب، ابتدا هوا موج‌هایی ایجاد می‌کند و تنها پس از آن، با تأثیر بر سطوح شیبدار آن، به تدریج توده آب به هم می‌خورد. تجربه نشان داده است که ذرات آب حرکت رو به جلو ندارند. فقط به صورت عمودی حرکت می کند امواج دریا به حرکت آب در سطح دریا گفته می شود که در فواصل زمانی معینی رخ می دهد.

بالاترین نقطه موج نامیده می شود شانه کردنیا بالای موج، و پایین ترین نقطه است تنها. ارتفاعیک موج فاصله از تاج تا قاعده آن است و طولاین فاصله بین دو برجستگی یا کف پا است. زمان بین دو تاج یا فرورفتگی نامیده می شود دوره زمانیامواج.

دلایل اصلی

به طور متوسط، ارتفاع موج در هنگام طوفان در اقیانوس به 7-8 متر می رسد، معمولاً می تواند در طول - تا 150 متر و تا 250 متر در طول طوفان کشیده شود.

در بیشتر موارد، امواج دریا توسط باد تشکیل می شوند. سطح گاهی اوقات امواجی که به ساحل برخورد می کنند می توانند هزاران کیلومتر از ساحل سرچشمه بگیرند. اما بسیاری از عوامل دیگر در وقوع امواج دریا وجود دارد: اینها نیروهای جزر و مد ماه و خورشید، نوسانات فشار اتمسفر، فوران آتشفشان های زیر آب، زلزله های زیر آب، و حرکت کشتی های دریایی هستند.

امواج مشاهده شده در سایر آب ها می توانند دو نوع باشند:

1) بادایجاد شده توسط باد، پس از متوقف شدن باد، ویژگی ثابتی به خود می گیرد و به آن امواج مستقر یا متورم می گویند. امواج باد در اثر عمل باد (حرکت توده های هوا) روی سطح آب یعنی تزریق ایجاد می شود. اگر متوجه تأثیر همان باد بر روی سطح مزرعه گندم شوید، دلیل حرکات نوسانی امواج به راحتی قابل درک است. ناپایداری جریان های باد که موج ایجاد می کند به وضوح قابل مشاهده است.

2) امواج حرکت، یا امواج ایستاده، در نتیجه لرزش های شدید در پایین در هنگام زلزله یا برانگیخته شده، به عنوان مثال، با تغییر شدید فشار اتمسفر تشکیل می شود. به این امواج تک موج نیز می گویند.

برخلاف جزر و مد و جریان، امواج توده های آب را جابه جا نمی کنند. امواج حرکت می کنند، اما آب در جای خود باقی می ماند. قایقی که روی امواج تکان می‌خورد، همراه با موج شناور نمی‌شود. او فقط به لطف نیروی گرانش زمین می تواند کمی در امتداد شیب شیبدار حرکت کند. ذرات آب در یک موج در امتداد حلقه ها حرکت می کنند. هر چه این حلقه ها از سطح دورتر باشند، کوچکتر می شوند و در نهایت به طور کامل ناپدید می شوند. با قرار گرفتن در زیردریایی در عمق 70-80 متری، حتی در هنگام شدیدترین طوفان روی سطح، تأثیر امواج دریا را احساس نخواهید کرد.

انواع امواج دریا

امواج می‌توانند مسافت‌های زیادی را بدون تغییر شکل و تقریباً هیچ انرژی از دست بدهند، مدت‌ها پس از خاموش شدن باد که باعث آن‌ها شده است. امواج دریا در ساحل، انرژی عظیمی را آزاد می کنند که در طول سفر انباشته شده است. نیروی امواج در حال شکستن شکل ساحل را به طرق مختلف تغییر می دهد. امواج پخش و غلتان ساحل را می شویند و به همین دلیل نامیده می شوند سازنده. امواجی که به ساحل برخورد می کنند، به تدریج آن را از بین می برند و سواحل محافظت کننده از آن را می شوید. به همین دلیل نامیده می شوند مخرب.

امواج کم، عریض و گرد دور از ساحل را باد می گویند. امواج باعث می شوند که ذرات آب دایره ها و حلقه ها را توصیف کنند. اندازه حلقه ها با عمق کم می شود. همانطور که موج به ساحل شیبدار نزدیک می شود، ذرات آب در آن بیضی های پهن شده را به طور فزاینده ای توصیف می کنند. با نزدیک شدن به ساحل، امواج دریا دیگر نمی توانند بیضی های خود را ببندند و موج می شکند. در آب کم عمق، ذرات آب دیگر نمی توانند بیضی های خود را ببندند و موج می شکند. سردرها از صخره های سخت تر تشکیل شده اند و کندتر از بخش های مجاور ساحل فرسایش می یابند. امواج شیب دار و بلند دریا، صخره های صخره ای در پایه را تضعیف می کند و طاقچه هایی ایجاد می کند. صخره ها گاهی فرو می ریزند. تراس صاف موجی تنها چیزی است که از صخره های تخریب شده توسط دریا باقی مانده است. گاهی اوقات آب در امتداد شکاف های عمودی سنگ به سمت بالا بالا می رود و به سطح می شکند و یک قیف را تشکیل می دهد. نیروی مخرب امواج، شکاف های سنگ را گشاد می کند و غارهایی را به وجود می آورد. هنگامی که امواج در دو طرف صخره فرسوده می شوند تا زمانی که در یک وقفه به هم برسند، قوس هایی تشکیل می شود. وقتی بالای طاق به دریا می‌افتد، ستون‌های سنگی باقی می‌مانند. پایه‌های آن‌ها خراب شده و ستون‌ها فرو می‌ریزند و صخره‌هایی را تشکیل می‌دهند. سنگریزه ها و ماسه های ساحل حاصل فرسایش هستند.

