Felszíni hullámok. Felszíni akusztikus hullámok

Hullámok egy diszkrét láncban. Hullámpolarizáció. Nyírási hullám sebessége. A folyó víz kinetikus energiasűrűsége.

Hullámok.

A hullám vizuális képét sokáig mindig a víz felszínén lévő hullámokkal társították. De a vízhullámok sokkal összetettebb jelenségek, mint sok más hullámfolyamat, például a hang terjedése homogén izotróp közegben. Ezért természetes, hogy a hullámmozgás vizsgálatát nem a vízen lévő hullámokkal kezdjük, hanem egyszerűbb esetekkel.

Hullámok egy diszkrét láncban.

A legegyszerűbb, ha elképzelünk egy hullámot, amely összekapcsolt ingák végtelen láncolata mentén terjed (192. ábra). Egy végtelen lánccal kezdjük, hogy egy irányban terjedő hullámot figyelembe tudjunk venni, és ne gondoljunk annak lehetséges visszaverődésére a lánc végéről.

Rizs. 192. Hullám összefüggő ingák láncában Ha a lánc elején található ingát meghatározott co frekvenciával és A amplitúdóval harmonikus rezgőmozgásba hozzuk, akkor az oszcilláló mozgás a lánc mentén tovább fog terjedni. A rezgések egyik helyről a másikra terjedését hullámfolyamatnak vagy hullámnak nevezzük. Csillapítás hiányában a lánc bármely másik inga megismétli az első inga kényszerrezgését némi fáziskéséssel. Ez a késleltetés annak a ténynek köszönhető, hogy az oszcillációk terjedése a lánc mentén egy bizonyos véges sebességgel megy végbe. A rezgések terjedési sebessége az ingákat összekötő rugó merevségétől és attól függ, hogy milyen erős a kapcsolat az ingák között. Ha a láncban az első inga egy bizonyos törvény szerint mozog, akkor az egyensúlyi helyzetből való elmozdulása az idő adott függvénye, akkor a lánc kezdetétől távolságra lévő inga bármely időpillanatban elmozdul. pontosan ugyanaz lesz, mint az első inga elmozdulása egy korábbi időpillanatban, amelyet egy függvény írja le. Hagyja, hogy az első inga harmonikus rezgéseket hajtson végre, és az egyensúlyi helyzetből való elmozdulását adja meg a kifejezés. A lánc mindegyik ingáját az a távolság jellemzi, amelyen a lánc elejétől elhelyezkednek. Ezért a hullám áthaladása során az egyensúlyi helyzetből való elmozdulását természetesen jelöljük. Ekkor a fent elmondottaknak megfelelően az egyenlet által leírt hullámot monokromatikusnak nevezzük. A monokromatikus hullám jellegzetessége, hogy mindegyik inga egy bizonyos frekvenciájú szinuszos rezgést hajt végre. A hullám terjedését az ingalánc mentén energia- és lendületátadás kíséri. De ebben az esetben nem történik tömegátadás: minden inga, amely az egyensúlyi helyzet körül oszcillál, átlagosan a helyén marad.

Hullámpolarizáció. Attól függően, hogy az ingák milyen irányban rezegnek, különböző polarizációjú hullámokról beszélnek. Ha az ingák a hullámterjedés iránya mentén oszcillálnak, mint az ábra. 192, akkor a hullámot longitudinálisnak, ha keresztirányban keresztirányúnak nevezzük. Jellemzően a különböző polarizációjú hullámok eltérő sebességgel haladnak. A csatolt ingák vizsgált lánca egy olyan mechanikai rendszer példája, amelyek paraméterei csomósodnak.

Egy másik példa egy csomósított paraméterekkel rendelkező rendszerre, amelyben a hullámok terjedhetnek, a könnyű rugók által összekapcsolt golyók lánca (193. ábra). Egy ilyen rendszerben az inert tulajdonságok a golyókban, a rugalmas tulajdonságok pedig a rugókban koncentrálódnak. Amikor egy hullám terjed, a rezgés kinetikus energiája a golyókon, a potenciális energia pedig a rugókon lokalizálódik. Könnyen elképzelhető, hogy egy ilyen rugók által összekötött golyólánc egy elosztott paraméterekkel rendelkező egydimenziós rendszer, például egy rugalmas húr modelljének tekinthető. A húrban minden egyes hosszúságú elem rendelkezik tömeggel, inert tulajdonságokkal és merevségi, rugalmassági tulajdonságokkal. Hullámok kifeszített húrban. Tekintsünk egy keresztirányú monokromatikus hullámot, amely végtelenül megfeszített húrban terjed. A húr előfeszítésére azért van szükség, mert a feszítetlen hajlékony zsinór a tömör rúddal ellentétben csak a húzó alakváltozás tekintetében rugalmas, az összenyomásra nem. Egy húrban lévő monokromatikus hullámot ugyanaz a kifejezés írja le, mint egy ingalánc hullámát. Most azonban a húr minden eleme külön inga szerepét tölti be, ezért az inga egyensúlyi helyzetét jellemző egyenletben szereplő változó folytonos értékeket vesz fel. Bármely húrelem egyensúlyi helyzetéből való elmozdulása a hullám áthaladása során két időváltozó és ezen elem egyensúlyi helyzetének függvénye. Ha egy adott karakterlánc elemet rögzítünk a képletben, akkor a függvény, ha rögzített, megadja a kiválasztott karakterlánc elem időtől függő elmozdulását. Ez a keverés egy harmonikus rezgés frekvenciával és amplitúdóval. A húr ezen elemének rezgésének kezdeti fázisa az egyensúlyi helyzetétől függ. A húr minden eleme monokromatikus hullám áthaladásakor azonos frekvenciájú és amplitúdójú, de fázisban eltérő harmonikus rezgéseket hajt végre.

Hullámhossz.

Ha rögzítjük a képletben, és a teljes karakterláncot ugyanabban az időpillanatban vesszük figyelembe, akkor a függvény, ha rögzítjük, azonnali képet ad a húr összes elemének elmozdulásáról, mint egy hullám azonnali fényképe. Ezen a „fotón” egy fagyott szinuszoidot fogunk látni (194. ábra). Ennek a szinuszhullámnak a periódusát, a szomszédos domborulatok vagy mélyedések közötti távolságot hullámhossznak nevezzük. A képletből megállapíthatjuk, hogy a hullámhossz összefüggésben van a hullám frekvenciájával és sebességével, valamint az oszcillációs periódus arányával. A hullámterjedés képe akkor képzelhető el, ha ezt a „befagyott” szinuszoidot a tengely mentén nagy sebességgel mozgatjuk.

Rizs. 194. A húr különböző pontjainak elmozdulása ugyanabban az időpillanatban. Rizs. 195. Képek a húrpontok elmozdulásáról egy időpillanatban. ábra egy hullám két egymást követő „pillanatfelvétele” látható az időpillanatokban. 195. Látható, hogy a hullámhossz egyenlő azzal a távolsággal, amelyet tetszőleges púp megtesz az oszcilláció periódusa alatt a képlet szerint.

Nyírási hullám sebessége.

Határozzuk meg egy monokromatikus transzverzális hullám terjedési sebességét egy húrban. Feltételezzük, hogy az amplitúdó kicsi a hullámhosszhoz képest. Hagyja, hogy a hullám jobbra fusson u sebességgel. Térjünk át egy új vonatkoztatási rendszerre, haladjunk a húr mentén az u hullám sebességével megegyező sebességgel. Ez a referenciakeret is inerciális, ezért Newton törvényei érvényesek benne. Ebből a vonatkoztatási rendszerből úgy tűnik, hogy a hullám egy fagyott szinuszhullám, és a húr anyaga ezen a szinuszhullámon balra csúszik: a húr bármely előre színezett eleme úgy tűnik, mintha a szinuszhullám mentén futna. sebességgel balra.

Rizs. 196. Húrban a hullámterjedés sebességének kiszámítása. Tekintsünk ebben a referenciakeretben egy húr olyan elemét, amelynek hossza sokkal kisebb, mint a hullámhossz abban a pillanatban, amikor a szinusz csúcsán van (196. ábra). Alkalmazzuk erre az elemre Newton második törvényét. A zsinór szomszédos szakaszaiból az elemre ható erők az ábrán a kiemelt körben láthatók. 196. Mivel egy keresztirányú hullámról van szó, amelyben a húrelemek elmozdulásai merőlegesek a hullám terjedési irányára, akkor a feszítőerő vízszintes összetevője. a nyomás a teljes húr mentén állandó. A vizsgált szakasz hossza óta a kiválasztott elemre ható feszítőerők irányai közel vízszintesek, modulusuk egyenlőnek tekinthető. Ezen erők eredője lefelé irányul és egyenlő. A vizsgált elem sebessége egyenlő, és balra irányul, és szinuszos pályájának egy kis szakasza a púp közelében egy sugarú körívnek tekinthető. Ezért ennek a húrelemnek a gyorsulása lefelé és egyenlő. Egy húrelem tömege a húranyag sűrűségeként, illetve a keresztmetszeti területként ábrázolható, amely a hullámterjedés során fellépő alakváltozások kicsinysége miatt azonosnak tekinthető a hullám hiányával. Newton második törvénye alapján. Ez a kis amplitúdójú, keresztirányú monokromatikus hullám kívánt terjedési sebessége egy megfeszített húrban. Látható, hogy ez csak a megfeszített húr mechanikai igénybevételétől és sűrűségétől függ, és nem függ az amplitúdótól és a hullámhossztól. Ez azt jelenti, hogy a tetszőleges hosszúságú keresztirányú hullámok egy megfeszített húrban azonos sebességgel terjednek. Ha például két azonos amplitúdójú és hasonló frekvenciájú monokromatikus hullám egyidejűleg terjed egy füzérben, akkor ezeknek a monokromatikus hullámoknak és az így létrejövő hullámnak az „azonnali fényképei” az ábrán látható formájúak lesznek. 197.

