Virszemes viļņi. Virszemes akustiskie viļņi

Viļņi diskrētā ķēdē. Viļņu polarizācija. Bīdes viļņu ātrums. Tekošā ūdens kinētiskās enerģijas blīvums.

Viļņi.

Ilgu laiku viļņa vizuālais tēls vienmēr ir bijis saistīts ar viļņiem uz ūdens virsmas. Taču ūdens viļņi ir daudz sarežģītāka parādība nekā daudzi citi viļņu procesi, piemēram, skaņas izplatīšanās viendabīgā izotropā vidē. Tāpēc ir dabiski sākt viļņu kustības izpēti nevis ar viļņiem uz ūdens, bet ar vienkāršākiem gadījumiem.

Viļņi diskrētā ķēdē.

Vienkāršākais veids ir iedomāties vilni, kas izplatās pa nebeidzamu savienotu svārstu ķēdi (192. att.). Mēs sākam ar bezgalīgu ķēdi, lai mēs varētu apsvērt vilni, kas izplatās vienā virzienā, nevis domāt par tā iespējamo atspīdumu no ķēdes gala.

Rīsi. 192. Vilnis savienotu svārstu ķēdē Ja svārsts, kas atrodas ķēdes sākumā, tiek ievests harmoniskā svārstību kustībā ar noteiktu frekvenci co un amplitūdu A, tad svārstību kustība izplatīsies pa ķēdi. Šo vibrāciju izplatīšanos no vienas vietas uz otru sauc par viļņu procesu vai vilni. Ja nav amortizācijas, jebkurš cits ķēdes svārsts atkārtos pirmā svārsta piespiedu svārstības ar zināmu fāzes nobīdi. Šī kavēšanās ir saistīta ar faktu, ka svārstību izplatīšanās pa ķēdi notiek ar noteiktu ierobežotu ātrumu. Vibrāciju izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no svārstus savienojošās atsperes stingrības un no tā, cik stiprs ir svārstu savienojums. Ja pirmais svārsts ķēdē kustas pēc noteikta likuma, tā nobīde no līdzsvara stāvokļa ir noteikta laika funkcija, tad svārsta pārvietojums, kas atrodas attālumā no ķēdes sākuma par attālumu, jebkurā laika brīdī būs tieši tāds pats kā pirmā svārsta pārvietojums agrākā laika momentā tiks aprakstīts ar funkciju. Ļaujiet pirmajam svārstam iziet harmoniskas svārstības un tā nobīdi no līdzsvara stāvokļa nosaka izteiksme. Katrs no ķēdes svārstiem ir raksturīgs ar attālumu, kādā tas atrodas no ķēdes sākuma. Tāpēc tā nobīde no līdzsvara stāvokļa viļņa pārejas laikā tiek dabiski apzīmēta ar. Tad, saskaņā ar iepriekš teikto, vienādojumā aprakstītais vilnis tiek saukts par monohromatisku. Monohromatiskajam viļņam raksturīga iezīme ir tā, ka katrs no svārstiem veic noteiktas frekvences sinusoidālu svārstību. Viļņa izplatīšanos pa svārstu ķēdi pavada enerģijas un impulsa pārnešana. Bet šajā gadījumā masas pārnese nenotiek: katrs svārsts, kas svārstās ap līdzsvara stāvokli, vidēji paliek savā vietā.

Viļņu polarizācija. Atkarībā no virziena, kādā svārsti svārstās, tie runā par dažādas polarizācijas viļņiem. Ja svārsti svārstās pa viļņu izplatīšanās virzienu, kā parādīts att. 192, tad vilni sauc par garenvirziena, ja tam šķērsām sauc par šķērsvirzienu. Parasti dažādas polarizācijas viļņi pārvietojas ar dažādu ātrumu. Aplūkotā savienoto svārstu ķēde ir piemērs mehāniskai sistēmai ar apvienotiem parametriem.

Vēl viens piemērs sistēmai ar viengabalainiem parametriem, kurā var izplatīties viļņi, ir lodīšu ķēde, kas savienota ar vieglām atsperēm (193. att.). Šādā sistēmā inertās īpašības koncentrējas lodītēs, bet elastīgās - atsperēs. Kad vilnis izplatās, vibrācijas kinētiskā enerģija tiek lokalizēta uz lodītēm, un potenciālā enerģija ir lokalizēta uz atsperēm. Ir viegli iedomāties, ka šādu ar atsperēm savienotu lodīšu ķēdi var uzskatīt par viendimensijas sistēmas modeli ar sadalītiem parametriem, piemēram, elastīgu virkni. Virknē katram garuma elementam ir gan masas, inertas īpašības, gan stingrības, elastības īpašības. Viļņi izstieptā virknē. Apskatīsim šķērsvirziena monohromatisko vilni, kas izplatās bezgalīgā izstieptā virknē. Auklas iepriekšēja nospriegošana ir nepieciešama, jo nenospriegota elastīga aukla atšķirībā no cieta stieņa ir elastīga tikai attiecībā uz stiepes deformāciju, bet ne saspiešanu. Monohromatisku vilni virknē apraksta ar tādu pašu izteiksmi kā vilni svārstu ķēdē. Taču tagad atsevišķa svārsta lomu pilda katrs stīgas elements, tāpēc svārsta līdzsvara stāvokli raksturojošais vienādojumā mainīgais iegūst nepārtrauktas vērtības. Jebkura virknes elementa nobīde no tā līdzsvara stāvokļa viļņa pārejas laikā ir divu laika mainīgo un šī elementa līdzsvara stāvokļa funkcija. Ja formulā fiksējam konkrētu virknes elementu, tad funkcija, kad tā ir fiksēta, dod izvēlētā virknes elementa nobīdi atkarībā no laika. Šī sajaukšana ir harmoniskas svārstības ar frekvenci un amplitūdu. Šī virknes elementa vibrācijas sākuma fāze ir atkarīga no tā līdzsvara stāvokļa. Visi stīgas elementi, izlaižot monohromatisku vilni, veic harmoniskas vibrācijas ar vienādu frekvenci un amplitūdu, bet atšķiras pēc fāzes.

Viļņa garums.

Ja mēs to fiksējam formulā un aplūkojam visu virkni vienā un tajā pašā laika momentā, tad funkcija, kad tā ir fiksēta, sniedz acumirklīgu priekšstatu par visu virknes elementu nobīdēm, piemēram, tūlītēju viļņa fotoattēlu. Šajā “fotogrāfijā” redzēsim sasalušu sinusoīdu (194. att.). Šī sinusoidālā viļņa periodu, attālumu starp blakus esošajiem pauguriem vai ieplakām, sauc par viļņa garumu. No formulas var secināt, ka viļņa garums ir saistīts ar viļņa frekvenci un ātrumu un svārstību perioda attiecību. Viļņu izplatīšanās attēlu var iedomāties, ja šis "iesaldētais" sinusoīds tiek pārvietots pa asi ar ātrumu.