امواج مخرب به تدریج ساحل را فرسایش می دهد و ماسه و سنگریزه را از سواحل دریا می برد. امواج با آوردن تمام وزن آب و مواد شسته شده آنها به دامنه ها و صخره ها، سطح آنها را از بین می برند. آنها آب و هوا را در هر شکاف، هر شکاف، اغلب با انرژی انفجاری فشرده می کنند و به تدریج سنگ ها را جدا و ضعیف می کنند. قطعات سنگ شکسته برای تخریب بیشتر استفاده می شود. حتی سخت ترین سنگ ها نیز به تدریج از بین می روند و زمین های ساحل تحت تاثیر امواج تغییر می کنند. امواج می توانند ساحل دریا را با سرعتی شگفت انگیز نابود کنند. در لینکلن شایر انگلستان، فرسایش (تخریب) با سرعت 2 متر در سال در حال پیشرفت است. از سال 1870، زمانی که بزرگترین فانوس دریایی ایالات متحده در کیپ هاتراس ساخته شد، دریا سواحل 426 متری را در داخل دریا شسته است.

سونامی

سونامیاینها امواج قدرت مخرب عظیمی هستند. آنها در اثر زلزله های زیر آب یا فوران های آتشفشانی ایجاد می شوند و می توانند سریعتر از یک هواپیمای جت از اقیانوس ها عبور کنند: 1000 کیلومتر در ساعت. در آب های عمیق، آنها می توانند کمتر از یک متر باشند، اما، با نزدیک شدن به ساحل، سرعت آنها کاهش می یابد و قبل از سقوط به 30-50 متر رشد می کنند، ساحل را سیل می کنند و همه چیز را در مسیر خود جارو می کنند. 90 درصد تمام سونامی های ثبت شده در اقیانوس آرام رخ داده است.

شایع ترین دلایل.

حدود 80 درصد موارد تولید سونامی هستند زلزله های زیر آب. در هنگام وقوع زلزله در زیر آب، یک جابجایی عمودی متقابل پایین رخ می دهد: بخشی از پایین فرو می رود و بخشی بالا می رود. در سطح آب، حرکات نوسانی به صورت عمودی رخ می دهد، تمایل به بازگشت به سطح اولیه - سطح متوسط ​​دریا - و ایجاد یک سری امواج را دارد. هر زلزله زیر آب با سونامی همراه نیست. سونامی ژنیک (یعنی ایجاد موج سونامی) معمولاً زلزله ای با منبع کم عمق است. مشکل تشخیص سونامی زایی زلزله هنوز حل نشده است و خدمات هشدار دهنده بر اساس بزرگی زلزله هدایت می شوند. قوی ترین سونامی ها در مناطق فرورانش ایجاد می شوند. همچنین لازم است شوک زیر آب با نوسانات موج طنین انداز شود.

رانش زمین. سونامی از این نوع بیشتر از آنچه در قرن بیستم تخمین زده می شد رخ می دهد (حدود 7٪ از تمام سونامی ها). اغلب زلزله باعث رانش زمین و همچنین ایجاد موج می شود. در 9 جولای 1958 زمین لرزه ای در آلاسکا باعث رانش زمین در خلیج لیتویا شد. توده‌ای از سنگ‌های یخی و خاکی از ارتفاع 1100 متری فرو ریخته است . اما لغزش های زیر آب اغلب در دلتای رودخانه ها اتفاق می افتد که خطر کمتری ندارند. زمین لرزه می تواند باعث رانش زمین شود و به عنوان مثال در اندونزی، جایی که رسوب گذاری در قفسه بسیار زیاد است، سونامی های زمین لغزش به ویژه خطرناک هستند، زیرا به طور منظم رخ می دهند و باعث ایجاد امواج محلی به ارتفاع بیش از 20 متر می شوند.

فوران های آتشفشانیتقریباً 5 درصد از کل حوادث سونامی را تشکیل می دهد. فوران‌های بزرگ زیر آب تأثیری مشابه زلزله دارند. در انفجارهای بزرگ آتشفشانی نه تنها امواجی از انفجار ایجاد می شود، بلکه آب حفره های مواد فوران شده یا حتی دهانه دهان را نیز پر می کند و در نتیجه موجی طولانی ایجاد می شود. یک مثال کلاسیک، سونامی است که پس از فوران کراکاتوآ در سال 1883 ایجاد شد. سونامی عظیمی از آتشفشان کراکاتوآ در بنادر سرتاسر جهان مشاهده شد و در مجموع بیش از 5000 کشتی را نابود کرد و حدود 36000 نفر را کشت.

نشانه های سونامی

• سریع ناگهانیخروج آب از ساحل در مسافت قابل توجهی و خشک شدن کف. هر چه دریا بیشتر فروکش کند، امواج سونامی می تواند بالاتر باشد. افرادی که در ساحل هستند و از آن خبر ندارند خطرات، ممکن است از روی کنجکاوی یا جمع آوری ماهی و صدف باقی بماند. در این مورد، لازم است هر چه زودتر ساحل را ترک کنید و تا حد امکان از آن دور شوید - این قانون باید در زمانی که مثلاً در ژاپن، در سواحل اقیانوس هند اندونزی یا کامچاتکا است، رعایت شود. در مورد تله سونامی، موج معمولاً بدون عقب نشینی آب نزدیک می شود.
• زمين لرزه. مرکز زمین لرزه معمولا در اقیانوس است. در سواحل، زلزله معمولاً بسیار ضعیف‌تر است و اغلب هیچ زلزله‌ای رخ نمی‌دهد. در مناطق سونامی مستعد این قانون وجود دارد که در صورت احساس زلزله، بهتر است از ساحل دورتر حرکت کرده و همزمان از تپه بالا برود، بنابراین از قبل برای رسیدن موج آماده شوید.
• رانش غیر معمولیخ و سایر اجسام شناور، تشکیل شکاف در یخ سریع.
• خطاهای معکوس بزرگدر لبه های یخ ثابت و صخره ها، تشکیل جمعیت و جریان.

امواج سرکش

امواج سرکش(امواج پرسه زن، امواج هیولا، امواج عجیب - امواج غیرعادی) - امواج غول پیکری که در اقیانوس به ارتفاع بیش از 30 متر به وجود می آیند، رفتار غیرعادی برای امواج دریا دارند.