Ahol az egyik hullám púpja egybeesik egy másik hullám púpjával, ott a keletkező hullámban a keveredés maximális. Mivel az egyes hullámoknak megfelelő szinuszok azonos sebességgel futnak a z tengely mentén, és az így létrejövő görbe alakja megváltoztatása nélkül, azonos sebességgel fut. Kiderült, hogy ez bármilyen alakú hullámzavarra igaz: bármilyen típusú keresztirányú hullámok terjednek egy megfeszített húrban anélkül, hogy megváltoztatnák alakjukat. A hullámdiszperzióról. Ha a monokromatikus hullámok terjedési sebessége nem függ a hullámhossztól vagy a frekvenciától, akkor azt mondják, hogy nincs diszperzió. Bármely hullám alakjának megőrzése terjedése során a diszperzió hiányának következménye. A folytonos, rugalmas közegben terjedő hullámok esetében nincs diszperzió. Ez a körülmény nagyon megkönnyíti a longitudinális hullámok sebességének meghatározását.

A hosszanti hullámok sebessége.

Vegyünk például egy hosszú rugalmas rudat, amelyben egy meredek elülső élű hosszanti zavar terjed. Hagyja, hogy egy időben ez a front a sebességgel haladva érjen el egy pontot, amelynek koordinátája a fronttól jobbra van; Egy idő után az eleje egy távolságot jobbra mozdul (198. ábra). Ezen a rétegen belül minden részecske azonos sebességgel mozog. Ezen idő elteltével a rúd részecskéi, amelyek pillanatnyilag a hullámfronton voltak, a rúd mentén egy távolságra elmozdulnak. Alkalmazzuk az impulzusmegmaradás törvényét a hullámfolyamatban részt vevő rúd időbeli tömegére. Fejezzük ki a tömegre ható erőt a rúdelem deformációján keresztül a Hooke-törvény segítségével. A rúd kiválasztott elemének hossza egyenlő, és hosszának változása az erő hatására egyenlő. Ezért a segítségével megtaláljuk Behelyettesítve ezt az értéket, azt kapjuk, hogy a hosszanti hanghullámok sebessége egy rugalmas rúdban csak Young modulusától és sűrűségétől függ. Könnyen belátható, hogy a legtöbb fémnél ez a sebesség kb. A hosszanti hullámok sebessége rugalmas közegben mindig nagyobb, mint a keresztirányú hullámok sebessége. Hasonlítsuk össze például a hosszanti és a keresztirányú hullámok sebességét u(feszített hajlékony húrban. Mivel kis alakváltozásoknál a rugalmassági állandók nem függenek az alkalmazott erőktől, a hosszirányú hullámok sebessége feszített húrban nem függ előfeszítését és a képlet határozza meg Ahhoz, hogy ezt a sebességet összehasonlítsuk az u keresztirányú hullámok korábban talált sebességével, a képletben szereplő húr feszítő erejét a húr ezen előfeszítés miatti relatív deformációján keresztül fejezzük ki. Az értéket behelyettesítve a képletbe, így a keresztirányú hullámok sebessége egy feszült húrban lényegesen kisebbnek bizonyul, mint a hosszanti hullámok sebessége, így az e húr relatív nyúlása sokkal kisebb, mint egység Ha a hullámok terjednek, az energia átadódik az anyag átvitele nélkül. egy hosszanti hullám in. rugalmas rúd. Egy meghatározott időpontban a mozgási energia egyenlőtlenül oszlik el a rúd térfogatában, mivel a rúd egyes pontjai ebben a pillanatban nyugalomban vannak, míg mások éppen ellenkezőleg, maximális sebességgel mozognak. Ugyanez igaz a potenciális energiára is, mivel ebben a pillanatban a rúd egyes elemei nem deformálódnak, míg mások maximálisan deformálódnak. Ezért a hullámenergia mérlegelésekor természetes a kinetikus és potenciális energiák sűrűségének bevezetése. A hullámenergia-sűrűség a közeg egyes pontjain nem marad állandó, hanem a hullám haladásával periodikusan változik: az energia a hullámmal együtt terjed.

Ha egy keresztirányú hullám egy megfeszített húrban terjed, miért azonos a húrfeszítő erő hosszirányú összetevője a teljes húr mentén, és miért nem változik a hullám haladásakor?

Mik azok a monokromatikus hullámok? Hogyan függ össze a monokromatikus hullám hossza a frekvenciával és a terjedési sebességgel? Milyen esetekben nevezzük a hullámokat longitudinálisnak és milyen esetekben keresztirányúnak? Mutassuk meg kvalitatív érveléssel, hogy minél nagyobb a hullámterjedés sebessége, minél nagyobb az erő, amely a közeg zavart szakaszát egyensúlyi állapotba viszi vissza, és minél kisebb, annál nagyobb ennek a szakasznak a tehetetlensége. A közeg mely jellemzői határozzák meg a longitudinális és a keresztirányú hullámok sebességét? Hogyan viszonyulnak egymáshoz az ilyen hullámok sebességei egy kifeszített húrban?

Egy haladó hullám kinetikus energiasűrűsége.

Tekintsük a kinetikus energiasűrűséget az egyenlettel leírt monokromatikus rugalmas hullámban. Válasszunk ki egy kis elemet a rúdban a síkok között úgy, hogy annak hossza deformálatlan állapotban jóval kisebb legyen, mint a hullámhossz. Ekkor ebben az elemben a rúd összes részecskéjének hullámterjedési sebessége azonosnak tekinthető. A képlet segítségével a sebességet az idő függvényének tekintve és a kérdéses rúdelem helyzetét jellemző értéket fixnek tekintve találjuk meg. A rúd kiválasztott elemének tömege, tehát mozgási energiája az időpillanatban: A kifejezéssel a kinetikus energia sűrűségét kapjuk meg a pillanatnyi pontban. Potenciális energiasűrűség. Térjünk át a hullám potenciális energiasűrűségének kiszámítására. Mivel a rúd kiválasztott elemének hossza kicsi a hullám hosszához képest, ennek az elemnek a hullám által okozott deformációja homogénnek tekinthető. Ezért a potenciális alakváltozási energia a vizsgált rúdelem elhaladó hullám által okozott megnyúlásaként írható fel. Ennek a kiterjesztésnek a megtalálásához figyelembe kell venni a kiválasztott elemet egy adott időpontban korlátozó síkok helyzetét. Bármely sík pillanatnyi helyzetét, amelynek egyensúlyi helyzetét koordináta jellemzi, egy fixen függvénynek tekintett függvény határozza meg. Ezért a vizsgált rúdelem megnyúlása, amint az a 1. ábrán látható. 199, egyenlő Ennek az elemnek a relatív megnyúlása Ha ebben a kifejezésben a határértékre megyünk, akkor a függvény deriváltjává válik a fix változóhoz képest. A kapott képlet segítségével

Rizs. 199. A rúd relatív nyúlásának kiszámítása Most a potenciális energia kifejezése felveszi a potenciális energia alakját és a potenciális energia sűrűségét egy adott pillanatban a haladó hullám energiája. A longitudinális hullámok terjedési sebessége óta a képletekben a jobb oldalak egybeesnek. Ez azt jelenti, hogy egy haladó hosszirányú rugalmas hullámban a kinetikai és a potenciális energiák sűrűsége a közeg bármely pontján minden pillanatban egyenlő. ábra mutatja a hullám energiasűrűségének a koordinátától való függését egy meghatározott időpontban. 200. Vegyük észre, hogy ellentétben a lokalizált rezgésekkel (oszcillátor), ahol a kinetikus és a potenciális energia az ellenfázisban változik, egy haladó hullámban a kinetikus és potenciális energiák rezgései ugyanabban a fázisban fordulnak elő. A kinetikus és potenciális energiák a közeg minden pontján egyszerre érik el a maximális értéket, és egyidejűleg nullává válnak. A kinetikus és potenciális energiák sűrűségének pillanatnyi értékeinek egyenlősége egy bizonyos irányban terjedő hullámhullámok általános tulajdonsága. Látható, hogy ez igaz a kifeszített hajlékony húrban lévő keresztirányú hullámokra is. Rizs. 200. A közeg részecskéinek elmozdulása és energiasűrűsége haladó hullámban

Eddig olyan rendszerben terjedő hullámokat tekintettünk, amelyeknek csak egy irányban van végtelen kiterjedése: ingaláncban, húrban, rúdban. De a hullámok olyan közegben is terjedhetnek, amelynek minden irányban végtelen méretei vannak. Egy ilyen folytonos közegben a hullámok különböző típusúak a gerjesztésük módjától függően. Sík hullám. Ha például egy hullám egy végtelen sík harmonikus rezgései következtében keletkezik, akkor homogén közegben erre a síkra merőleges irányban terjed. Egy ilyen hullámban a terjedési irányra merőleges bármely síkon fekvő közeg minden pontjának elmozdulása pontosan ugyanúgy történik. Ha a közegben nem nyelődik el a hullámenergia, akkor a közegben lévő pontok rezgésének amplitúdója mindenhol azonos és elmozdulásukat a képlet adja meg. Az ilyen hullámot síkhullámnak nevezzük.

Gömb alakú hullám.

Homogén izotróp elasztikus közegben egy pulzáló golyó másfajta gömbhullámot hoz létre. Az ilyen hullám minden irányban azonos sebességgel terjed. Hullámfelületei, állandó fázisú felületei koncentrikus gömbök. A közegben történő energiaelnyelés hiányában könnyen meghatározható a gömbhullám amplitúdójának a középponttól való távolságától való függése. Mivel az amplitúdó négyzetével arányos hullámenergia áramlása bármely gömbön keresztül azonos, a hullám amplitúdója fordított arányban csökken a középponttól való távolsággal. A longitudinális gömbhullám egyenletének alakja ahol a hullám középpontjától távol eső rezgések amplitúdója.

Hogyan függ a haladó hullám által átadott energia a hullám frekvenciájától és amplitúdójától?

Mi az a síkhullám? Gömbhullám? Hogyan függ a sík- és gömbhullámok amplitúdója a távolságtól?

Magyarázza meg, hogy egy haladó hullámban miért változik a kinetikus energia és a potenciális energia ugyanabban a fázisban!