Rīsi. 194. Dažādu virknes punktu nobīde vienā laika momentā. Rīsi. 195. Stīgu punktu nobīdes bildes laika momentā. Attēlā ir parādīti divi secīgi viļņa “momentuzņēmumi” laika momentā. 195. Redzams, ka viļņa garums ir vienāds ar attālumu, ko svārstību periodā nobrauc jebkurš paugurs saskaņā ar formulu.

Bīdes viļņu ātrums.

Noteiksim monohromatiska šķērsviļņa izplatīšanās ātrumu virknē. Mēs pieņemsim, ka amplitūda ir maza salīdzinājumā ar viļņa garumu. Ļaujiet vilnim skriet pa labi ar ātrumu u. Pārejam uz jaunu atskaites sistēmu, virzoties pa virkni ar ātrumu, kas vienāds ar viļņa ātrumu u. Šis atskaites rāmis ir arī inerciāls, un tāpēc tajā ir spēkā Ņūtona likumi. No šī atskaites rāmja vilnis šķiet sastingts sinusoidāls vilnis, un virknes matērija slīd pa šo sinusoidālo vilni pa kreisi: jebkurš iepriekš iekrāsots stīgas elements, šķiet, bēg gar sinusoidālo vilni. pa kreisi ar ātrumu.

Rīsi. 196. Aprēķināt viļņu izplatīšanās ātrumu virknē. Apskatīsim šajā atskaites rāmī virknes elementu, kura garums ir daudz mazāks par viļņa garumu brīdī, kad tas atrodas sinusoīda virsotnē (196. att.). Šim elementam piemērosim otro Ņūtona likumu. Spēki, kas iedarbojas uz elementu no blakus esošajām virknes sekcijām, ir parādīti izceltajā aplī attēlā. 196. Tā kā aplūkots šķērsvilnis, kurā stīgu elementu nobīdes ir perpendikulāras viļņa izplatīšanās virzienam, tad spriegojuma spēka horizontālā komponente. Spiediens ir nemainīgs visā virknē. Kopš apskatāmā posma garuma spriegojuma spēku virzieni, kas iedarbojas uz izvēlēto elementu, ir gandrīz horizontāli, un to moduli var uzskatīt par vienādu. Šo spēku rezultāts ir vērsts uz leju un vienāds. Aplūkojamā elementa ātrums ir vienāds ar un ir vērsts pa kreisi, un nelielu tā sinusoidālās trajektorijas posmu pie paugura var uzskatīt par rādiusa apļa loku. Tāpēc šī virknes elementa paātrinājums ir uz leju un vienāds. Stīgu elementa masu var attēlot kā stīgas materiāla blīvumu un šķērsgriezuma laukumu, ko viļņu izplatīšanās laikā notiekošo deformāciju mazuma dēļ var uzskatīt par tādu pašu kā viļņa neesamības gadījumā. Pamatojoties uz Ņūtona otro likumu. Tas ir mazas amplitūdas šķērsvirziena monohromatiska viļņa vēlamais izplatīšanās ātrums izstieptā virknē. Redzams, ka tas ir atkarīgs tikai no stieptās virknes mehāniskā sprieguma un tās blīvuma un nav atkarīgs no amplitūdas un viļņa garuma. Tas nozīmē, ka jebkura garuma šķērsviļņi izstieptā virknē izplatās ar tādu pašu ātrumu. Ja, piemēram, virknē vienlaikus izplatās divi monohromatiski viļņi ar identiskām amplitūdām un līdzīgām frekvencēm, tad šo monohromatisko viļņu un iegūtā viļņa “tūlītējām fotogrāfijām” būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 197.

Ja viena viļņa kupris sakrīt ar cita viļņa kupri, iegūtā viļņa sajaukšanās ir maksimāla. Tā kā sinusoīdi, kas atbilst atsevišķiem viļņiem, iet pa z asi ar tādu pašu ātrumu un iegūtā līkne iet ar tādu pašu ātrumu, nemainot savu formu. Izrādās, ka tas attiecas uz jebkuras formas viļņu traucējumiem: jebkura veida šķērsviļņi izplatās izstieptā virknē, nemainot savu formu. Par viļņu izkliedi. Ja monohromatisko viļņu izplatīšanās ātrums nav atkarīgs no viļņa garuma vai frekvences, tad viņi saka, ka nav dispersijas. Jebkura viļņa formas saglabāšana tā izplatīšanās laikā ir dispersijas trūkuma sekas. Neviena veida viļņiem, kas izplatās nepārtrauktā elastīgā vidē, nav dispersijas. Šis apstāklis ļauj ļoti viegli noteikt garenviļņu ātrumu.

Garenisko viļņu ātrums.