فقط 10 تا 15 سال پیش، دانشمندان داستان ملوانان در مورد امواج قاتل غول پیکری را که از ناکجاآباد ظاهر می‌شوند و کشتی‌ها را غرق می‌کنند، صرفاً فولکلور دریایی می‌دانستند. برای مدت طولانی امواج سرگرداناز آنجایی که آنها در هیچ مدل ریاضی که در آن زمان برای محاسبه وقوع و رفتار آنها وجود داشت، تخیلی تلقی نمی شدند، زیرا امواج با ارتفاع بیش از 21 متر نمی توانند در اقیانوس های سیاره زمین وجود داشته باشند.

یکی از اولین توصیفات موج هیولا به سال 1826 برمی گردد. ارتفاع آن بیش از 25 متر بود و در اقیانوس اطلس نزدیک خلیج بیسکای مشاهده شد. هیچ کس این پیام را باور نکرد. و در سال 1840، دریانورد Dumont d'Urville خطر حضور در جلسه انجمن جغرافیایی فرانسه را داشت و اعلام کرد که یک موج 35 متری را با چشمان خود دیده است، اما داستان هایی در مورد امواج ارواح وجود دارد که ناگهان در وسط اقیانوس ظاهر شد، حتی با طوفان کوچک، و شیب آنها شبیه دیواره های آب خالص، بیشتر و بیشتر شد.

شواهد تاریخی از امواج سرکش

بنابراین، در سال 1933، کشتی راماپو نیروی دریایی ایالات متحده در یک طوفان در اقیانوس آرام گرفتار شد. به مدت هفت روز کشتی توسط امواج به اطراف پرتاب شد. و در صبح روز 7 فوریه، یک شفت با ارتفاع باورنکردنی ناگهان از پشت خزید. ابتدا کشتی به پرتگاهی عمیق پرتاب شد و سپس تقریباً به صورت عمودی بر روی کوهی از آب کف آلود بلند شد. خدمه که به اندازه کافی خوش شانس بودند که زنده ماندند، ارتفاع موج 34 متر را ثبت کردند. با سرعت 23 متر بر ثانیه یا 85 کیلومتر بر ساعت حرکت می کرد. تا کنون، این بالاترین موج سرکشی است که تاکنون اندازه گیری شده است.

در طول جنگ جهانی دوم، در سال 1942، کشتی کوئین مری 16 هزار پرسنل نظامی آمریکایی را از نیویورک به بریتانیا حمل کرد (به هر حال، یک رکورد برای تعداد افرادی که در یک کشتی جابجا می شوند). ناگهان یک موج 28 متری ظاهر شد. دکتر نوروال کارتر که در کشتی بد بخت بود به یاد می آورد: «عرشه بالایی در ارتفاع معمول خود بود و ناگهان - ناگهان - به طور ناگهانی پایین آمد. کشتی با زاویه 53 درجه کج شد - اگر زاویه حتی سه درجه بیشتر بود، مرگ اجتناب ناپذیر بود. داستان «ملکه مری» اساس فیلم هالیوودی «پوزیدون» را تشکیل داد.

اما در اول ژانویه 1995 در سکوی نفتی Dropner در دریای شمال در سواحل نروژ، موجی با ارتفاع 25.6 متر به نام موج Dropner برای اولین بار توسط ابزار ضبط شد. پروژه موج حداکثر به ما اجازه داد تا نگاهی تازه به علل مرگ کشتی های باری خشک که کانتینرها و سایر محموله های مهم را حمل می کردند بیندازیم. تحقیقات بیشتر در طول سه هفته در سراسر جهان بیش از 10 موج غول پیکر را ثبت کرد که ارتفاع آنها از 20 متر فراتر رفت. پروژه جدید Wave Atlas نام دارد که برای تهیه نقشه جهانی از امواج هیولاهای مشاهده شده و پردازش و اضافه شدن بعدی آن فراهم می شود.

علل

فرضیه های متعددی در مورد علل امواج شدید وجود دارد. بسیاری از آنها فاقد عقل سلیم هستند. ساده ترین توضیحات بر اساس تجزیه و تحلیل یک برهم نهی ساده از امواج با طول های مختلف است. با این حال، برآوردها نشان می دهد که احتمال امواج شدید در چنین طرحی بسیار کم است. یک فرضیه قابل توجه دیگر امکان تمرکز انرژی موج در برخی ساختارهای جریان سطحی را پیشنهاد می کند. با این حال، این ساختارها برای مکانیسم تمرکز انرژی برای توضیح وقوع سیستماتیک امواج شدید بسیار خاص هستند. قابل اطمینان ترین توضیح برای وقوع امواج شدید باید بر اساس مکانیسم های داخلی امواج سطحی غیرخطی بدون دخالت عوامل خارجی باشد.

جالب اینجاست که چنین امواجی می توانند هم تاج و هم فرورفتگی باشند که شاهدان عینی آن را تایید می کنند. تحقیقات بیشتر شامل اثرات غیرخطی بودن در امواج باد است که می‌تواند منجر به تشکیل گروه‌های کوچکی از امواج (بسته‌ها) یا امواج منفرد (سالیتون) شود که می‌توانند مسافت‌های طولانی را بدون تغییر ساختارشان طی کنند. بسته های مشابه نیز بارها در عمل مشاهده شده است. ویژگی‌های بارز چنین گروه‌هایی از امواج، که این نظریه را تأیید می‌کند، این است که آنها مستقل از امواج دیگر حرکت می‌کنند و عرض کمی دارند (کمتر از 1 کیلومتر) و ارتفاع در لبه‌ها به شدت کاهش می‌یابد.

با این حال، هنوز نمی توان به طور کامل ماهیت امواج غیرعادی را روشن کرد.

2. موج مکانیکی.

3. منبع امواج مکانیکی.

4. منبع نقطه ای امواج.

5. موج عرضی.

6. موج طولی.

7. جبهه موج.