Rugalmas hullámok, amelyek a szilárd test szabad határa mentén vagy a szilárd test más közegekkel való határa mentén terjednek

Élénkség

Leírás

A felületi hullámok (SW) létezése a longitudinális és (vagy) keresztirányú rugalmas hullámok kölcsönhatásának következménye, amikor ezek a hullámok a különböző közegek közötti sík határvonalról verődnek vissza bizonyos peremfeltételek mellett az elmozdulási komponensek számára. A szilárd testekben lévő PV-k két osztályba sorolhatók: függőleges polarizációjú, amelyben a közeg részecskéinek vibrációs elmozdulásának vektora a határfelületre merőleges síkban helyezkedik el, és a vízszintes polarizációjú, amelyben a részecskék elmozdulásának vektora a közeg párhuzamos a határfelülettel.

A PV leggyakoribb speciális esetei a következők.

1) Rayleigh-hullámok (vagy Rayleigh-hullámok), amelyek egy szilárd test határa mentén terjednek vákuummal vagy egy meglehetősen ritka gáznemű közeggel. Ezeknek a hullámoknak az energiája egy l és 2l közötti vastagságú felületi rétegben lokalizálódik, ahol l a hullámhossz. A Rayleigh-hullám részecskéi ellipszisek mentén mozognak, amelyek w nagy féltengelye merőleges a határra, az u kis féltengely pedig párhuzamos a hullám terjedési irányával (1a. ábra).

Felületi rugalmas Rayleigh-hullám a szilárd test szabad határán

Rizs. 1a

Megnevezések:

A Rayleigh-hullámok fázissebessége c R » 0,9c t, ahol c t egy sík keresztirányú hullám fázissebessége.

2) Rayleigh típusú csillapított hullámok a szilárd test és a folyadék határán, feltéve, hogy a fázissebesség a folyadékban 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).

Rayleigh típusú felületi rugalmas csillapított hullám a szilárd test és a folyadék határán

Rizs. 1b

Megnevezések:

x a hullám terjedésének iránya;

u,w - részecskekiszorító komponensek;

a görbék az elmozdulások amplitúdójában bekövetkező változások előrehaladását ábrázolják a határtól való távolság függvényében;

a ferde vonalak a kimenő hullám frontjai.

Ennek a hullámnak a fázissebessége R-vel egyenlő, egy százalékig, és a csillapítási együttható al ~ 0,1 hullámhosszon. Az elmozdulások és feszültségek mélységi eloszlása ​​megegyezik a Rayleigh-hullámmal.

3) Függőleges polarizációjú folytonos hullám, amely a folyadék és a szilárd test határa mentén halad L-nél kisebb sebességgel (és ennek megfelelően kisebb, mint a hosszirányú és keresztirányú hullámok sebessége szilárd testben). Ennek a PV-nek a szerkezete teljesen eltér a Rayleigh-hullámétól. Folyadékban egy gyengén inhomogén hullámból áll, amelynek amplitúdója lassan csökken a határtól való távolsággal, és két erősen inhomogén hosszanti és keresztirányú hullámból szilárd testben (1c. ábra).

Csillapítás nélküli PV a szilárd-folyadék határfelületen

Rizs. 1c

Megnevezések:

x a hullám terjedésének iránya;

u,w - részecskekiszorító komponensek;

a görbék az elmozdulási amplitúdó változásának előrehaladását ábrázolják a határtól való távolság függvényében.

A hullám energiája és a részecskék mozgása elsősorban a folyadékban lokalizálódik.

4) Stoneley-hullám, amely két szilárd közeg lapos határán terjed, amelyek rugalmassági modulusai és sűrűségei nem különböznek egymástól. Egy ilyen hullám (1d. ábra) mintha két Rayleigh-hullámból állna – mindegyik közegben egy-egy.

Felületi rugalmas Stonley hullám két szilárd közeg határfelületén

Rizs. 1g

Megnevezések:

x a hullám terjedésének iránya;

u,w - részecskekiszorító komponensek;

a görbék az elmozdulási amplitúdó változásának előrehaladását ábrázolják a határtól való távolság függvényében.

Az egyes közegekben az elmozdulások függőleges és vízszintes összetevői a határtól való távolsággal csökkennek, így a hullámenergia két ~l vastagságú határrétegben összpontosul. A Stoneley-hullám fázissebessége kisebb, mint a hosszanti és keresztirányú hullámok fázissebessége mindkét szomszédos közegben.

5) Szerelmi hullámok - SW vízszintes polarizációval, amely egy szilárd féltér határán terjedhet szilárd réteggel (1e. ábra).

Felületi rugalmas Szerelmi hullám a "szilárd féltér - szilárd réteg" határán

Rizs. 1d

Megnevezések:

x a hullám terjedésének iránya;

a görbék az elmozdulási amplitúdó változásának előrehaladását ábrázolják a határtól való távolság függvényében.

Ezek a hullámok tisztán keresztirányúak: csak egy v elmozdulási komponensük van, és a Love-hullámban a rugalmas deformáció tiszta nyírás. A rétegben (1. index) és a féltérben (2. index) az elmozdulásokat a következő kifejezések írják le:

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 ),

ahol t az idő;

w - körfrekvencia;

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

s2 = (k2-kt22)1/2;

k a szerelem hullám hullámszáma;

k t1, k t2 - a keresztirányú hullámok hullámszámai a rétegben, illetve a féltérben;

h - rétegvastagság;

A tetszőleges állandó.

A v 1 és v 2 kifejezésekből jól látható, hogy a rétegbeli elmozdulások a koszinusz mentén oszlanak el, a féltérben pedig exponenciálisan csökkennek a mélységgel. A szerelmi hullámokat a sebességdiszperzió jellemzi. Kis rétegvastagságnál a Love-hullám fázissebessége a féltérben lévő ömlesztett keresztirányú hullám fázissebességéhez igazodik. A w h ¤ c t2 >>1 esetén a szeretethullámok több módosítás formájában léteznek, amelyek mindegyike egy bizonyos rendű normál hullámnak felel meg.

A folyadék szabad felületén vagy két nem elegyedő folyadék határfelületén lévő hullámokat is hullámhullámoknak tekintjük. Az ilyen PV-k külső hatások hatására keletkeznek, például a szél hatására, amely eltávolítja a folyadék felszínét az egyensúlyi állapotból. Ebben az esetben azonban rugalmas hullámok nem létezhetnek. A helyreállító erők jellegétől függően 3 típusú PV-t különböztetnek meg: gravitációs, főként a gravitáció okozta; kapilláris, amelyet főként felületi feszültségi erők okoznak; gravitációs-kapilláris (lásd az FE „Felületi hullámok folyadékban” leírását).

Időzítési jellemzők

Indítási idő (log -3-tól -1-ig);

Élettartam (log tc -1 és 3 között);

Lebomlási idő (log td -1-től 1-ig);

Optimális fejlesztési idő (log tk 0-tól 1-ig).

Diagram:

A hatás technikai megvalósításai

A hatás technikai megvalósítása

Egy kellően kiterjedt szilárd test szabad felületén (a „szilárd közeg – levegő” határfelületén) Rayleigh-hullám érhető el. Ehhez a rugalmas hullámok kibocsátóját (hosszirányú, keresztirányú) a test felületére helyezik (2. ábra), bár elvileg a hullámok forrása is elhelyezkedhet a közeg belsejében valamilyen mélységben (földrengés). forrásmodell).

Rayleigh-hullám generálása szilárd test szabad határán

Rizs. 2

Hatás alkalmazása

Mivel a szeizmikus PV-k gyengén csillapítják a távolságot, a PV-ket, elsősorban Rayleigh-t és Love-ot használják a geofizikában a földkéreg szerkezetének meghatározására. Az ultrahangos hibaészlelésben a PV-t a minta felületének és felületi rétegének átfogó, roncsolásmentes vizsgálatára használják. Az akusztoelektronikában (AE) a PV felhasználásával lehetőség nyílik mikroelektronikai áramkörök létrehozására elektromos jelek feldolgozására. A PV előnyei az AE eszközökben az alacsony konverziós veszteségek a PV gerjesztése és vétele során, a hullámfront elérhetősége, amely lehetővé teszi a jel felvételét és a hullám terjedésének szabályozását a hangvezeték bármely pontján stb.

Példa AE eszközökre PV-n: rezonátor (3. ábra).

Rezonancia szerkezet a felszíni akusztikus hullámokon

Rizs. 3

Megnevezések:

1 - konverter;

2 - reflektorrendszer (fémelektródák vagy hornyok).

Minőségi tényező 104-ig, alacsony veszteségek (kevesebb, mint 5 dB), frekvenciatartomány 30 - 1000 MHz. Működési elve. A 2 reflektorok között álló PV jön létre, amelyet az 1 átalakító generál és fogad.

Irodalom

1. Ultrahang / Szerk. I.P. Golyamin.- M.: Szovjet Enciklopédia, 1979.- 400. o.

2. Brekhovskikh L.M., Goncharov V.V. Bevezetés a kontinuum mechanikába - M.: Nauka, 1982.

Kulcsszavak

• amplitúdó
• felszíni hullám
• Rayleigh-hullám
• Szerelmi hullám
• Stonley hullám
• függőlegesen polarizált hullám
• vízszintesen polarizált hullám
• hullámhossz
• hullámsebesség
• sebesség diszperzió
• frekvencia

Természettudományi szekciók:

Felszíni akusztikus hullámok(SAW) - rugalmas hullámok, amelyek a szilárd test felületén vagy más közegek határa mentén terjednek. A felületaktív anyagok két típusra oszthatók: függőleges polarizációjú és vízszintes polarizációjú ( Szerelmi hullámok).

A felszíni hullámok leggyakoribb speciális esetei a következők:

• Rayleigh hullámai(vagy Rayleigh), klasszikus értelemben, egy rugalmas féltér határa mentén terjedve vákuummal vagy meglehetősen ritka gáznemű közeggel.
• a szilárd-folyadék határfelületen.
• , amely egy folyékony és egy szilárd test határán fut
• Stoneleigh Wave, két szilárd közeg lapos határa mentén terjed, amelyek rugalmassági modulusai és sűrűsége nem sokban tér el egymástól.
• Szerelmi hullámok- vízszintes polarizációjú (SH típusú) felszíni hullámok, amelyek a rugalmas rétegszerkezetben rugalmas féltéren terjedhetnek.