Apskatīsim, piemēram, garu elastīgu laukuma stieni, kurā izplatās gareniskais traucējums ar stāvu priekšējo malu. Lai kādā brīdī šī fronte, kustoties ar ātrumu, sasniedz punktu ar koordinātu pa labi no priekšpuses, visi stieņa punkti joprojām ir miera stāvoklī. Pēc kāda laika priekšpuse par kādu attālumu virzīsies pa labi (198. att.). Šajā slānī visas daļiņas pārvietojas ar tādu pašu ātrumu. Pēc šī laika perioda stieņa daļiņas, kas tobrīd atradās viļņu frontē, virzīsies gar stieni kādu attālumu. Pielietosim impulsa saglabāšanas likumu viļņu procesā iesaistītā stieņa masai laika gaitā. Izteiksim spēku, kas iedarbojas uz masu caur stieņa elementa deformāciju, izmantojot Huka likumu. Izvēlētā stieņa elementa garums ir vienāds, un tā garuma izmaiņas spēka iedarbībā ir vienādas. Tāpēc ar palīdzību mēs atrodam Aizvietojot šo vērtību, iegūstam Garenisko skaņas viļņu ātrums elastīgā stieņā ir atkarīgs tikai no Janga moduļa un blīvuma. Ir viegli redzēt, ka lielākajā daļā metālu šis ātrums ir aptuveni. Garenviļņu ātrums elastīgā vidē vienmēr ir lielāks par šķērsviļņu ātrumu. Salīdzināsim, piemēram, garenvirziena un šķērsviļņu ātrumus u(izstieptā lokanā virknē. Tā kā pie mazām deformācijām elastības konstantes nav atkarīgas no pieliktajiem spēkiem, tad garenviļņu ātrums izstieptā virknē nav atkarīgs no tās pretspriegums un tiek noteikts pēc formulas Lai šo ātrumu salīdzinātu ar iepriekš atrasto šķērsviļņu ātrumu u, formulā iekļautās stīgas stiepes spēku izsakām caur stīgas relatīvo deformāciju šī priekšspriegojuma dēļ. Aizvietojot vērtību formulā, iegūstam Tādējādi šķērsviļņu ātrums saspringtā virknē ut izrādās ievērojami mazāks par garenvirziena viļņu ātrumu, tā kā virknes relatīvais stiepums ir daudz mazāks par vienotību Viļņiem izplatoties, viļņa enerģija elastīgā vidē sastāv no vielas svārstīgo daļiņu kinētiskās enerģijas un vides elastīgās deformācijas enerģijas. garenvirziena vilnis iekšā elastīgs stienis. Fiksētā laika brīdī kinētiskā enerģija tiek sadalīta nevienmērīgi visā stieņa tilpumā, jo daži stieņa punkti šajā brīdī atrodas miera stāvoklī, bet citi, gluži pretēji, pārvietojas ar maksimālo ātrumu. Tas pats attiecas uz potenciālo enerģiju, jo šajā brīdī daži stieņa elementi nav deformēti, bet citi ir maksimāli deformēti. Tāpēc, apsverot viļņu enerģiju, ir dabiski ieviest kinētiskās un potenciālās enerģijas blīvumu. Viļņu enerģijas blīvums katrā barotnes punktā nepaliek nemainīgs, bet periodiski mainās, vilnim ejot garām: enerģija izplatās kopā ar vilni.

Kāpēc, šķērsviļņam izplatoties izstieptā virknē, stīgas spriegojuma spēka gareniskā komponente visā virknē ir vienāda un nemainās, vilnim ejot garām?

Kas ir monohromatiskie viļņi? Kā monohromatiskā viļņa garums ir saistīts ar izplatīšanās frekvenci un ātrumu? Kādos gadījumos viļņus sauc par garenvirziena un kādos gadījumos par šķērsvirziena viļņiem? Izmantojot kvalitatīvu argumentāciju, parādiet, ka viļņu izplatīšanās ātrums ir lielāks, jo lielākam spēkam ir tendence atgriezt traucēto barotnes posmu līdzsvara stāvoklī, un jo mazāks, jo lielāka ir šīs sekcijas inerce. Kādi vides raksturlielumi nosaka garenviļņu ātrumu un šķērsviļņu ātrumu? Kā šādu viļņu ātrumi izstieptā virknē ir saistīti viens ar otru?

Ceļojošā viļņa kinētiskās enerģijas blīvums.

Apskatīsim kinētiskās enerģijas blīvumu monohromatiskā elastīgā viļņā, kas aprakstīts ar vienādojumu. Izvēlēsimies nelielu elementu stieņā starp plaknēm tā, lai tā garums nedeformētā stāvoklī būtu daudz mazāks par viļņa garumu. Tad visu stieņa daļiņu ātrumus šajā elementā viļņu izplatīšanās laikā var uzskatīt par vienādiem. Izmantojot formulu, atrodam ātrumu, uzskatot to par laika funkciju un uzskatot par fiksētu vērtību, kas raksturo attiecīgā stieņa elementa stāvokli. Izvēlētā stieņa elementa masa, tātad tā kinētiskā enerģija laika momentā ir Izmantojot izteiksmi, atrodam kinētiskās enerģijas blīvumu punktā laika momentā. Potenciālais enerģijas blīvums. Pāriesim pie viļņa potenciālās enerģijas blīvuma aprēķināšanas. Tā kā izvēlētā stieņa elementa garums ir mazs, salīdzinot ar viļņa garumu, šī elementa deformāciju, ko izraisa vilnis, var uzskatīt par viendabīgu. Tāpēc potenciālo deformācijas enerģiju var uzrakstīt kā aplūkojamā stieņa elementa pagarinājumu, ko izraisa garāmejošs vilnis. Lai atrastu šo paplašinājumu, jāņem vērā to plakņu pozīcija, kas noteiktā brīdī ierobežo atlasīto elementu. Jebkuras plaknes, kuras līdzsvara stāvokli raksturo koordināta, momentāno pozīciju nosaka funkcija, kas tiek uzskatīta par funkciju fiksētā punktā. Tāpēc aplūkojamā stieņa elementa pagarinājums, kā redzams attēlā. 199, ir vienāds ar Šī elementa relatīvais pagarinājums ir Ja šajā izteiksmē mēs ejam uz robežu pie, tad tas pārvēršas par funkcijas atvasinājumu attiecībā pret mainīgo pie fiksētā. Izmantojot formulu, ko iegūstam

Rīsi. 199. Aprēķināt stieņa relatīvo pagarinājumu Tagad potenciālās enerģijas izteiksme iegūst formu un potenciālās enerģijas blīvums kādā punktā laika momentā ir ceļojošā viļņa enerģija. Kopš garenvirziena viļņu izplatīšanās ātruma, labās puses formulās sakrīt. Tas nozīmē, ka ceļojošā gareniskā elastīgā viļņa kinētiskās un potenciālās enerģijas blīvumi ir vienādi jebkurā laika brīdī jebkurā vides punktā. Viļņa enerģijas blīvuma atkarība no koordinātas noteiktā laikā ir parādīta attēlā. 200. Atzīmēsim, ka atšķirībā no lokalizētām svārstībām (oscilatoriem), kur kinētiskā un potenciālā enerģija mainās pretfāzē, pārvietošanās viļņā kinētiskās un potenciālās enerģijas svārstības notiek vienā un tajā pašā fāzē. Kinētiskā un potenciālā enerģija katrā barotnes punktā vienlaikus sasniedz maksimālās vērtības un vienlaikus kļūst par nulli. Kinētiskās un potenciālās enerģijas blīvuma momentāno vērtību vienādība ir vispārējā īpašība viļņu viļņiem, kas izplatās noteiktā virzienā. Var redzēt, ka tas attiecas arī uz šķērsviļņiem izstieptā elastīgā virknē. Rīsi. 200. Vides un enerģijas blīvuma daļiņu nobīde ceļojošā vilnī

Līdz šim mēs uzskatījām par viļņiem, kas izplatās sistēmā, kurai ir bezgalīgs paplašinājums tikai vienā virzienā: svārstu ķēdē, virknē, stieņā. Bet viļņi var izplatīties arī vidē, kuras izmēri ir bezgalīgi visos virzienos. Šādā nepārtrauktā vidē viļņi ir dažāda veida atkarībā no to ierosināšanas metodes. Lidmašīnas vilnis. Ja, piemēram, vilnis rodas bezgalīgas plaknes harmonisku svārstību rezultātā, tad viendabīgā vidē tas izplatās šai plaknei perpendikulārā virzienā. Šādā vilnī visu vides punktu nobīde, kas atrodas uz jebkuras plaknes, kas ir perpendikulāra izplatīšanās virzienam, notiek tieši tādā pašā veidā. Ja vidē neuzsūcas viļņu enerģija, tad vides punktu svārstību amplitūda visur ir vienāda un to nobīde tiek dota pēc formulas. Šādu vilni sauc par plaknes vilni.