9. امواج دوره ای.

10. موج هارمونیک.

11. طول موج.

12. سرعت انتشار.

13. وابستگی سرعت موج به خواص محیط.

14. اصل هویگنس.

15. انعکاس و شکست امواج.

16. قانون بازتاب موج.

17. قانون شکست موج.

18. معادله موج مسطح.

19. انرژی و شدت موج.

20. اصل برهم نهی.

21. نوسانات منسجم.

22. امواج منسجم.

23. تداخل امواج. الف) شرط حداکثر تداخل، ب) شرط حداقل تداخل.

24. تداخل و قانون بقای انرژی.

25. پراش موج.

26. اصل هویگنز-فرنل.

27. موج پلاریزه.

29. حجم صدا.

30. زیر و بم صدا.

31. طناب صدا.

32. سونوگرافی.

33. مادون صوت.

34. اثر داپلر.

1.موج -این فرآیند انتشار ارتعاشات هر مقدار فیزیکی در فضا است. به عنوان مثال، امواج صوتی در گازها یا مایعات نشان دهنده انتشار نوسانات فشار و چگالی در این رسانه ها است. موج الکترومغناطیسی فرآیند انتشار نوسانات در قدرت میدان های مغناطیسی الکتریکی در فضا است.

انرژی و تکانه را می توان با انتقال ماده در فضا منتقل کرد. هر جسم متحرکی دارای انرژی جنبشی است. بنابراین با انتقال ماده انرژی جنبشی را منتقل می کند. همان جسم با گرم شدن، حرکت در فضا انرژی حرارتی را منتقل می کند و ماده را منتقل می کند.

ذرات یک محیط الاستیک به هم متصل هستند. اختلالات، یعنی انحراف از موقعیت تعادل یک ذره به ذرات مجاور منتقل می شود، یعنی. انرژی و تکانه از یک ذره به ذرات همسایه منتقل می شود، در حالی که هر ذره نزدیک به موقعیت تعادل خود باقی می ماند. بنابراین انرژی و تکانه در طول یک زنجیر از یک ذره به ذره دیگر منتقل می شود و هیچ گونه انتقال ماده رخ نمی دهد.

بنابراین، فرآیند موجی فرآیند انتقال انرژی و تکانه در فضا بدون انتقال ماده است.

2. موج مکانیکی یا موج الاستیک– انتشار اختلال (نوسان) در محیط الاستیک. محیط الاستیکی که امواج مکانیکی در آن منتشر می شود هوا، آب، چوب، فلزات و سایر مواد الاستیک است. امواج الاستیک را امواج صوتی می نامند.

3. منبع امواج مکانیکی- جسمی که در یک محیط الاستیک حرکت نوسانی انجام می دهد، به عنوان مثال، چنگال های تنظیم ارتعاشی، تارها، تارهای صوتی.

4. منبع موج نقطه ای –منبع موجی که اندازه آن در مقایسه با مسافتی که موج طی می کند نادیده گرفته می شود.

5. موج عرضی -موجی که در آن ذرات محیط در جهتی عمود بر جهت انتشار موج نوسان می کنند. به عنوان مثال، امواج روی سطح آب، امواج عرضی هستند، زیرا ارتعاشات ذرات آب در جهتی عمود بر جهت سطح آب رخ می دهد و موج در امتداد سطح آب منتشر می شود. یک موج عرضی در امتداد یک بند ناف منتشر می شود که یک سر آن ثابت است و دیگری در صفحه عمودی در نوسان است.

یک موج عرضی تنها می تواند در امتداد سطح مشترک بین رسانه های مختلف منتشر شود.

6. موج طولی -موجی که در آن نوساناتی در جهت انتشار موج رخ می دهد. یک موج طولی در یک فنر مارپیچ بلند رخ می دهد اگر یک انتهای آن در معرض اختلالات دوره ای در امتداد فنر قرار گیرد. یک موج الاستیک که در امتداد یک فنر جریان دارد نشان دهنده یک توالی در حال انتشار از فشرده سازی و گسترش است (شکل 88).

یک موج طولی فقط در یک محیط الاستیک می تواند منتشر شود، به عنوان مثال، در هوا، در آب. در جامدات و مایعات، امواج عرضی و طولی می توانند به طور همزمان منتشر شوند، زیرا یک جامد و یک مایع همیشه توسط یک سطح محدود می شوند - رابط بین دو رسانه. به عنوان مثال، اگر یک میله فولادی در انتهای آن با چکش مورد اصابت قرار گیرد، تغییر شکل الاستیک در آن شروع به گسترش می کند. یک موج عرضی در امتداد سطح میله خواهد بود و یک موج طولی (فشردگی و کمیاب شدن محیط) در داخل آن منتشر می شود (شکل 89).

7. جبهه موج (سطح موج)- مکان هندسی نقاط در حال نوسان در همان فازها. در سطح موج، فازهای نقاط نوسانی در لحظه در نظر گرفته شده از زمان دارای یک مقدار هستند. اگر سنگی را به داخل دریاچه ای آرام پرتاب کنید، امواج عرضی به شکل دایره شروع به پخش شدن در سطح دریاچه از محل سقوط آن می کنند و مرکز آن در محل سقوط سنگ است. در این مثال، جبهه موج یک دایره است.

در یک موج کروی، جبهه موج یک کره است. چنین امواجی توسط منابع نقطه ای تولید می شوند.

در فواصل بسیار زیاد از منبع می توان از انحنای جلو چشم پوشی کرد و جبهه موج را صاف در نظر گرفت. در این حالت موج را صفحه می نامند.

8. پرتو - مستقیمخط نرمال با سطح موج در یک موج کروی، پرتوها در امتداد شعاع کره ها از مرکز، جایی که منبع امواج قرار دارد، هدایت می شوند (شکل 90).

در یک موج صفحه، پرتوها عمود بر سطح جلو هدایت می شوند (شکل 91).

9. امواج دوره ایوقتی در مورد امواج صحبت می کنیم، منظور ما یک اختلال واحد بود که در فضا منتشر می شود.