Enciklopédiai YouTube

1 / 3

✪ Szeizmikus hullámok

✪ Hosszanti és keresztirányú hullámok. Hang hullámok. 120. lecke

✪ Hetedik előadás: Hullámok

Feliratok

Ebben a videóban a szeizmikus hullámokról szeretnék beszélni egy kicsit. Írjuk fel a témát. Először is, önmagukban nagyon érdekesek, másodszor pedig nagyon fontosak a Föld szerkezetének megértéséhez. A Föld rétegeiről készült videómat már láttad, és a szeizmikus hullámoknak köszönhetően jutottunk arra a következtetésre, hogy bolygónk milyen rétegekből áll. És bár a szeizmikus hullámokat általában földrengésekkel társítják, valójában minden olyan hullámról van szó, amely a földön halad. Jöhetnek földrengésből, erős robbanásból, bármiből, ami sok energiát küldhet közvetlenül a földbe és a kőbe. Tehát a szeizmikus hullámoknak két fő típusa van. És ezek közül az egyikre jobban összpontosítunk. Az első a felszíni hullámok. Írjuk fel. A második a test hullámai. A felszíni hullámok egyszerűen hullámok, amelyek valaminek a felületén haladnak keresztül. Esetünkben a föld felszínén. Itt, az illusztráción láthatja, hogyan néznek ki a felszíni hullámok. Hasonlóak a víz felszínén látható hullámokhoz. A felszíni hullámoknak két típusa van: a Rayleigh-hullámok és a Love-hullámok. Nem részletezem, de itt látható, hogy a Rayleigh-hullámok fel-le mozognak. Itt mozog a föld fel és le. Itt lefelé halad. Itt van fent. És akkor - újra le. Úgy néz ki, mint egy hullám, amely végigfut a földön. A szerelmi hullámok viszont oldalra mozognak. Vagyis itt a hullám nem fel-le mozog, hanem, ha a hullám irányába nézünk, balra mozog. Itt jobbra mozog. Itt - balra. Itt - ismét jobbra. A hullám mozgása mindkét esetben merőleges a mozgási irányára. Néha az ilyen hullámokat keresztirányú hullámoknak nevezik. És mint mondtam, olyanok, mint a hullámok a vízben. A testhullámok sokkal érdekesebbek, mert először is ezek a leggyorsabb hullámok. Ráadásul ezeket a hullámokat használják a Föld szerkezetének tanulmányozására. A testhullámoknak két típusa van. Vannak P-hullámok vagy elsődleges hullámok. És S-hullámok, vagy másodlagos. Itt megtekinthetők. Az ilyen hullámok a testben mozgó energia. És nem csak a felszínén. Tehát ezen a képen, amit a Wikipédiáról töltöttem le, láthatod, hogyan ütnek kalapáccsal egy nagy követ. És amikor a kalapács a követ eltalálja... Hadd rajzoljam át nagyobbra. Itt lesz egy kövem, és kalapáccsal megütöm. Összenyomja a követ, ahol ütközik. Ekkor az ütközésből származó energia lökni fogja a molekulákat, amelyek a szomszédos molekulákba ütköznek. És ezek a molekulák a mögöttük lévő molekulákba ütköznek, azok pedig a mellettük lévő molekulákba. Kiderül, hogy a kőnek ez az összenyomott része hullámként mozog. Ezek összenyomott molekulák, beleütköznek a közeli molekulákba, és akkor a kő itt sűrűbbé válik. Az első molekulák, azok, amelyek az egész mozgást elindították, visszatérnek a helyükre. Ezért a tömörítés elmozdult, és tovább fog haladni. Ez kompressziós hullámot eredményez. Ezt kalapáccsal megütöd, és változó sűrűséget kapsz, ami a hullám irányába mozog. Esetünkben a molekulák egy tengely mentén mozognak oda-vissza. A hullám irányával párhuzamosan. Ezek P-hullámok. A P hullámok terjedhetnek a levegőben. Lényegében a hanghullámok kompressziós hullámok. Folyadékban és szilárd testben is mozoghatnak. És a környezettől függően eltérő sebességgel mozognak. A levegőben 330 m/s sebességgel mozognak, ami a mindennapi életben nem olyan lassú. Folyadékban 1500 m/s sebességgel mozognak. A Föld felszínének nagy részét kitevő gránitban pedig 5000 m/s sebességgel mozognak. Hadd írjam le ezt. 5000 méter, vagy 5 km/s gránitban. És most megrajzolom az S-hullámokat, mert ez túl kicsi. Ha kalapáccsal megüti ezt a területet, az ütközés ereje átmenetileg oldalra mozdítja a követ. Kissé deformálódik, és magával húzza a szomszédos kőrészt. Ezt a sziklát a tetején ezután lehúzzák, és az eredetileg eltalált szikla visszatér felfelé. És körülbelül egy ezredmásodperc elteltével a tetején lévő kőréteg kissé jobbra deformálódik. Aztán idővel a deformáció felfelé mozdul el. Figyeljük meg, hogy ebben az esetben a hullám is felfelé mozog. De az anyag mozgása már nem párhuzamos a tengellyel, mint a P-hullámoknál, hanem merőleges. Ezeket a merőleges hullámokat keresztirányú rezgéseknek is nevezik. A részecskék mozgása merőleges a hullámmozgás tengelyére. Ezek S-hullámok. Kicsit lassabban mozognak, mint a P-hullámok. Ezért ha földrengés van, először a P hullámokat fogja érezni. És akkor a P-hullámok sebességének körülbelül 60%-ánál jönnek az S-hullámok. Tehát a Föld szerkezetének megértéséhez fontos megjegyezni, hogy az S-hullámok csak szilárd anyagban mozoghatnak. Ezt írjuk le. Mondhatnánk, hogy keresztirányú hullámokat látott a vízen. De voltak felszíni hullámok. És a testhullámokról beszélünk. Hullámok, amelyek a víz térfogatán belül haladnak. Hogy könnyebb legyen elképzelni, húzok egy kis vizet, mondjuk lesz itt medence. A kontextusban. Valami hasonló. Igen, jobban is rajzolhattam volna. Tehát itt van egy kivágás a medencéből, és remélem, megérti, mi történik benne. És ha a víz egy részét összenyomom, például valami nagyon nagy dologgal, hogy a víz gyorsan összenyomódjon. A P-hullám azért tud majd mozogni, mert a vízmolekulák a mellettük lévő molekulákba ütköznek, amelyek a mögöttük lévő molekulákba ütköznek. És ez a tömörítés, ez a P-hullám a becsapódásom irányába fog elmozdulni. Ez azt mutatja, hogy a P-hullám mozoghat folyadékokban és például levegőben is. Bírság. És ne feledje, hogy a víz alatti hullámokról beszélünk. Nem a felületekről. Hullámaink a víz térfogatában mozognak. Tegyük fel, hogy fogtunk egy kalapácsot, és oldalról megütöttünk egy adott térfogatú vizet. És ez csak egy kompressziós hullámot fog létrehozni ebben az irányban. És semmi több.

Rayleigh hullámai

Csillapított Rayleigh-hullámok

Csillapított Rayleigh-típusú hullámok a szilárd-folyadék határfelületen.

Folyamatos hullám függőleges polarizációval

Folyamatos hullám függőleges polarizációval, amely egy folyadék és szilárd anyag határán fut hangsebességgel egy adott közegben.

Hullám(Hullám, hullám, tenger) - a folyadék és a levegő részecskéinek adhéziója miatt keletkezik; a víz sima felszínén csúszva eleinte hullámzást kelt a levegő, majd csak azután, ferde felületeire hatva, fokozatosan alakul ki a víztömeg izgatottsága. A tapasztalat azt mutatja, hogy a vízrészecskék nem mozognak előre; csak függőlegesen mozog. A tenger hullámai a víz mozgása a tenger felszínén, amely bizonyos időközönként jelentkezik.

A hullám legmagasabb pontját ún fésű vagy a hullám teteje, és a legalacsonyabb pont az egyetlen. Magasság egy hullám távolsága a csúcstól az alapig, és hossz ez a távolság két gerinc vagy talp között. A két csúcs vagy mélyedés közötti időt ún időszak hullámok.

Fő okok

Átlagosan a hullám magassága vihar alatt az óceánban eléri a 7-8 métert, általában hosszan nyúlhat - akár 150 méterre, vihar alatt pedig akár 250 méterre is.

A legtöbb esetben a tenger hullámai a szél hatására alakulnak ki. Az ilyen hullámok erőssége és mérete függ a szél erősségétől, valamint annak időtartamától és „gyorsulásától” - az út hosszától, amelyen a szél hat a vízre. felület. A partot érő hullámok néha több ezer kilométerre is eredhetnek a parttól. De sok más tényező is szerepet játszik a tengeri hullámok előfordulásában: ezek a Hold és a Nap árapály-ereje, a légköri nyomás ingadozása, a víz alatti vulkánok kitörése, a víz alatti földrengések és a tengeri hajók mozgása.

A többi víztestben megfigyelt hullámok kétféleek lehetnek:

1) Szél a szél által létrehozott, állandó jelleget öltve, miután a szél megszűnik, és kialakult hullámoknak, vagy duzzadásnak nevezik; A szélhullámok a szél hatása (a légtömegek mozgása) következtében jönnek létre a víz felszínén, vagyis befecskendezése. A hullámok oszcilláló mozgásának oka könnyen érthetővé válik, ha egy búzatábla felszínén ugyanazon szél hatását észleljük. Jól látható a hullámokat létrehozó széláramlások állandósága.

2) A mozgás hullámai, vagy állóhullámok, a földrengések során fellépő erős remegés eredményeként jönnek létre az alján, vagy például a légköri nyomás éles változásával gerjesztik. Ezeket a hullámokat egyedi hullámoknak is nevezik.