Sfērisks vilnis.

Viendabīgā izotropā elastīgā vidē pulsējoša bumbiņa rada cita veida sfērisku vilni. Šāds vilnis izplatās ar vienādu ātrumu visos virzienos. Tās viļņu virsmas, nemainīgas fāzes virsmas, ir koncentriskas sfēras. Ja vidē nav enerģijas absorbcijas, ir viegli noteikt sfēriskā viļņa amplitūdas atkarību no attāluma līdz centram. Tā kā viļņu enerģijas plūsma, kas ir proporcionāla amplitūdas kvadrātam, ir vienāda caur jebkuru sfēru, viļņa amplitūda samazinās apgriezti proporcionāli attālumam no centra. Gareniskā sfēriskā viļņa vienādojumam ir tāda forma, kur ir svārstību amplitūda attālumā no viļņa centra.

Kā kustīgā viļņa pārnestā enerģija ir atkarīga no viļņa frekvences un amplitūdas?

Kas ir plaknes vilnis? Sfērisks vilnis? Kā plaknes un sfērisko viļņu amplitūdas ir atkarīgas no attāluma?

Paskaidrojiet, kāpēc ceļojošā viļņā kinētiskā enerģija un potenciālā enerģija mainās vienā un tajā pašā fāzē.

Elastīgi viļņi, kas izplatās gar cietas vielas brīvo robežu vai gar cietas vielas robežu ar citām vidēm

Animācija

Apraksts

Virsmas viļņu (SW) esamība ir garenisko un (vai) šķērsvirziena elastīgo viļņu mijiedarbības sekas, kad šie viļņi tiek atspoguļoti no plakanas robežas starp dažādiem medijiem noteiktos robežnosacījumos pārvietošanās komponentiem. PV cietās vielās iedala divās klasēs: ar vertikālo polarizāciju, kurā vides daļiņu vibrācijas nobīdes vektors atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra robežvirsmai, un ar horizontālo polarizāciju, kurā daļiņu pārvietošanās vektors vide ir paralēla robežvirsmai.

Visbiežāk sastopamie īpašie PV gadījumi ir šādi.

1) Reilija viļņi (vai Reilija viļņi), kas izplatās gar cieta ķermeņa robežu ar vakuumu vai diezgan retu gāzveida vidi. Šo viļņu enerģija ir lokalizēta virsmas slānī ar biezumu no l līdz 2l, kur l ir viļņa garums. Daļiņas Rayleigh viļņā pārvietojas pa elipsēm, kuru lielākā pusass w ir perpendikulāra robežai, bet mazākā pusass u ir paralēla viļņa izplatīšanās virzienam (1.a att.).

Virsmas elastīgais Reilija vilnis uz cieta ķermeņa brīvās robežas

Rīsi. 1.a

Apzīmējumi:

Reilija viļņu fāzes ātrums ir c R » 0.9c t , kur c t ir plaknes šķērsviļņa fāzes ātrums.

2) Reilija tipa slāpētie viļņi pie cieta ķermeņa robežas ar šķidrumu, ja fāzes ātrums šķidrumā ar 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).

Reilija tipa virsmas elastīgs slāpētais vilnis pie cieta ķermeņa un šķidruma robežas

Rīsi. 1b

Apzīmējumi:

x ir viļņu izplatīšanās virziens;

u,w - daļiņu nobīdes sastāvdaļas;

līknes attēlo pārvietojumu amplitūdas izmaiņu progresēšanu ar attālumu no robežas;

slīpās līnijas ir izejošā viļņa frontes.

Šī viļņa fāzes ātrums ir vienāds ar R, līdz procentiem, un vājinājuma koeficients pie viļņa garuma al ~ 0,1. Noviržu un spriegumu dziļuma sadalījums ir tāds pats kā Reilija vilnim.

3) Nepārtraukts vilnis ar vertikālu polarizāciju, kas virzās pa šķidruma un cietas vielas robežu ar ātrumu, kas mazāks par L (un attiecīgi mazāks par garenvirziena un šķērsviļņu ātrumu cietā vielā). Šī PV struktūra pilnīgi atšķiras no Rayleigh viļņa struktūras. Tas sastāv no vāji neviendabīga viļņa šķidrumā, kura amplitūda lēnām samazinās līdz ar attālumu no robežas, un diviem stipri nehomogēniem garenvirziena un šķērsviļņiem cietā vielā (1.c att.).

Neslāpēts PV cietā un šķidruma saskarnē

Rīsi. 1.c

Apzīmējumi:

x ir viļņu izplatīšanās virziens;

u,w - daļiņu nobīdes sastāvdaļas;

līknes attēlo nobīdes amplitūdas izmaiņu progresēšanu ar attālumu no robežas.

Viļņa enerģija un daļiņu kustība galvenokārt lokalizējas šķidrumā.

4) Stounlija vilnis, kas izplatās pa divu cietu vielu plakanu robežu, kuru elastības moduļi un blīvumi īpaši neatšķiras. Šāds vilnis sastāv (1.d att.) it kā no diviem Rayleigh viļņiem - pa vienam katrā vidē.

Virsmas elastīgais Stonley vilnis divu cietu materiālu saskarnē

Rīsi. 1 g

Apzīmējumi:

x ir viļņu izplatīšanās virziens;

u,w - daļiņu nobīdes sastāvdaļas;

līknes attēlo nobīdes amplitūdas izmaiņu progresēšanu ar attālumu no robežas.

Vertikālās un horizontālās nobīdes komponentes katrā vidē samazinās līdz ar attālumu no robežas tā, ka viļņu enerģija tiek koncentrēta divos robežslāņos ar biezumu ~ l. Stounlija viļņa fāzes ātrums ir mazāks par garenvirziena un šķērsviļņu fāzes ātruma vērtībām abos blakus esošajos medijos.