اگر منبع موج نوسانات مداوم را انجام دهد، امواج الاستیکی که یکی پس از دیگری حرکت می کنند در محیط ظاهر می شوند. به چنین امواجی دوره ای می گویند.

10. موج هارمونیک- موجی که توسط نوسانات هارمونیک ایجاد می شود. اگر یک منبع موج نوسانات هارمونیک را انجام دهد، امواج هارمونیک تولید می کند - امواجی که در آنها ذرات طبق قانون هارمونیک ارتعاش می کنند.

11. طول موج.اجازه دهید یک موج هارمونیک در امتداد محور OX منتشر شود و نوسانات در آن در جهت محور OY رخ دهد. این موج عرضی است و می تواند به صورت موج سینوسی به تصویر کشیده شود (شکل 92).

چنین موجی را می توان با ایجاد ارتعاشات در صفحه عمودی انتهای آزاد بند ناف به دست آورد.

طول موج فاصله بین دو نزدیکترین نقطه است الف و ب،نوسان در همان فازها (شکل 92).

12. سرعت انتشار موج- یک کمیت فیزیکی از نظر عددی برابر با سرعت انتشار ارتعاشات در فضا. از شکل 92 نتیجه می شود که زمانی که در طی آن نوسان از نقطه ای به نقطه دیگر منتشر می شود آبه نقطه که در، یعنی در یک فاصله طول موج برابر با دوره نوسان است. بنابراین سرعت انتشار موج برابر است

13. وابستگی سرعت انتشار موج به خواص محیط. فرکانس نوسانات هنگام وقوع موج فقط به خواص منبع موج بستگی دارد و به خواص محیط بستگی ندارد. سرعت انتشار موج به خواص محیط بستگی دارد. بنابراین، هنگام عبور از رابط بین دو رسانه مختلف، طول موج تغییر می کند. سرعت موج به ارتباط بین اتم ها و مولکول های محیط بستگی دارد. پیوند بین اتم ها و مولکول ها در مایعات و جامدات بسیار محکم تر از گازها است. بنابراین سرعت امواج صوتی در مایعات و جامدات بسیار بیشتر از گازها است. در هوا سرعت صوت در شرایط عادی 340، در آب 1500 و در فولاد 6000 است.

سرعت متوسط ​​حرکت حرارتی مولکول ها در گازها با کاهش دما کاهش می یابد و در نتیجه سرعت انتشار موج در گازها کاهش می یابد. در یک محیط متراکم تر و در نتیجه بی اثر تر، سرعت موج کمتر است. اگر صدا در هوا حرکت کند، سرعت آن به چگالی هوا بستگی دارد. در جایی که چگالی هوا بیشتر باشد، سرعت صوت کمتر است. و برعکس، جایی که چگالی هوا کمتر است، سرعت صوت بیشتر است. در نتیجه، هنگام انتشار صدا، جبهه موج دچار اعوجاج می شود. در بالای باتلاق یا بالای دریاچه، به خصوص در هنگام غروب، چگالی هوا در نزدیکی سطح به دلیل بخار آب بیشتر از ارتفاع معین است. بنابراین سرعت صوت در نزدیکی سطح آب کمتر از یک ارتفاع معین است. در نتیجه جبهه موج به گونه ای می چرخد ​​که قسمت بالایی جبهه بیشتر و بیشتر به سمت سطح دریاچه خم می شود. به نظر می رسد که انرژی موجی که در امتداد سطح دریاچه حرکت می کند و انرژی موجی که با زاویه ای نسبت به سطح دریاچه حرکت می کند، با هم جمع می شوند. بنابراین، در عصر صدا به خوبی در سراسر دریاچه حرکت می کند. حتی یک مکالمه آرام را می توان شنید که در ساحل مقابل ایستاده است.

14. اصل هویگنس- هر نقطه از سطح که موج در یک لحظه معین به آن رسیده است منبع امواج ثانویه است. با رسم سطح مماس بر جبهه تمام امواج ثانویه، جبهه موج را در لحظه بعدی از زمان بدست می آوریم.

برای مثال، موجی را در نظر می گیریم که از یک نقطه در امتداد سطح آب منتشر می شود در باره(شکل 93) اجازه دهید در لحظه زمان تیجلو به شکل دایره ای با شعاع بود آرمتمرکز در یک نقطه در باره. در لحظه بعد از زمان، هر موج ثانویه یک جبهه به شکل دایره ای با شعاع خواهد داشت که در آن V- سرعت انتشار موج با رسم یک سطح مماس بر جبهه امواج ثانویه، جبهه موج را در لحظه زمان بدست می آوریم (شکل 93).

اگر موجی در یک محیط پیوسته منتشر شود، جبهه موج یک کره است.

15. انعکاس و شکست امواج.هنگامی که موجی روی سطح مشترک بین دو رسانه مختلف می افتد، هر نقطه از این سطح، طبق اصل هویگنز، منبع امواج ثانویه می شود که در دو طرف سطح منتشر می شوند. بنابراین، هنگام عبور از سطح مشترک بین دو رسانه، موج تا حدی منعکس شده و تا حدی از این سطح عبور می کند. زیرا چون رسانه ها متفاوت هستند، سرعت امواج در آنها متفاوت است. بنابراین، هنگام عبور از رابط بین دو رسانه، جهت انتشار موج تغییر می کند، یعنی. شکست موج رخ می دهد. اجازه دهید بر اساس اصل هویگنز، فرآیند و قوانین بازتاب و شکست را در نظر بگیریم.

16. قانون بازتاب موج. اجازه دهید یک موج صفحه بر روی یک رابط مسطح بین دو رسانه مختلف بیفتد. اجازه دهید ناحیه بین دو پرتو را انتخاب کنیم و (شکل 94)

زاویه تابش - زاویه بین پرتو فرودی و عمود بر سطح مشترک در نقطه تابش.

زاویه بازتاب زاویه بین پرتو منعکس شده و عمود بر سطح مشترک در نقطه تابش است.