Az árapályokkal és az áramlatokkal ellentétben a hullámok nem mozgatják meg a víztömegeket. A hullámok mozognak, de a víz a helyén marad. A hullámokon ringó csónak nem úszik el a hullámmal. Csak a föld gravitációs erejének köszönhetően tud enyhén mozogni egy ferde lejtőn. A hullámban lévő vízrészecskék gyűrűk mentén mozognak. Minél távolabb vannak ezek a gyűrűk a felszíntől, annál kisebbek lesznek, és végül teljesen eltűnnek. 70-80 méter mélyen egy tengeralattjáróban tartózkodva a felszínen a legsúlyosabb vihar idején sem érzi a tenger hullámainak hatását.

A tengeri hullámok típusai

A hullámok nagy távolságokat képesek megtenni anélkül, hogy megváltoztatnák alakjukat és gyakorlatilag nem veszítenének energiát, jóval azután is, hogy az őket kiváltó szél elült. A partra törve a tenger hullámai az utazás során felgyülemlett hatalmas energiát szabadítanak fel. A folyamatosan törő hullámok ereje különböző módon változtatja meg a part alakját. A terjedő és gördülő hullámok mossa a partot, ezért ún konstruktív. A partra csapódó hullámok fokozatosan elpusztítják és elmossák az őt védő strandokat. Ezért hívják őket pusztító.

Az alacsony, széles, lekerekített, a parttól távol eső hullámokat hullámzásnak nevezzük. A hullámok hatására a vízrészecskék köröket és gyűrűket írnak le. A gyűrűk mérete a mélységgel csökken. Ahogy a hullám közeledik a lejtős parthoz, a benne lévő vízrészecskék egyre laposabb oválisokat írnak le. A parthoz közeledve a tenger hullámai már nem tudják bezárni oválisukat, a hullám megtörik. Sekély vízben a vízrészecskék már nem tudják bezárni oválisukat, a hullám megtörik. A földnyelvek keményebb kőzetekből alakulnak ki, és lassabban erodálódnak, mint a part szomszédos szakaszai. A meredek, magas tengeri hullámok aláássák a sziklás sziklákat az aljánál, fülkéket hozva létre. A sziklák néha összeomlanak. A tenger által elpusztított sziklákból csak a hullámsimított terasz maradt meg. Néha a víz a kőzet függőleges repedései mentén felemelkedik a tetejére, és a felszínre tör, tölcsért képezve. A hullámok pusztító ereje kiszélesíti a kőzet repedéseit, barlangokat képezve. Amikor a hullámok mindkét oldalon elkopnak a sziklánál, amíg meg nem találkoznak, ívek képződnek. Amikor az ív teteje a tengerbe esik, kőoszlopok maradnak. Alapjaik aláássanak, az oszlopok összeomlanak, sziklákat képezve. A tengerparton található kavicsok és homok az erózió eredménye.

A pusztító hullámok fokozatosan erodálják a partot, és elhordják a homokot és a kavicsokat a tengeri strandokról. Vizüket és kimosott anyaguk teljes súlyát lejtőkre és sziklákra juttatva a hullámok tönkreteszik a felszínüket. Minden repedésbe, minden résbe vizet és levegőt préselnek, gyakran robbanó energiával, fokozatosan elválasztva és meggyengítve a sziklákat. A letört szikladarabokat további pusztításra használják fel. Még a legkeményebb sziklák is fokozatosan elpusztulnak, és a parton lévő föld a hullámok hatására megváltozik. A hullámok elképesztő sebességgel képesek elpusztítani a tengerpartot. Az angliai Lincolnshire-ben az erózió (pusztulás) évi 2 m-es ütemben halad előre. 1870 óta, amikor a Hatteras-fokon felépült az Egyesült Államok legnagyobb világítótornya, a tenger 426 méterrel elmosta a partokat a szárazföld belsejében.

Szökőár

Szökőár Ezek hatalmas pusztító erejű hullámok. Víz alatti földrengések vagy vulkánkitörések okozzák, és gyorsabban képesek átszelni az óceánokat, mint egy sugárhajtású repülőgép: 1000 km/h. Mély vizekben egy méternél is kisebbek lehetnek, de a parthoz közeledve lelassulnak és 30-50 méteresre nőnek, mielőtt összeomlanak, elárasztják a partot és mindent elsodornak, ami útjukba kerül. Az összes feljegyzett szökőár 90%-a a Csendes-óceánon történt.

A leggyakoribb okok.

A szökőárgenerációs esetek körülbelül 80%-a víz alatti földrengések. A víz alatti földrengés során a fenék kölcsönös függőleges elmozdulása következik be: a fenék egy része lesüllyed, egy része felemelkedik. A víz felszínén oszcillációs mozgások vertikálisan mennek végbe, és hajlamosak visszatérni az eredeti szintre - az átlagos tengerszintre - és hullámsorozatot generálnak. Nem minden víz alatti földrengést kísér szökőár. A cunamigén (azaz szökőárhullámot generáló) általában sekély forrású földrengés. A földrengések szökőár-jelenségének felismerésének problémája még nem megoldott, a riasztó szolgálatokat pedig a földrengés mértéke vezérli. A legerősebb cunamik a szubdukciós zónákban keletkeznek. Ezenkívül szükséges, hogy a víz alatti sokk rezonáljon a hullámingadozásokkal.

Földcsuszamlások. Az ilyen típusú szökőárak a 20. században becsültnél gyakrabban fordulnak elő (az összes cunamik körülbelül 7%-a). A földrengés gyakran földcsuszamlást és hullámot is generál. 1958. július 9-én egy alaszkai földrengés földcsuszamlást okozott a Lituya-öbölben. Jég- és földkőtömeg omlott össze 1100 m magasságból. Az öböl túlsó partján több mint 524 méter magas hullám alakult ki . De a víz alatti földcsuszamlások sokkal gyakrabban fordulnak elő a folyó deltáiban, amelyek nem kevésbé veszélyesek. Egy földrengés okozhat földcsuszamlást, és például Indonéziában, ahol nagyon nagy a polc üledék, különösen veszélyesek a földcsuszamlás-cunamik, mivel rendszeresen előfordulnak, és több mint 20 méter magas helyi hullámokat okoznak.

Vulkánkitörések az összes cunamiesemény körülbelül 5%-át teszik ki. A nagy víz alatti kitöréseknek ugyanolyan hatása van, mint a földrengéseknek. A nagy vulkáni robbanások során nem csak hullámok keletkeznek a robbanásból, hanem a víz kitölti a kitört anyag üregeit vagy akár a kalderát is, ami hosszú hullámot eredményez. Klasszikus példa erre az 1883-as Krakatoa kitörése után keletkezett cunami. A Krakatau vulkán hatalmas szökőárját a világ kikötőiben figyelték meg, és összesen több mint 5000 hajót semmisítettek meg, és körülbelül 36 000 embert öltek meg.

A cunami jelei.

• Hirtelen gyors a víz jelentős távolságra történő kivonása a partról és a fenék kiszáradása. Minél távolabb húzódik a tenger, annál magasabbak lehetnek a cunamihullámok. Emberek, akik a parton vannak, és nem tudnak róla veszélyeket, maradhat kíváncsiságból vagy halak és kagylók gyűjtése miatt. Ebben az esetben a lehető leghamarabb el kell hagyni a partot, és a lehető legtávolabb kell menni - ezt a szabályt kell követni például Japánban, Indonézia Indiai-óceán partján vagy Kamcsatkában. Telecunami esetén a hullám általában a víz levonulása nélkül közelít.
• Földrengés. A földrengés epicentruma általában az óceánban van. A tengerparton a földrengés általában sokkal gyengébb, és gyakran egyáltalán nincs földrengés. A szökőárnak kitett vidékeken érvényes az a szabály, hogy ha földrengést érez, jobb távolabb húzódni a parttól, és ezzel egy időben felmászni egy dombra, így előre felkészülve a hullám érkezésére.
• Szokatlan sodródás jég és egyéb lebegő tárgyak, repedések kialakulása gyors jégen.
• Hatalmas hátrameneti hibákálló jég és zátonyok szélein tömegek és áramlatok kialakulása.

szélhámos hullámok

szélhámos hullámok(Roaming hullámok, szörnyhullámok, furcsa hullámok - rendellenes hullámok) - az óceánban keletkező, több mint 30 méter magas óriáshullámok viselkedése szokatlan a tenger hullámaihoz képest.

Alig 10-15 évvel ezelőtt a tudósok tengeri folklórnak tekintették a tengerészek történeteit a semmiből felbukkanó gigantikus gyilkos hullámokról, amelyek elsüllyesztik a hajókat. Hosszú ideje vándorló hullámok fikciónak számítottak, mivel nem fértek bele egyetlen olyan matematikai modellbe sem, amely akkoriban létezett az előfordulás és viselkedésük kiszámítására, mivel 21 méternél magasabb hullámok nem létezhetnek a Föld bolygó óceánjaiban.

A szörnyhullámról szóló első leírások egyike 1826-ból származik. Magassága több mint 25 méter volt, és az Atlanti-óceánban, a Vizcayai-öböl közelében vették észre. Senki sem hitte el ezt az üzenetet. 1840-ben pedig Dumont d'Urville navigátor megkockáztatta, hogy megjelenjen a Francia Földrajzi Társaság ülésén, és kijelentse, hogy a saját szemével látott egy 35 méteres hullámot amelyek kis vihar mellett is hirtelen megjelentek az óceán közepén, és meredekségük puszta vízfalakra emlékeztetett, egyre több lett.

Történelmi bizonyítékok a szélhámos hullámokról

Így 1933-ban az amerikai haditengerészet Ramapo hajója viharba került a Csendes-óceánon. A hajót hét napig hánykolták a hullámok. Február 7-én reggel pedig hirtelen felkúszott hátulról egy hihetetlen magasságú tengely. Először a hajót egy mély szakadékba dobták, majd szinte függőlegesen felemelték a habzó víz hegyére. A legénység, akinek szerencséje volt túlélni, 34 méteres hullámmagasságot regisztrált. 23 m/s, azaz 85 km/h sebességgel mozgott. Eddig ez a valaha mért legmagasabb szélhámos hullám.