5) Mīlestības viļņi - DR ar horizontālu polarizāciju, kas var izplatīties pie cietas pustelpas robežas ar cietu slāni (1.e att.).

Virsmas elastīgais mīlestības vilnis pie robežas “cieta pustelpa - cietais slānis”

Rīsi. 1d

Apzīmējumi:

x ir viļņu izplatīšanās virziens;

līknes attēlo nobīdes amplitūdas izmaiņu progresēšanu ar attālumu no robežas.

Šie viļņi ir tikai šķērsvirziena: tiem ir tikai viens nobīdes komponents v, un mīlestības viļņa elastīgā deformācija ir tīra bīde. Nobīdes slānī (indekss 1) un pustelpā (indekss 2) apraksta ar izteiksmēm:

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 ),

kur t ir laiks;

w - apļveida frekvence;

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

s2 = (k2 - kt22)1/2;

k ir Mīlestības viļņa viļņa numurs;

k t1, k t2 - šķērsviļņu viļņu skaitļi attiecīgi slānī un pustelpā;

h - slāņa biezums;

A ir patvaļīga konstante.

No izteiksmēm v 1 un v 2 ir skaidrs, ka nobīdes slānī ir sadalītas pa kosinusu, un pustelpā tās eksponenciāli samazinās līdz ar dziļumu. Mīlestības viļņus raksturo ātruma izkliede. Pie maza slāņa biezuma Mīlestības viļņa fāzes ātrums tiecas uz lielākā šķērsviļņa fāzes ātrumu pustelpā. Attiecībā uz w h ¤ c t2 >>1 Mīlestības viļņi pastāv vairāku modifikāciju veidā, no kurām katra atbilst noteiktas kārtas normālam vilnim.

Par viļņu viļņiem uzskata arī viļņus uz šķidruma brīvās virsmas vai divu nesajaucamu šķidrumu saskarnes. Šādi PV rodas ārēju ietekmju, piemēram, vēja, ietekmē, kas šķidruma virsmu izņem no līdzsvara stāvokļa. Tomēr šajā gadījumā elastīgie viļņi nevar pastāvēt. Atkarībā no atjaunojošo spēku rakstura izšķir 3 veidu PV: gravitācijas, ko izraisa galvenokārt gravitācija; kapilārs, ko galvenokārt izraisa virsmas spraiguma spēki; gravitācijas-kapilārais (skat. FE aprakstu “Virsmas viļņi šķidrumā”).

Laika raksturlielumi

Uzsākšanas laiks (log no -3 līdz -1);

Kalpošanas laiks (log tc no -1 līdz 3);

Degradācijas laiks (log td no -1 līdz 1);

Optimālais izstrādes laiks (log tk no 0 līdz 1).

Diagramma:

Efekta tehniskās realizācijas

Efekta tehniskā realizācija

Reilija vilni var iegūt uz pietiekami izstiepta cieta ķermeņa brīvas virsmas (cieta gaisa robeža). Lai to izdarītu, uz ķermeņa virsmas tiek novietots elastīgo viļņu (garenvirziena, šķērsvirziena) emitētājs (2. att.), lai gan principā viļņu avots var atrasties arī vides iekšpusē kādā dziļumā (zemestrīce). avota modelis).

Rayleigh viļņa ģenerēšana pie cieta ķermeņa brīvās robežas

Rīsi. 2

Efekta pielietošana

Tā kā seismiskie PV vāji vājina attālumu, PV, galvenokārt Rayleigh un Love, tiek izmantoti ģeofizikā, lai noteiktu zemes garozas struktūru. Ultraskaņas defektu noteikšanā PV izmanto visaptverošai nesagraujošai parauga virsmas un virsmas slāņa pārbaudei. Akustoelektronikā (AE), izmantojot PV, ir iespējams izveidot mikroelektroniskās shēmas elektrisko signālu apstrādei. PV priekšrocības AE ierīcēs ir zemi konversijas zudumi PV ierosināšanas un uztveršanas laikā, viļņu frontes pieejamība, kas ļauj uztvert signālu un kontrolēt viļņa izplatību jebkurā skaņas cauruļvada punktā utt.

AE ierīču piemērs uz PV: rezonators (3. att.).

Rezonanses struktūra uz virsmas akustiskajiem viļņiem

Rīsi. 3

Apzīmējumi:

1 - pārveidotājs;

2 - atstarotāju sistēma (metāla elektrodi vai rievas).

Kvalitātes koeficients līdz 104, zemi zudumi (mazāk par 5 dB), frekvenču diapazons 30 - 1000 MHz. Darbības princips. Starp reflektoriem 2 tiek izveidots stāvošais PV, ko ģenerē un uztver pārveidotājs 1.

Literatūra

1. Ultraskaņa / Red. I.P. Goļamina.- M.: Padomju enciklopēdija, 1979.- 400. lpp.

2. Brehovskihs L.M., Gončarovs V.V. Ievads kontinuuma mehānikā - M.: Nauka, 1982.

Atslēgvārdi

amplitūda
virsmas vilnis
Rayleigh vilnis
Mīlestības vilnis
Stonlija vilnis
vertikāli polarizēts vilnis
horizontāli polarizēts vilnis
viļņa garums
viļņu ātrums
ātruma dispersija
biežums

Dabaszinātņu nodaļas:

Virszemes akustiskie viļņi(SAW) - elastīgi viļņi, kas izplatās gar cieta ķermeņa virsmu vai gar citu vidi. Virsmaktīvās vielas iedala divos veidos: ar vertikālu polarizāciju un ar horizontālu polarizāciju ( Mīlestības viļņi).

Visbiežāk sastopamie īpašie virsmas viļņu gadījumi ir šādi:

Rayleigh viļņi(vai Rayleigh), klasiskā izpratnē, izplatoties pa elastīgas pustelpas robežu ar vakuumu vai diezgan retu gāzveida vidi.
cietā un šķidruma saskarnē.
, kas iet pa šķidruma un cieta ķermeņa robežu
Stoneleigh vilnis, izplatās pa divu cietu vidi plakano robežu, kuru elastības moduļi un blīvums īpaši neatšķiras.
Mīlestības viļņi- virsmas viļņi ar horizontālu polarizāciju (SH tips), kas var izplatīties elastīgā slāņa struktūrā uz elastīgas pustelpas.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 3