در لحظه ای که پرتو به نقطه مشترک می رسد، این نقطه به منبع امواج ثانویه تبدیل می شود. جبهه موج در این لحظه با یک قطعه خط مستقیم مشخص شده است AC(شکل 94). در نتیجه، در این لحظه پرتو هنوز باید مسیر را به رابط طی کند NE. اجازه دهید پرتو این مسیر را در زمان طی کند. پرتوهای فرود و منعکس شده در یک طرف سطح مشترک منتشر می شوند، بنابراین سرعت آنها یکسان و برابر است. V.سپس .

در طول زمان موج ثانویه از نقطه آراه را خواهد رفت. از این رو . مثلث های قائم الزاویه مساوی هستند زیرا ... - هیپوتانوز و پاها معمولی. از تساوی مثلث ها تساوی زوایا به دست می آید. اما همچنین، i.e. .

حال اجازه دهید قانون بازتاب موج را فرموله کنیم: پرتو فرودی، پرتو بازتابی , عمود بر رابط بین دو رسانه، بازیابی شده در نقطه بروز، آنها در یک صفحه قرار دارند. زاویه تابش برابر با زاویه بازتاب است.

17. قانون شکست موج. اجازه دهید یک موج صفحه از یک رابط مسطح بین دو رسانه عبور کند. علاوه بر اینزاویه تابش با صفر متفاوت است (شکل 95).

زاویه شکست زاویه بین پرتو شکست و عمود بر سطح مشترک است که در نقطه تابش بازیابی می شود.

اجازه دهید سرعت انتشار امواج را در رسانه های 1 و 2 نیز نشان دهیم. در لحظه ای که پرتو به نقطه مشترک می رسد. آ، این نقطه به منبع انتشار امواج در محیط دوم - پرتو تبدیل می شود و پرتو هنوز باید راه خود را به سطح سطح طی کند. بگذارید زمان سفر پرتو باشد NE،سپس . در همان زمان، در محیط دوم پرتو مسیر را طی خواهد کرد. زیرا ، سپس و .

مثلث‌ها و مستطیل‌های با فرض مشترک و = مانند زوایایی هستند که اضلاع آن‌ها بر هم عمود هستند. برای زاویه ها و تساوی های زیر را می نویسیم

با توجه به اینکه،، دریافت می کنیم

حال اجازه دهید قانون شکست موج را فرموله کنیم: پرتو فرود، پرتو شکست و عمود بر سطح مشترک بین دو محیط، بازیابی شده در نقطه تابش، در یک صفحه قرار دارند. نسبت سینوس زاویه تابش به سینوس زاویه شکست یک مقدار ثابت برای دو محیط معین است و به آن ضریب شکست نسبی برای دو محیط داده می گویند.

18. معادله موج صفحه.ذرات محیط واقع در فاصله اساز منبع امواج تنها زمانی که موج به آن می رسد شروع به نوسان می کند. اگر Vسرعت انتشار موج است، سپس نوسانات با تاخیر زمانی آغاز می شوند

اگر منبع امواج بر اساس قانون هارمونیک نوسان کند، برای ذره ای که در فاصله ای قرار دارد اساز منبع، قانون نوسانات را به شکل می نویسیم

اجازه دهید کمیتی به نام عدد موج را معرفی کنیم. این نشان می دهد که چند طول موج در فاصله ای برابر با واحد طول متناسب است. حالا قانون نوسانات یک ذره از یک محیط واقع در فاصله اساز منبعی که در فرم خواهیم نوشت

این معادله تغییر مکان یک نقطه نوسان را تابعی از زمان و فاصله از منبع موج تعیین می کند و معادله موج صفحه نامیده می شود.

19. انرژی و شدت موج. هر ذره ای که موج به آن می رسد مرتعش می شود و بنابراین انرژی دارد. اجازه دهید یک موج با دامنه در حجم معینی از یک محیط الاستیک منتشر شود آو فرکانس چرخه ای یعنی میانگین انرژی ارتعاش در این حجم برابر است با

جایی که m –جرم حجم اختصاص داده شده از محیط.

چگالی انرژی متوسط ​​(متوسط ​​بیش از حجم) انرژی موج در واحد حجم محیط است

چگالی محیط کجاست.

شدت موج- کمیت فیزیکی از نظر عددی برابر با انرژی است که موج در واحد زمان از طریق واحد سطح صفحه عمود بر جهت انتشار موج (از طریق یک واحد سطح جبهه موج) منتقل می کند.

توان موج متوسط ​​میانگین کل انرژی است که توسط موج در واحد زمان از یک سطح با مساحت منتقل می شود اس. قدرت موج متوسط ​​را با ضرب شدت موج در مساحت بدست می آوریم اس

20.اصل برهم نهی (همپوشانی).اگر امواج از دو یا چند منبع در یک محیط الاستیک منتشر شوند، آنگاه، همانطور که مشاهدات نشان می‌دهند، امواج از یکدیگر عبور می‌کنند بدون اینکه هیچ تأثیری روی یکدیگر بگذارند. به عبارت دیگر، امواج با یکدیگر تعامل ندارند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در محدوده تغییر شکل الاستیک، فشار و کشش در یک جهت به هیچ وجه بر خواص الاستیک در جهات دیگر تأثیر نمی گذارد.

بنابراین، هر نقطه در محیطی که دو یا چند موج می رسد، در نوسانات ناشی از هر موج شرکت می کند. در این حالت، جابجایی حاصل از یک ذره از محیط در هر زمان برابر است با مجموع هندسی جابجایی های ناشی از هر یک از فرآیندهای نوسانی حاصل. این جوهر اصل برهم نهی یا برهم نهی ارتعاشات است.

نتیجه اضافه شدن نوسانات به دامنه، فرکانس و اختلاف فاز فرآیندهای نوسانی حاصل بستگی دارد.

21. نوسانات منسجم -نوسانات با فرکانس یکسان و اختلاف فاز ثابت در طول زمان.