A második világháború idején, 1942-ben a Queen Mary vonalhajó 16 ezer amerikai katonát szállított New Yorkból az Egyesült Királyságba (mellesleg rekordot jelent az egy hajón szállított emberek számában). Hirtelen megjelent egy 28 méteres hullám. „A felső fedélzet a szokásos magasságában volt, és hirtelen – hirtelen – lezuhant” – emlékezett vissza Dr. Norval Carter, aki a szerencsétlenül járt hajó fedélzetén tartózkodott. A hajó 53 fokos szögben megdőlt – ha a szög akár három fokkal nagyobb lett volna, a halál elkerülhetetlen lett volna. A "Queen Mary" története képezte a "Poseidon" hollywoodi film alapját.

1995. január 1-jén azonban az Északi-tengeren, Norvégia partjainál található Dropner olajfúró platformon először rögzítettek műszerekkel egy 25,6 méter magas hullámot, amelyet Dropner hullámnak neveztek. A Maximum Wave projekt lehetővé tette számunkra, hogy új pillantást vethessünk a konténereket és más fontos rakományokat szállító szárazteherhajók halálának okaira. A további kutatások három hét alatt több mint 10 egyedi óriáshullámot rögzítettek a világon, amelyek magassága meghaladta a 20 métert. Az új projekt a Wave Atlas névre hallgat, amely a megfigyelt szörnyhullámok világméretű térképének összeállítását, majd ennek feldolgozását és kiegészítését írja elő.

Előfordulás okai

Számos hipotézis létezik az extrém hullámok okairól. Sokan közülük hiányzik a józan ész. A legegyszerűbb magyarázatok különböző hosszúságú hullámok egyszerű szuperpozíciójának elemzésén alapulnak. A becslések azonban azt mutatják, hogy az extrém hullámok valószínűsége egy ilyen rendszerben túl kicsi. Egy másik figyelemre méltó hipotézis a hullámenergia fókuszálásának lehetőségét sugallja egyes felszíni áramstruktúrákban. Ezek a struktúrák azonban túl specifikusak ahhoz, hogy egy energiafókuszáló mechanizmus megmagyarázza a szélsőséges hullámok szisztematikus előfordulását. Az extrém hullámok előfordulásának legmegbízhatóbb magyarázata a nemlineáris felületi hullámok belső mechanizmusain alapuljon külső tényezők bevonása nélkül.

Érdekes módon az ilyen hullámok lehetnek hegygerincek és vályúk is, amit a szemtanúk is megerősítenek. A további kutatások kiterjednek a szélhullámok nemlinearitásának hatásaira, amelyek kis hullámcsoportok (csomagok) vagy egyedi hullámok (szolitonok) kialakulásához vezethetnek, amelyek nagy távolságokat képesek megtenni anélkül, hogy szerkezetük jelentősen megváltozna. Ilyen csomagokat a gyakorlatban is sokszor megfigyeltek. Az ilyen hullámcsoportok jellemző sajátosságai, amelyek megerősítik ezt az elméletet, hogy a többi hullámtól függetlenül mozognak, és kicsi a szélességük (kevesebb, mint 1 km), a magasságuk pedig élesen csökken a széleken.

Az anomális hullámok természetét azonban még nem sikerült teljesen tisztázni.

2. Mechanikai hullám.

3. Mechanikai hullámok forrása.

4. Hullámok pontforrása.

5. Keresztirányú hullám.

6. Hosszanti hullám.

7. Hullámfront.

9. Periodikus hullámok.

10. Harmonikus hullám.

11. Hullámhossz.

12. Terjedési sebesség.

13. A hullámsebesség függése a közeg tulajdonságaitól.

14. Huygens-elv.

15. Hullámok visszaverődése és fénytörése.

16. A hullámvisszaverődés törvénye.

17. A hullámtörés törvénye.

18. Síkhullám egyenlet.

19. Hullámenergia és intenzitás.

20. A szuperpozíció elve.

21. Koherens rezgések.

22. Koherens hullámok.

23. Hullámok interferenciája. a) interferencia maximum feltétele, b) interferencia minimum feltétele.

24. Az interferencia és az energiamegmaradás törvénye.

25. Hullámdiffrakció.

26. Huygens–Fresnel elv.

27. Polarizált hullám.

29. Hangerő.

30. Hangmagasság.

31. Hangszín.

32. Ultrahang.

33. Infrahang.

34. Doppler-effektus.

1.hullám - Ez a térben bármilyen fizikai méretű rezgések terjedésének folyamata. Például a hanghullámok gázokban vagy folyadékokban a nyomás- és sűrűségingadozások terjedését jelzik ezekben a közegekben. Az elektromágneses hullám az a folyamat, amely a térben lévő elektromos mágneses mezők erősségében bekövetkező rezgések terjedését jelenti.

Az energia és az impulzus az anyag átadásával vihető át a térben. Minden mozgó testnek kinetikus energiája van. Ezért a mozgási energiát anyagszállítással ad át. Ugyanaz a test melegítve, a térben mozogva hőenergiát ad át, anyagot ad át.

A rugalmas közeg részecskéi összekapcsolódnak. Zavarok, pl. az egyik részecske egyensúlyi helyzetétől való eltérések átkerülnek a szomszédos részecskékre, pl. Az energia és az impulzus az egyik részecskéről a szomszédos részecskékre kerül át, miközben mindegyik részecske egyensúlyi helyzete közelében marad. Így az energia és az impulzus egy lánc mentén az egyik részecskéből a másikba kerül, és nem történik anyagátvitel.

Tehát a hullámfolyamat az energia és a lendület átvitelének folyamata a térben anyagátvitel nélkül.

2. Mechanikus hullám vagy rugalmas hullám– rugalmas közegben terjedő zavar (oszcilláció). A rugalmas közeg, amelyben a mechanikai hullámok terjednek, a levegő, víz, fa, fémek és más rugalmas anyagok. Az elasztikus hullámokat hanghullámoknak nevezzük.

3. Mechanikai hullámok forrása- olyan test, amely oszcilláló mozgást végez rugalmas közegben, például vibráló hangvillák, húrok, hangszálak.

4. Ponthullám forrás - olyan hullámforrás, amelynek mérete elhanyagolható ahhoz a távolsághoz képest, amelyen a hullám halad.

5. Keresztirányú hullám - hullám, amelyben a közeg részecskéi a hullám terjedési irányára merőleges irányban oszcillálnak. Például a víz felszínén lévő hullámok keresztirányú hullámok, mert a vízrészecskék rezgései a vízfelszín irányára merőleges irányban lépnek fel, és a hullám a víz felszínén terjed. A keresztirányú hullám egy zsinór mentén terjed, amelynek egyik vége rögzített, a másik a függőleges síkban oszcillál.

A keresztirányú hullám csak a különböző közegek közötti határfelületen terjedhet.

6. hosszanti hullám - hullám, amelyben a hullám terjedésének irányában rezgések lépnek fel. Hosszú spirális rugóban longitudinális hullám lép fel, ha az egyik végét a rugó mentén periodikusan zavarják. A rugó mentén futó rugalmas hullám az összenyomódás és a megnyúlás terjedő sorozatát reprezentálja (88. ábra)

A hosszanti hullám csak rugalmas közegben terjedhet, például levegőben, vízben. Szilárd és folyadékokban a keresztirányú és a hosszanti hullámok egyidejűleg terjedhetnek, mert a szilárd és a folyadékot mindig határolja egy felület – a két közeg közötti határfelület. Például, ha egy acélrudat a végén egy kalapáccsal megütnek, akkor rugalmas deformáció kezd el terjedni benne. A rúd felületén egy keresztirányú hullám fut végig, és egy longitudinális hullám (a közeg összenyomódása és ritkulása) terjed benne (89. ábra).

7. Hullámfront (hullámfelület)– az azonos fázisokban oszcilláló pontok geometriai helye. A hullámfelületen az oszcilláló pontok fázisai a vizsgált időpillanatban azonos értékűek. Ha egy követ dob ​​egy nyugodt tóba, akkor kör alakú keresztirányú hullámok kezdenek terjedni a tó felszínén onnan, ahol leesett, és a középpont a kő leesésének helyén van. Ebben a példában a hullámfront egy kör.

Egy gömbhullámban a hullámfront egy gömb. Az ilyen hullámokat pontforrások generálják.

A forrástól igen nagy távolságra a front görbülete elhanyagolható, és a hullámfront laposnak tekinthető. Ebben az esetben a hullámot síknak nevezzük.

8. Gerenda – egyenes a hullámfelületre merőleges vonal. A gömbhullámban a sugarak a gömbök sugarai mentén irányulnak a középpontból, ahol a hullámok forrása található (90. ábra).

Síkhullámban a sugarak az elülső felületre merőlegesen irányulnak (91. ábra).

9. Periodikus hullámok. Ha hullámokról beszélünk, akkor egyetlen térben terjedő zavarra gondoltunk.

Ha a hullámok forrása folyamatos oszcillációt végez, akkor egymás után haladó rugalmas hullámok jelennek meg a közegben. Az ilyen hullámokat periodikusnak nevezzük.

10. Harmonikus hullám– harmonikus rezgések által keltett hullám. Ha egy hullámforrás harmonikus rezgéseket hajt végre, akkor harmonikus hullámokat generál - hullámokat, amelyekben a részecskék egy harmonikus törvény szerint rezegnek.

11. Hullámhossz. Hagyja, hogy egy harmonikus hullám terjedjen az OX tengely mentén, és benne az OY tengely irányában oszcillálódjanak. Ez a hullám keresztirányú, és szinuszhullámként ábrázolható (92. ábra).

Ilyen hullámot úgy lehet elérni, hogy a zsinór szabad végének függőleges síkjában rezgéseket okozunk.

A hullámhossz két legközelebbi pont közötti távolság A és B, azonos fázisokban rezgő (92. ábra).