✪ Seismiskie viļņi

✪ Garenvirziena un šķērsviļņi. Skaņas viļņi. 120. nodarbība

✪ Septītā lekcija: Viļņi

Subtitri

Šajā video es vēlos nedaudz apspriest seismiskos viļņus. Pierakstīsim tēmu. Pirmkārt, tie ir ļoti interesanti paši par sevi un, otrkārt, tie ir ļoti svarīgi Zemes uzbūves izpratnei. Jūs jau redzējāt manu video par Zemes slāņiem, un tieši pateicoties seismiskiem viļņiem secinājām, no kādiem slāņiem sastāv mūsu planēta. Un, lai gan seismiskie viļņi parasti ir saistīti ar zemestrīcēm, patiesībā tie ir jebkuri viļņi, kas ceļo pa zemi. Tās var rasties no zemestrīces, spēcīga sprādziena, jebkā, kas var nosūtīt daudz enerģijas tieši zemē un akmenī. Tātad ir divi galvenie seismisko viļņu veidi. Un mēs vairāk pievērsīsimies vienam no tiem. Pirmais ir virsmas viļņi. Pierakstīsim to. Otrais ir ķermeņa viļņi. Virsmas viļņi ir vienkārši viļņi, kas pārvietojas pa kaut kā virsmu. Mūsu gadījumā uz zemes virsmas. Šeit, ilustrācijā, varat redzēt, kā izskatās virsmas viļņi. Tie ir līdzīgi viļņiem, ko var redzēt uz ūdens virsmas. Ir divu veidu virsmas viļņi: Rayleigh viļņi un mīlestības viļņi. Es neiedziļināšos, bet šeit var redzēt, ka Rayleigh viļņi virzās uz augšu un uz leju. Šeit zeme pārvietojas uz augšu un uz leju. Tas virzās uz leju. Šeit tas ir augšā. Un tad - atkal lejā. Tas izskatās kā vilnis, kas skrien pāri zemei. Mīlestības viļņi savukārt virzās uz sāniem. Tas ir, šeit vilnis nepārvietojas uz augšu un uz leju, bet, ja paskatās viļņa virzienā, tas virzās pa kreisi. Šeit tas pārvietojas pa labi. Šeit - pa kreisi. Šeit - atkal pa labi. Abos gadījumos viļņa kustība ir perpendikulāra tā kustības virzienam. Dažreiz šādus viļņus sauc par šķērsviļņiem. Un tie, kā jau teicu, ir kā viļņi ūdenī. Ķermeņa viļņi ir daudz interesantāki, jo, pirmkārt, tie ir ātrākie viļņi. Un turklāt tieši šie viļņi tiek izmantoti, lai pētītu zemes uzbūvi. Ķermeņa viļņi ir divu veidu. Ir P-viļņi jeb primārie viļņi. Un S-viļņi, vai sekundāri. Tos var redzēt šeit. Šādi viļņi ir enerģija, kas pārvietojas ķermeņa iekšienē. Un ne tikai uz tās virsmas. Tātad šajā bildē, kuru lejupielādēju no Vikipēdijas, var redzēt, kā ar āmuru tiek sists liels akmens. Un, kad āmurs atsitās pret akmeni... Ļaujiet man pārzīmēt to lielāku. Šeit man būs akmens un es to iesitīšu ar āmuru. Tas saspiedīs akmeni vietā, kur tas sitīs. Tad trieciena enerģija spiedīs molekulas, kas ietrieksies blakus esošajās molekulās. Un šīs molekulas ietrieksies molekulās, kas atrodas aiz tām, un tās, savukārt, tām blakus esošajās molekulās. Izrādās, ka šī saspiestā akmens daļa kustas kā vilnis. Tās ir saspiestas molekulas, tās ietrieksies tuvumā esošajās molekulās un tad akmens šeit kļūs blīvāks. Pirmās molekulas, tās, kas uzsāka visu kustību, atgriezīsies savās vietās. Tāpēc saspiešana ir pārvietota un virzīsies tālāk. Tā rezultātā rodas saspiešanas vilnis. Jūs sitat to ar āmuru un iegūstat mainīgu blīvumu, kas pārvietojas viļņa virzienā. Mūsu gadījumā molekulas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ pa vienu un to pašu asi. Paralēli viļņa virzienam. Tie ir P-viļņi. P viļņi var pārvietoties gaisā. Būtībā skaņas viļņi ir kompresijas viļņi. Tie var pārvietoties gan šķidros, gan cietos veidos. Un atkarībā no vides tie pārvietojas ar dažādu ātrumu. Gaisā tie pārvietojas ar ātrumu 330 m/s, kas ikdienā nav nemaz tik lēni. Šķidrumā tie pārvietojas ar ātrumu 1500 m/s. Un granītā, kas veido lielāko daļu Zemes virsmas, tie pārvietojas ar ātrumu 5000 m/s. Ļaujiet man to pierakstīt. 5000 metri vai 5 km/s granītā. Un es tagad zīmēšu S-viļņus, jo šis ir par mazu. Ja jūs sitīsiet šo vietu ar āmuru, trieciena spēks īslaicīgi pārvietos akmeni uz sāniem. Tas būs nedaudz deformēts un vilks blakus esošo akmens daļu. Šis klints augšpusē tiks novilkts uz leju, un akmens, kas sākotnēji tika trāpīts, atgriezīsies augšā. Un pēc apmēram milisekundes akmens slānis augšpusē nedaudz deformējas pa labi. Un tad laika gaitā deformācija virzīsies uz augšu. Ievērojiet, ka šajā gadījumā vilnis arī virzās uz augšu. Bet materiāla kustība vairs nav paralēla asij, kā P-viļņos, bet gan perpendikulāra. Šos perpendikulāros viļņus sauc arī par šķērseniskām vibrācijām. Daļiņu kustība ir perpendikulāra viļņu kustības asij. Tie ir S-viļņi. Tie pārvietojas nedaudz lēnāk nekā P-viļņi. Tāpēc, ja ir zemestrīce, jūs vispirms sajutīsit P viļņus. Un tad ar aptuveni 60% no P-viļņu ātruma nāks S-viļņi. Tātad, lai izprastu Zemes uzbūvi, ir svarīgi atcerēties, ka S viļņi var pārvietoties tikai cietā vielā. Pierakstīsim šo. Varētu teikt, ka uz ūdens redzējāt šķērsviļņus. Bet bija virsmas viļņi. Un mēs apspriežam ķermeņa viļņus. Viļņi, kas pārvietojas ūdens tilpuma robežās. Lai būtu vieglāk iedomāties, uzsmelšu ūdeni, teiksim, te būs baseins. Kontekstā. Kaut kas tamlīdzīgs. Jā, es varētu to uzzīmēt labāk. Tātad, šeit ir izgriezts skats uz baseinu, un es ceru, ka jūs saprotat, kas tajā notiek. Un, ja es saspiežu kādu daļu ūdens, piemēram, sitot ar kaut ko ļoti lielu, ūdens ātri saspiedīsies. P-vilnis varēs kustēties, jo ūdens molekulas ietrieksies blakus esošajās molekulās, kas ietrieks molekulās aiz tām. Un šī saspiešana, šis P-vilnis virzīsies mana trieciena virzienā. Tas parāda, ka P-vilnis var kustēties gan šķidrumos, gan, piemēram, gaisā. Labi. Un atcerieties, ka mēs runājam par zemūdens viļņiem. Ne par virsmām. Mūsu viļņi pārvietojas ūdens tilpumā. Pieņemsim, ka mēs paņēmām āmuru un trāpījām noteiktā ūdens tilpumā no sāniem. Un tas radīs tikai saspiešanas vilni šajā virzienā. Un nekas vairāk. Šķērsvilnis neradīsies, jo vilnim nav tādas elastības, kas ļauj tā daļām svārstīties no vienas puses uz otru. S-viļņam ir nepieciešama tāda veida elastība, kāda ir tikai cietās vielās. Tālāk mēs izmantosim P viļņu īpašības, kas var pārvietoties gaisā, šķidrumos un cietās vielās, un S viļņu īpašības, lai noskaidrotu, no kā sastāv zeme. Subtitri no Amara.org kopienas