22.امواج منسجم- امواجی با فرکانس یا طول موج یکسان که اختلاف فاز آنها در یک نقطه معین از فضا در زمان ثابت می ماند.

23.تداخل امواج- پدیده افزایش یا کاهش در دامنه موج حاصل هنگام قرار گرفتن دو یا چند موج منسجم.

آ) . تداخل حداکثر شرایطاجازه دهید امواج از دو منبع منسجم در یک نقطه به هم برسند آ(شکل 96).

جابجایی ذرات متوسط ​​در یک نقطه آ، که توسط هر موج به طور جداگانه ایجاد می شود، مطابق معادله موج در فرم می نویسیم

کجا و , دامنه و مراحل نوسانات ناشی از امواج در یک نقطه هستند آ، و فواصل نقطه هستند، تفاوت بین این فواصل یا تفاوت در مسیرهای موج است.

به دلیل تفاوت در مسیر امواج، موج دوم نسبت به موج اول تاخیر دارد. این بدان معناست که فاز نوسانات در موج اول جلوتر از فاز نوسانات در موج دوم است، یعنی. . اختلاف فاز آنها در طول زمان ثابت می ماند.

برای اینکه به اصل مطلب برسیم آذرات با حداکثر دامنه نوسان می کنند، تاج هر دو موج یا فرورفتگی آنها باید به نقطه برسد. آبه طور همزمان در همان فازها یا با اختلاف فاز برابر با، که در آن n -یک عدد صحیح، و - دوره توابع سینوس و کسینوس است،

بنابراین در اینجا شرط حداکثر تداخل را در فرم می نویسیم

یک عدد صحیح کجاست.

بنابراین، هنگامی که امواج منسجم روی هم قرار می گیرند، دامنه نوسان حاصل حداکثر است اگر تفاوت در مسیرهای موج برابر با یک عدد صحیح از طول موج ها باشد.

ب) شرایط حداقل تداخل. دامنه نوسان حاصل در یک نقطه آاگر تاج و فرورفتگی دو موج منسجم به طور همزمان به این نقطه برسد حداقل است. این بدان معنی است که صد موج در پادفاز به این نقطه می رسند، یعنی. اختلاف فاز آنها برابر است با یا، جایی که یک عدد صحیح است.

شرط حداقل تداخل را با انجام تبدیل های جبری به دست می آوریم:

بنابراین، دامنه نوسانات زمانی که دو موج منسجم روی هم قرار می گیرند، حداقل است اگر تفاوت در مسیرهای موج برابر با تعداد فرد نیمه موج باشد.

24. تداخل و قانون بقای انرژی.هنگامی که امواج در مکان های حداقل تداخل دخالت می کنند، انرژی نوسانات حاصل کمتر از انرژی امواج تداخلی است. اما در مکان های حداکثر تداخل، انرژی نوسانات حاصل از مجموع انرژی امواج تداخلی بیشتر است تا جایی که انرژی در مکان های تداخل حداقل کاهش یافته است.

هنگامی که امواج تداخل می کنند، انرژی نوسان در فضا دوباره توزیع می شود، اما قانون بقای به شدت رعایت می شود.

25.پراش موج- پدیده خم شدن موج به دور یک مانع، یعنی. انحراف از انتشار موج خط مستقیم

پراش به ویژه زمانی قابل توجه است که اندازه مانع کوچکتر از طول موج یا قابل مقایسه با آن باشد. اجازه دهید صفحه ای با سوراخ در مسیر انتشار یک موج صفحه وجود داشته باشد که قطر آن با طول موج قابل مقایسه باشد (شکل 97).

طبق اصل هویگنز، هر نقطه از سوراخ منبعی از همان امواج می شود. اندازه سوراخ آنقدر کوچک است که همه منابع امواج ثانویه آنقدر نزدیک به یکدیگر قرار دارند که می توان همه آنها را یک نقطه در نظر گرفت - یک منبع امواج ثانویه.

اگر مانعی در مسیر موج قرار گیرد که اندازه آن با طول موج قابل مقایسه باشد، طبق اصل هویگنس، لبه ها به منبع امواج ثانویه تبدیل می شوند. اما اندازه انسداد آنقدر کوچک است که می توان لبه های آن را همزمان در نظر گرفت، یعنی. خود مانع منبع نقطه ای امواج ثانویه است (شکل 97).

هنگامی که امواج روی سطح آب منتشر می شوند، پدیده پراش به راحتی مشاهده می شود. هنگامی که موج به یک میله نازک و بی حرکت می رسد، به منبع امواج تبدیل می شود (شکل 99).

25. اصل هویگنز-فرنلاگر ابعاد سوراخ به طور قابل توجهی از طول موج بیشتر شود، موجی که از سوراخ عبور می کند، به صورت مستقیم پخش می شود (شکل 100).

اگر اندازه مانع به طور قابل توجهی از طول موج بیشتر شود، یک ناحیه سایه در پشت مانع تشکیل می شود (شکل 101). این آزمایش ها با اصل هویگنز در تضاد است. فرنل فیزیکدان فرانسوی اصل هویگنس را با ایده انسجام امواج ثانویه تکمیل کرد. هر نقطه ای که موج می رسد منبعی از همان امواج می شود، یعنی. امواج منسجم ثانویه بنابراین، امواج تنها در مکان‌هایی وجود ندارند که شرایط حداقل تداخل برای امواج ثانویه فراهم باشد.

26. موج پلاریزه- یک موج عرضی که در آن همه ذرات در یک صفحه نوسان می کنند. اگر انتهای آزاد بند ناف در یک صفحه نوسان کند، آنگاه یک موج پلاریزه صفحه در طول بند ناف منتشر می شود. اگر انتهای آزاد بند ناف در جهات مختلف نوسان کند، در این صورت موجی که در طول بند ناف منتشر می شود قطبی نمی شود. اگر مانعی به شکل یک شکاف باریک در مسیر موج غیرقطبی قرار گیرد، پس از عبور از شکاف موج قطبی می شود، زیرا شکاف اجازه می دهد تا ارتعاشات سیم از امتداد آن عبور کند.