12. Hullámterjedési sebesség– olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a rezgések térbeli terjedési sebességével. ábrából 92 ebből az következik, hogy az az idő, amely alatt az oszcilláció pontról pontra terjed A lényegre törő BAN BEN, azaz távolságban a hullámhossz megegyezik az oszcillációs periódussal. Ezért a hullámterjedés sebessége egyenlő

13. A hullámterjedés sebességének függése a közeg tulajdonságaitól. Az oszcillációs frekvencia hullám fellépésekor csak a hullámforrás tulajdonságaitól függ, és nem függ a közeg tulajdonságaitól. A hullámterjedés sebessége a közeg tulajdonságaitól függ. Ezért a hullámhossz megváltozik, amikor átlépi a határfelületet két különböző közeg között. A hullám sebessége a közeg atomjai és molekulái közötti kapcsolattól függ. Az atomok és molekulák közötti kötés folyadékokban és szilárd anyagokban sokkal szorosabb, mint a gázokban. Ezért a hanghullámok sebessége folyadékokban és szilárd anyagokban sokkal nagyobb, mint a gázokban. Levegőben a hangsebesség normál körülmények között 340, vízben 1500, acélban 6000.

A gázokban a molekulák átlagos hőmozgási sebessége a hőmérséklet csökkenésével csökken, és ennek következtében csökken a hullámok terjedési sebessége a gázokban. Sűrűbb, tehát inertebb közegben a hullámsebesség kisebb. Ha a hang a levegőben terjed, sebessége a levegő sűrűségétől függ. Ahol nagyobb a levegő sűrűsége, ott kisebb a hangsebesség. És fordítva, ahol kisebb a levegő sűrűsége, ott nagyobb a hangsebesség. Ennek eredményeként a hang terjedésekor a hullámfront torzul. Mocsár felett vagy tó felett, különösen az esti órákban, a felszín közelében a vízgőz hatására nagyobb a levegő sűrűsége, mint egy bizonyos magasságban. Ezért a hangsebesség a víz felszíne közelében kisebb, mint egy bizonyos magasságban. Ennek hatására a hullámfront úgy elfordul, hogy a front felső része egyre jobban a tó felszíne felé hajlik. Kiderül, hogy a tó felszínén haladó hullám és a tó felszínével szöget bezáró hullám energiája összeadódik. Ezért este a hang jól átterjed a tavon. Még egy csendes beszélgetés is hallható a szemközti parton állva.

14. Huygens elve– a felszín minden pontja, amelyet a hullám egy adott pillanatban elért, másodlagos hullámok forrása. Ha az összes másodlagos hullám frontjára felületi érintőt rajzolunk, megkapjuk a hullámfrontot a következő időpillanatban.

Vegyünk például egy hullámot, amely egy pontból a víz felszínén terjed RÓL RŐL(93. ábra) Legyen az idő pillanatában t az előlap sugarú kör alakú volt R egy pontban középre állítva RÓL RŐL. A következő időpillanatban minden másodlagos hullámnak lesz egy sugarú kör alakú frontja, ahol V– hullámterjedés sebessége. A másodlagos hullámok frontjaira felületi érintőt rajzolva megkapjuk a hullámfrontot az időpillanatban (93. ábra)

Ha egy hullám folytonos közegben terjed, akkor a hullámfront egy gömb.

15. Hullámok visszaverődése és fénytörése. Amikor egy hullám két különböző közeg határfelületére esik, ennek a felületnek minden pontja a Huygens-elv szerint a felület mindkét oldalán terjedő másodlagos hullámok forrásává válik. Ezért a két közeg közötti határfelület áthaladásakor a hullám részben visszaverődik, és részben áthalad ezen a felületen. Mert Mivel a médiák különbözőek, a hullámok sebessége is eltérő bennük. Ezért két közeg határfelületének áthaladásakor a hullám terjedési iránya megváltozik, azaz. hullámtörés lép fel. Vizsgáljuk meg Huygens elve alapján a reflexió és fénytörés folyamatát és törvényeit.

16. A hullámvisszaverődés törvénye. Legyen síkhullám két különböző közeg közötti sík felületre. Válasszuk ki a két sugár közötti területet és (94. ábra)

Beesési szög - a beeső sugár és a határfelületre merőleges szög a beesési pontban.

A visszaverődési szög a visszavert sugár és a határfelületre merőleges szög a beesési pontban.

Abban a pillanatban, amikor a nyaláb eléri a határfelületet a pontban, ez a pont másodlagos hullámok forrásává válik. A hullámfrontot ebben a pillanatban egy egyenes szakasz jelöli AC(94. ábra). Következésképpen ebben a pillanatban a nyalábnak még meg kell haladnia a felülethez vezető utat NE. Hagyja, hogy a sugár járja ezt az utat az időben. A beeső és a visszavert sugarak a határfelület egyik oldalán terjednek, így sebességük azonos és egyenlő V. Akkor .

Az idő alatt a másodlagos hullám a ponttól A megy az út. Ennélfogva . A derékszögű háromszögek egyenlőek, mert... - közös hypotenusa és lábak. A háromszögek egyenlőségéből következik a szögek egyenlősége. Hanem azt is, i.e. .

Most pedig fogalmazzuk meg a hullámvisszaverődés törvényét: beeső sugár, visszavert sugár , a két közeg határfelületére merőlegesen, a beesési ponton helyreállítottak, ugyanabban a síkban fekszenek; a beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.

17. A hullámtörés törvénye. Hagyja, hogy egy síkhullám áthaladjon két közeg közötti sík felületen. Ráadásul a beesési szög nullától eltérő (95. ábra).

A törésszög a megtört sugár és a határfelületre merőleges közötti szög, amelyet a beesési pontban állítanak vissza.

Jelöljük a hullámok terjedési sebességét is az 1. és 2. közegben. Abban a pillanatban, amikor a sugár eléri a határfelületet a ponton A, ez a pont a második közegben - egy sugárban - terjedő hullámok forrásává válik, és a sugárnak még meg kell utaznia a felület felszínére. Legyen az az idő, amely alatt a sugár utazik ÉK, Akkor . Ugyanezen idő alatt a második közegben a sugár az utat járja be. Mert , majd és .

Azok a háromszögek és téglalapok, amelyeknek közös befogópontja, és =, olyanok, mint egy egymásra merőleges oldalú szögek. Szögekre és a következő egyenlőségeket írjuk

Figyelembe véve, hogy , kapunk

Most fogalmazzuk meg a hullámtörés törvényét: A beeső sugár, a megtört sugár és a két közeg határfelületére merőleges, a beesési pontban helyreállított sugár ugyanabban a síkban fekszik; a beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya két adott közeg esetén állandó érték, és két adott közeg esetén relatív törésmutatónak nevezzük.

18. Síkhullám egyenlet. A közeg távoli részecskéi S A hullámok forrásától csak akkor kezdenek oszcillálni, amikor a hullám eléri azt. Ha V a hullám terjedési sebessége, akkor az oszcillációk késleltetéssel kezdődnek

Ha a hullámok forrása harmonikus törvény szerint oszcillál, akkor egy távoli részecskére S a forrásból a lengéstörvényt a formába írjuk

Vezessünk be egy hullámszámnak nevezett mennyiséget. Megmutatja, hogy hány hullámhossz illeszkedik hosszúságegységekkel egyenlő távolságra. Most a távolságban elhelyezkedő közeg részecskéjének rezgésének törvénye S a forrásból a formába fogjuk írni

Ez az egyenlet egy rezgőpont elmozdulását határozza meg az idő és a hullámforrástól való távolság függvényében, és síkhullám-egyenletnek nevezik.

19. Hullámenergia és intenzitás. Minden részecske, amelyet a hullám elér, rezeg, és ezért energiával rendelkezik. Hagyja, hogy egy amplitúdójú hullám terjedjen egy bizonyos térfogatú rugalmas közegben Aés ciklikus frekvencia. Ez azt jelenti, hogy az átlagos rezgési energia ebben a térfogatban egyenlő

Ahol m – a közeg kiosztott térfogatának tömege.

Az átlagos energiasűrűség (átlagos térfogat) a közeg egységnyi térfogatára eső hullámenergia

Hol van a közeg sűrűsége.

Hullám intenzitása- fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő azzal az energiával, amelyet a hullám egységnyi idő alatt átad a hullám terjedési irányára merőleges sík egységnyi területén (a hullámfront egységnyi területén), pl.

Az átlagos hullámteljesítmény az az átlagos teljes energia, amelyet a hullám egységnyi idő alatt átad egy területű felületen S. Az átlagos hullámteljesítményt úgy kapjuk meg, hogy a hullám intenzitását megszorozzuk a területtel S

20.A szuperpozíció (overlay) elve. Ha két vagy több forrásból származó hullámok terjednek egy rugalmas közegben, akkor a megfigyelések szerint a hullámok áthaladnak egymáson anélkül, hogy egymásra hatnának. Más szóval, a hullámok nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Ez azzal magyarázható, hogy a rugalmas alakváltozás határain belül az egyik irányú összenyomás és feszítés semmilyen módon nem befolyásolja a más irányú rugalmas tulajdonságokat.

Így a közeg minden pontja, ahová két vagy több hullám érkezik, részt vesz az egyes hullámok által okozott rezgésekben. Ebben az esetben a közeg egy részecskéjének eredő elmozdulása bármikor megegyezik az egyes eredő oszcillációs folyamatok által okozott elmozdulások geometriai összegével. Ez a rezgés szuperpozíció vagy szuperpozíció elvének lényege.

A rezgések összeadásának eredménye a kialakuló rezgési folyamatok amplitúdójától, frekvenciájától és fáziskülönbségétől függ.

21. Koherens oszcillációk – az időben azonos frekvenciájú és állandó fáziskülönbségű rezgések.

22.Koherens hullámok– azonos frekvenciájú vagy azonos hullámhosszúságú hullámok, amelyek fáziskülönbsége a tér adott pontjában időben állandó marad.

23.Hullám interferencia– a keletkező hullám amplitúdójának növekedésének vagy csökkenésének jelensége két vagy több koherens hullám egymásra helyezésekor.

A) . Az interferencia maximális feltételei. Hagyja, hogy két koherens forrásból származó hullámok találkozzanak egy pontban A(96. ábra).

Közegszemcsék elmozdulásai egy pontban A, amelyet az egyes hullámok külön-külön okoznak, az alakban szereplő hullámegyenlet szerint írjuk fel

Hol és , , a hullámok által kiváltott rezgések amplitúdói és fázisai egy pontban A, és a pont távolságai, ezek a távolságok vagy a hullámpályák különbsége.