Rayleigh viļņi

Slāpēti Rayleigh viļņi

Slāpēti Rayleigh tipa viļņi cietā un šķidruma saskarnē.

Nepārtraukts vilnis ar vertikālu polarizāciju

Nepārtraukts vilnis ar vertikālu polarizāciju, kas virzās gar šķidruma un cietas vielas robežu ar skaņas ātrumu noteiktā vidē.

Vilnis(Vilnis, pārsprieguma, jūras) - veidojas šķidruma un gaisa daļiņu saķeres dēļ; slīdot pa gludo ūdens virsmu, sākumā gaiss rada viļņošanos, un tikai tad, iedarbojoties uz tā slīpajām virsmām, pamazām attīstās ūdens masas satraukums. Pieredze rāda, ka ūdens daļiņām nav kustības uz priekšu; pārvietojas tikai vertikāli. Jūras viļņi ir ūdens kustība pa jūras virsmu, kas notiek noteiktos intervālos.

Viļņa augstāko punktu sauc ķemme vai viļņa virsotne, un zemākais punkts ir zole. Augstums viļņa ir attālums no virsotnes līdz tā pamatnei, un garums tas ir attālums starp divām izciļņiem vai zolēm. Tiek saukts laiks starp divām virsotnēm vai ieplakām periodā viļņi.

Galvenie cēloņi

Vidēji viļņa augstums vētras laikā okeānā sasniedz 7-8 metrus, parasti tas var izstiepties garumā - līdz 150 metriem un līdz 250 metriem vētras laikā.

Vairumā gadījumu jūras viļņus veido vējš. Šādu viļņu stiprums un lielums ir atkarīgs no vēja stipruma, kā arī no tā ilguma un “paātrinājuma” - ceļa garuma, pa kuru vējš iedarbojas uz ūdeni. virsmas. Dažreiz viļņi, kas skar krastu, var rasties tūkstošiem kilometru attālumā no krasta. Taču jūras viļņu rašanos ietekmē daudzi citi faktori: tie ir Mēness un Saules paisuma spēki, atmosfēras spiediena svārstības, zemūdens vulkānu izvirdumi, zemūdens zemestrīces un jūras kuģu kustība.

Citās ūdenstilpēs novērotie viļņi var būt divu veidu:

1) Vējš vēja radīti, kas iegūst vienmērīgu raksturu pēc vēja darbības pārtraukšanas un tiek saukti par izveidotiem viļņiem vai uzbriest; Vēja viļņi rodas, pateicoties vēja iedarbībai (gaisa masu kustībai) uz ūdens virsmas, tas ir, injekcijas. Viļņu svārstīgo kustību cēlonis kļūst viegli saprotams, ja pamanāt viena un tā paša vēja ietekmi uz kviešu lauka virsmu. Vēja plūsmu, kas rada viļņus, nepastāvība ir skaidri redzama.

2) Kustības viļņi, jeb stāvviļņi, veidojas spēcīgu trīču rezultātā apakšā zemestrīču laikā vai satraukti, piemēram, krasas atmosfēras spiediena izmaiņas. Šos viļņus sauc arī par atsevišķiem viļņiem.

Atšķirībā no plūdmaiņām un straumēm, viļņi nepārvieto ūdens masas. Viļņi kustas, bet ūdens paliek savā vietā. Laiva, kas šūpojas uz viļņiem, nepeld kopā ar vilni. Viņa varēs nedaudz pārvietoties pa slīpu nogāzi, tikai pateicoties zemes gravitācijas spēkam. Ūdens daļiņas vilnī pārvietojas pa gredzeniem. Jo tālāk šie gredzeni atrodas no virsmas, jo mazāki tie kļūst un, visbeidzot, pilnībā izzūd. Atrodoties zemūdenē 70-80 metru dziļumā, jūs nejutīsiet jūras viļņu ietekmi pat visspēcīgākās vētras laikā uz virsmas.

Jūras viļņu veidi

Viļņi var pārvietoties milzīgus attālumus, nemainot formu un praktiski nezaudējot enerģiju ilgi pēc tam, kad vējš, kas tos izraisīja, ir norimis. Lūzoties krastā, jūras viļņi atbrīvo milzīgu ceļojuma laikā uzkrāto enerģiju. Nepārtraukti plīstošo viļņu spēks dažādos veidos maina krasta formu. Izplešanās un ripojošie viļņi apskalo krastu un tāpēc tiek saukti konstruktīvs. Viļņi, kas triecas krastā, to pamazām iznīcina un izskalo pludmales, kas to aizsargā. Tāpēc tos sauc destruktīva.