اگر یک شکاف دوم در مسیر یک موج پلاریزه موازی با اول قرار گیرد، آنگاه موج آزادانه از آن عبور می کند (شکل 102).

اگر شکاف دوم در زوایای قائم به شکاف اول قرار گیرد، گسترش گاو متوقف می شود. دستگاهی که ارتعاشات رخ داده در یک صفحه خاص را انتخاب می کند، پلاریزه کننده (اولین شکاف) نامیده می شود. دستگاهی که سطح پلاریزاسیون را تعیین می کند آنالایزر نامیده می شود.

27.صدا -این فرآیند انتشار فشرده سازی و کمیاب شدن در یک محیط الاستیک، به عنوان مثال، در گاز، مایع یا فلزات است. انتشار فشرده سازی و نادر شدن در نتیجه برخورد مولکول ها اتفاق می افتد.

28. حجم صدااین نیروی موج صوتی بر پرده گوش انسان است که در اثر فشار صدا ایجاد می شود.

فشار صدا - این فشار اضافی است که در گاز یا مایع هنگام انتشار موج صوتی ایجاد می شود.فشار صوت به دامنه ارتعاش منبع صدا بستگی دارد. اگر صدای چنگال کوک را با یک ضربه خفیف در بیاوریم، همان صدا را می گیریم. اما اگر ضربه محکم‌تر به چنگال تنظیم شود، دامنه ارتعاشات آن افزایش می‌یابد و صدای آن بلندتر می‌شود. بنابراین، بلندی صدا با دامنه ارتعاش منبع صدا تعیین می شود، یعنی. دامنه نوسانات فشار صوت

29. زیر و بمی صدابا فرکانس نوسانات تعیین می شود. هرچه فرکانس صدا بیشتر باشد، تن صدا بالاتر است.

ارتعاشات صوتی که طبق قانون هارمونیک رخ می دهد به عنوان یک لحن موسیقی درک می شود. معمولاً صدا یک صدای پیچیده است که مجموعه ای از ارتعاشات با فرکانس های مشابه است.

لحن اساسی یک صدای پیچیده، آهنگ مربوط به کمترین فرکانس در مجموعه فرکانس های یک صدای معین است. آهنگ های مربوط به فرکانس های دیگر یک صدای پیچیده را تون صدا می گویند.

30. تن صدا. صداهایی با لحن اساسی یکسان از نظر تن صدا متفاوت هستند که توسط مجموعه ای از تون ها مشخص می شود.

هر فرد تایم منحصر به فرد خود را دارد. بنابراین، ما همیشه می‌توانیم صدای یک نفر را از صدای یک نفر دیگر تشخیص دهیم، حتی زمانی که لحن اصلی آنها یکسان باشد.

31.سونوگرافی. گوش انسان صداهایی را درک می کند که فرکانس آنها بین 20 هرتز تا 20000 هرتز است.

صداهای با فرکانس بالای 20000 هرتز را اولتراسوند می نامند. سونوگرافی ها به شکل پرتوهای باریک حرکت می کنند و در سونار و تشخیص عیب استفاده می شوند. برای تعیین عمق بستر دریا و تشخیص عیوب در قسمت های مختلف می توان از سونوگرافی استفاده کرد.

به عنوان مثال، اگر ریل ترک نداشته باشد، سونوگرافی منتشر شده از یک سر ریل، که از انتهای دیگر آن منعکس می شود، تنها یک اکو می دهد. در صورت وجود ترک، سونوگرافی از ترک ها منعکس می شود و ابزارها چندین اکو را ضبط می کنند. سونوگرافی برای تشخیص زیردریایی ها و گله های ماهی استفاده می شود. خفاش با استفاده از امواج فراصوت در فضا حرکت می کند.

32. مادون صوت- صدایی با فرکانس زیر 20 هرتز. این صداها توسط برخی از حیوانات درک می شود. منبع آنها اغلب ارتعاشات پوسته زمین در هنگام زلزله است.

33. اثر داپلروابستگی فرکانس موج درک شده به حرکت منبع یا گیرنده امواج است.

بگذارید یک قایق روی سطح دریاچه قرار بگیرد و امواج با فرکانس خاصی به سمت آن بکوبند. اگر قایق بر خلاف جهت انتشار موج شروع به حرکت کند، فرکانس برخورد امواج به کناره قایق افزایش می یابد. علاوه بر این، هر چه سرعت قایق بیشتر باشد، فرکانس امواجی که به طرف برخورد می کنند بیشتر می شود. برعکس، وقتی قایق در جهت انتشار موج حرکت می کند، فرکانس ضربه ها کمتر می شود. این استدلال ها را می توان به راحتی از شکل 1 فهمید. 103.

هرچه سرعت ترافیک مقابل بیشتر باشد، زمان کمتری برای پوشش دادن فاصله بین دو نزدیکترین یال صرف می شود. هر چه دوره موج کوتاهتر باشد و فرکانس موج نسبت به قایق بیشتر باشد.

اگر ناظر ساکن باشد، اما منبع امواج متحرک باشد، فرکانس موج درک شده توسط ناظر به حرکت منبع بستگی دارد.

اجازه دهید حواصیل از روی یک دریاچه کم عمق به سمت ناظر راه برود. هر بار که پایش را در آب می گذارد، امواج به صورت دایره ای از این مکان پخش می شود. و هر بار فاصله بین اولین و آخرین موج کاهش می یابد، یعنی. تعداد بیشتری از برجستگی ها و فرورفتگی ها در فاصله کوتاه تری قرار می گیرند. بنابراین، برای یک ناظر ثابت در جهتی که حواصیل در حال راه رفتن است، فرکانس افزایش می یابد. و بالعکس، برای یک ناظر ثابت که در یک نقطه کاملا مخالف در فاصله بیشتر قرار دارد، به همان تعداد تاج و فرورفتگی وجود دارد. بنابراین، برای این ناظر فرکانس کاهش می یابد (شکل 104).