A hullámok lefutásának különbsége miatt a második hullám késik az elsőhöz képest. Ez azt jelenti, hogy az első hullámban az oszcillációk fázisa megelőzi a második hullám rezgési fázisát, azaz. . Fáziskülönbségük időben állandó marad.

Hogy a lényegre térjünk A a részecskék maximális amplitúdóval oszcillálnak, mindkét hullám csúcsának vagy mélyedéseinek el kell érnie a pontot A egyidejűleg azonos fázisokban, vagy egyenlő fáziskülönbséggel, ahol n – egy egész szám, és - a szinusz és koszinusz függvény periódusa,

Itt tehát az interferenciamaximum feltételét írjuk az alakba

Hol van egy egész szám.

Tehát koherens hullámok szuperponálása esetén az eredő rezgés amplitúdója akkor a legnagyobb, ha a hullámutak különbsége egy egész számú hullámhosszal egyenlő.

b) Az interferencia minimális feltétele. Az eredő rezgés amplitúdója egy pontban A minimális, ha két koherens hullám csúcsa és mélysége egyidejűleg érkezik erre a pontra. Ez azt jelenti, hogy erre a pontra száz hullám érkezik az ellenfázisban, azaz. fáziskülönbségük egyenlő vagy , ahol egy egész szám.

Az interferencia minimumfeltételét algebrai transzformációk végrehajtásával kapjuk meg:

Így a rezgések amplitúdója két koherens hullám egymásra helyezésekor minimális, ha a hullámpályák különbsége páratlan számú félhullámmal egyenlő.

24. Az interferencia és az energiamegmaradás törvénye. Ha a hullámok interferálnak az interferenciaminimumok helyén, a keletkező rezgések energiája kisebb, mint a zavaró hullámok energiája. De az interferenciamaximum helyein a keletkező rezgések energiája annyival haladja meg a zavaró hullámok energiáinak összegét, amennyivel az interferenciaminimumok helyein az energia csökkent.

Ha a hullámok interferálnak, az oszcillációs energia újraeloszlik a térben, de szigorúan betartják a megmaradási törvényt.

25.Hullámdiffrakció– az akadály körül meghajló hullám jelensége, i.e. eltérés az egyenes vonalú hullámterjedéstől.

A diffrakció különösen akkor észrevehető, ha az akadály mérete kisebb, mint a hullámhossz, vagy összehasonlítható vele. Legyen egy síkhullám terjedési útján egy lyukkal ellátott képernyő, amelynek átmérője összemérhető a hullámhosszal (97. ábra).

Huygens elve szerint a lyuk minden pontja ugyanazon hullámok forrásává válik. A lyuk mérete olyan kicsi, hogy a másodlagos hullámok összes forrása olyan közel helyezkedik el egymáshoz, hogy mindegyik egy pontnak tekinthető - a másodlagos hullámok egyik forrásának.

Ha a hullám útjába olyan akadályt helyezünk, amelynek mérete összemérhető a hullámhosszal, akkor az élek a Huygens-elv szerint másodlagos hullámok forrásává válnak. De az akadály mérete olyan kicsi, hogy szélei egybeesőnek tekinthetők, i.e. maga az akadály a másodlagos hullámok pontforrása (97. ábra).

A diffrakció jelensége könnyen megfigyelhető, amikor hullámok terjednek a víz felszínén. Amikor a hullám elér egy vékony, mozdulatlan rudat, ez lesz a hullámok forrása (99. ábra).

25. Huygens-Fresnel elv. Ha a lyuk méretei jelentősen meghaladják a hullámhosszt, akkor a lyukon áthaladó hullám egyenes vonalúan terjed (100. ábra).

Ha az akadály mérete jelentősen meghaladja a hullámhosszt, akkor az akadály mögött árnyékzóna alakul ki (101. ábra). Ezek a kísérletek ellentmondanak Huygens elvének. Fresnel francia fizikus kiegészítette Huygens elvét a másodlagos hullámok koherenciájának gondolatával. Minden pont, ahová egy hullám érkezik, ugyanazon hullámok forrásává válik, azaz. másodlagos koherens hullámok. Ezért a hullámok csak azokon a helyeken hiányoznak, ahol a másodlagos hullámok interferencia minimumának feltételei teljesülnek.

26. Polarizált hullám– keresztirányú hullám, amelyben minden részecske ugyanabban a síkban rezeg. Ha a zsinór szabad vége egy síkban oszcillál, akkor a zsinór mentén síkpolarizált hullám terjed. Ha a zsinór szabad vége különböző irányban oszcillál, akkor a zsinór mentén terjedő hullám nem polarizált. Ha egy keskeny rés formájában akadályt helyezünk egy polarizálatlan hullám útjába, akkor a résen való áthaladás után a hullám polarizálódik, mert a nyílás lehetővé teszi, hogy a vezeték rezgései áthaladjanak rajta.

Ha egy polarizált hullám útjába az elsővel párhuzamosan egy második rést helyezünk, akkor a hullám szabadon áthalad rajta (102. ábra).

Ha a második rést az elsőre merőlegesen helyezzük el, akkor az ökör terjedése megáll. Az egy adott síkban fellépő rezgéseket kiválasztó eszközt polarizátornak (első rés) nevezzük. A polarizációs síkot meghatározó eszközt analizátornak nevezzük.

27.Hang - Ez a kompresszió és a ritkítás terjedésének folyamata rugalmas közegben, például gázban, folyadékban vagy fémekben. A kompresszió és a ritkítás terjedése a molekulák ütközésének eredményeként következik be.

28. Hangerő Ez az emberi fül dobhártyájára ható hanghullám ereje, amelyet a hangnyomás okoz.

Hangnyomás - Ez az a többletnyomás, amely a hanghullám terjedésekor gázban vagy folyadékban lép fel. A hangnyomás a hangforrás rezgésének amplitúdójától függ. Ha egy enyhe ütéssel hangvilla hangot adunk ki, akkor ugyanazt a hangerőt kapjuk. De ha a hangvillát erősebben ütik, akkor rezgéseinek amplitúdója megnő, és hangosabb lesz. Így a hang hangerejét a hangforrás rezgésének amplitúdója határozza meg, pl. hangnyomás-ingadozások amplitúdója.

29. Hangmagasság az oszcillációk gyakorisága határozza meg. Minél magasabb a hang frekvenciája, annál magasabb a hangszín.

A harmonikus törvény szerint fellépő hangrezgéseket zenei hangként érzékeljük. Általában a hang összetett hang, amely hasonló frekvenciájú rezgések gyűjteménye.

Egy összetett hang alaphangja az adott hang frekvenciájában a legalacsonyabb frekvenciának megfelelő hang. Az összetett hang többi frekvenciájának megfelelő hangokat felhangoknak nevezzük.

30. Hangszín. Az azonos alaptónusú hangok hangszínükben különböznek, amelyet felhangok halmaza határoz meg.

Minden embernek megvan a maga egyedi hangszíne. Ezért mindig meg tudjuk különböztetni egy személy hangját egy másik személy hangjától, még akkor is, ha az alaphangja megegyezik.

31.Ultrahang. Az emberi fül olyan hangokat érzékel, amelyek frekvenciája 20 Hz és 20 000 Hz között van.

A 20 000 Hz feletti frekvenciájú hangokat ultrahangnak nevezzük. Az ultrahangok keskeny nyalábok formájában terjednek, és szonár- és hibafelismerésre használják. Az ultrahang segítségével meghatározható a tengerfenék mélysége és a különböző részeken lévő hibák kimutathatók.

Például, ha a sínen nincsenek repedések, akkor a sín egyik végéből kibocsátott ultrahang, amely a másik végéről visszaverődik, csak egy visszhangot ad. Ha repedések vannak, akkor az ultrahang visszaverődik a repedésekről, és a műszerek több visszhangot rögzítenek. Az ultrahangot tengeralattjárók és halrajok észlelésére használják. A denevér ultrahang segítségével navigál az űrben.

32. Infrahang– 20 Hz alatti frekvenciájú hang. Ezeket a hangokat egyes állatok érzékelik. Forrásuk gyakran a földkéreg rezgései a földrengések során.

33. Doppler effektus az észlelt hullám frekvenciájának függése a hullámok forrásának vagy vevőjének mozgásától.

Hagyja, hogy egy csónak pihenjen a tó felszínén, és a hullámok meghatározott gyakorisággal verjék az oldalát. Ha a csónak a hullámterjedés irányával ellentétes irányba indul el, akkor a csónak oldalát érő hullámok gyakorisága megnő. Sőt, minél nagyobb a csónak sebessége, annál nagyobb az oldalt érő hullámok gyakorisága. Ezzel szemben, amikor a hajó a hullámterjedés irányába mozog, a becsapódások gyakorisága csökken. Ezek az okfejtések könnyen megérthetők az ábra alapján. 103.

Minél nagyobb a szembejövő forgalom sebessége, annál kevesebb idő telik a két legközelebbi hegygerinc közötti távolság megtételére, pl. minél rövidebb a hullám periódusa és annál nagyobb a hullám frekvenciája a csónakhoz képest.

Ha a megfigyelő áll, de a hullámok forrása mozog, akkor a megfigyelő által észlelt hullám frekvenciája a forrás mozgásától függ.

Hadd sétáljon át egy gém egy sekély tavon a megfigyelő felé. Valahányszor beteszi a lábát a vízbe, a hullámok körkörösen szétterülnek erről a helyről. És minden alkalommal, amikor az első és az utolsó hullám közötti távolság csökken, azaz. Kisebb távolságra nagyobb számú gerincet és mélyedést fektetnek le. Ezért egy álló megfigyelőnél abban az irányban, amely felé a gém sétál, a frekvencia nő. És fordítva, egy stacionárius megfigyelő számára, amely nagyobb távolságra, átmérővel ellentétes ponton helyezkedik el, ugyanannyi hegycsúcs és mélyedés van. Ezért ennél a megfigyelőnél a frekvencia csökken (104. ábra).