Zemus, platus, noapaļotus viļņus prom no krasta sauc par viļņiem. Viļņi liek ūdens daļiņām aprakstīt apļus un gredzenus. Gredzenu izmērs samazinās līdz ar dziļumu. Vilnim tuvojoties slīpajam krastam, tajā esošās ūdens daļiņas raksturo arvien saplacinātus ovālus. Tuvojoties krastam, jūras viļņi vairs nespēj aizvērt savus ovālus, un vilnis lūst. Seklā ūdenī ūdens daļiņas vairs nevar aizvērt ovālus, un vilnis saplīst. Zemesragi veidojas no cietākiem akmeņiem un erodējas lēnāk nekā blakus esošie piekrastes posmi. Stāvie, augstie jūras viļņi grauj akmeņainās klintis pie pamatnes, veidojot nišas. Klintis dažreiz sabrūk. Viļņu nogludinātā terase ir viss, kas palicis pāri no jūras iznīcinātajiem akmeņiem. Dažreiz ūdens pa vertikālām klints plaisām paceļas uz augšu un izlaužas uz virsmu, veidojot piltuvi. Viļņu postošais spēks paplašina klints plaisas, veidojot alas. Kad viļņi nolietojas pie klints abās pusēs, līdz tie satiekas lūzumā, veidojas arkas. Kad arkas virsotne iekrīt jūrā, paliek akmens stabi. To pamati ir iedragāti, un pīlāri sabrūk, veidojot laukakmeņus. Pludmalē esošie oļi un smiltis ir erozijas rezultāts.

Iznīcinošie viļņi pakāpeniski grauj piekrasti un aiznes smiltis un oļus no jūras pludmalēm. Nonesot visu ūdens svaru un izskaloto materiālu uz nogāzēm un klintīm, viļņi iznīcina to virsmu. Viņi izspiež ūdeni un gaisu katrā plaisā, katrā spraugā, bieži vien ar sprādzienbīstamu enerģiju, pakāpeniski atdalot un novājinot akmeņus. Salauztās iežu lauskas tiek izmantotas tālākai iznīcināšanai. Pat cietākie akmeņi pamazām tiek iznīcināti, un zeme krastā mainās viļņu ietekmē. Viļņi var sagraut jūras krastu ar pārsteidzošu ātrumu. Linkolnšīrā, Anglijā, erozija (iznīcināšana) progresē ar ātrumu 2 m gadā. Kopš 1870. gada, kad Haterasas ragā tika uzcelta lielākā ASV bāka, jūra ir izskalojusi pludmales 426 m iekšzemē.

Cunami

Cunami Tie ir milzīga iznīcinoša spēka viļņi. Tos izraisa zemūdens zemestrīces vai vulkāna izvirdumi, un tie var šķērsot okeānus ātrāk nekā reaktīvā lidmašīna: 1000 km/h. Dziļajos ūdeņos tie var būt mazāki par vienu metru, taču, tuvojoties krastam, tie palēninās un izaug līdz 30-50 metriem, pirms sabrūk, appludinot krastu un aizslaucot visu, kas ceļā nonāk. 90% no visiem reģistrētajiem cunami gadījumiem notika Klusajā okeānā.

Biežākie iemesli.

Apmēram 80% cunami rašanās gadījumu ir zemūdens zemestrīces. Zemestrīces laikā zem ūdens notiek savstarpēja vertikāla dibena nobīde: daļa dibena nogrimst, bet daļa paceļas. Uz ūdens virsmas oscilējošas kustības notiek vertikāli, tiecoties atgriezties sākotnējā līmenī – vidējā jūras līmenī – un radīt virkni viļņu. Ne katru zemūdens zemestrīci pavada cunami. Cunamigēna (tas ir, cunami viļņa ģenerēšana) parasti ir zemestrīce ar seklu avotu. Zemestrīces cunamigenitātes atpazīšanas problēma vēl nav atrisināta, un brīdināšanas dienesti vadās pēc zemestrīces lieluma. Visspēcīgākie cunami rodas subdukcijas zonās. Tāpat ir nepieciešams, lai zemūdens trieciens rezonētu ar viļņu svārstībām.

Zemes nogruvumi. Šāda veida cunami notiek biežāk nekā lēsts 20. gadsimtā (apmēram 7% no visiem cunami). Bieži vien zemestrīce izraisa zemes nogruvumu un rada arī vilni. 1958. gada 9. jūlijā zemestrīce Aļaskā izraisīja zemes nogruvumu Litujas līcī. Ledus un zemes akmeņu masa sabruka no 1100 m augstuma Līča pretējā krastā izveidojās vilnis, kas sasniedza vairāk nekā 524 m augstumu. Šāda veida gadījumi ir diezgan reti un netiek uzskatīti par standartu . Bet zemūdens zemes nogruvumi daudz biežāk notiek upju deltās, kas ir ne mazāk bīstami. Zemestrīce var izraisīt zemes nogruvumu un, piemēram, Indonēzijā, kur šelfu sedimentācija ir ļoti liela, zemes nogruvumu cunami ir īpaši bīstami, jo tie notiek regulāri, izraisot lokālus viļņus vairāk nekā 20 metru augstumā.

Vulkāniskie izvirdumi veido aptuveni 5% no visiem cunami notikumiem. Lieliem zemūdens izvirdumiem ir tāda pati ietekme kā zemestrīcēm. Lielos vulkāna sprādzienos sprādziena rezultātā rodas ne tikai viļņi, bet ūdens aizpilda arī izvirdušās materiāla dobumus vai pat kalderu, kā rezultātā veidojas garš vilnis. Klasisks piemērs ir cunami, ko izraisīja Krakatoa izvirdums 1883. gadā. Milzīgi cunami no Krakatoa vulkāna tika novēroti ostās visā pasaulē, un tie kopumā iznīcināja vairāk nekā 5000 kuģu un nogalināja aptuveni 36 000 cilvēku.

Cunami pazīmes.

Pēkšņi ātriūdens izņemšana no krasta ievērojamā attālumā un grunts izžūšana. Jo tālāk jūra atkāpjas, jo augstāki var būt cunami viļņi. Cilvēki, kuri atrodas krastā un nezina par briesmas, var palikt aiz ziņkāres vai lai savāktu zivis un gliemežvākus. Tādā gadījumā ir pēc iespējas ātrāk jāatstāj krasts un jāpārvietojas pēc iespējas tālāk no tā – šis noteikums jāievēro, ja, piemēram, Japānā, Indijas okeāna piekrastē Indonēzijā vai Kamčatkā. Telecunami gadījumā vilnis parasti tuvojas, ūdenim neatkāpjoties.
Zemestrīce. Zemestrīces epicentrs parasti atrodas okeānā. Piekrastē zemestrīce parasti ir daudz vājāka, un bieži vien zemestrīces nav vispār. Cunami apdraudētajos reģionos ir noteikums, ka, ja ir jūtama zemestrīce, labāk virzīties tālāk no krasta un vienlaikus uzkāpt kalnā, tādējādi iepriekš gatavojoties viļņa atnākšanai.
Neparasts drifts ledus un citi peldoši objekti, plaisu veidošanās ātrajā ledū.
Milzīgi reversa defekti stacionāra ledus un rifu malās, pūļu un straumju veidošanās.

negodīgi viļņi

negodīgi viļņi(viesabonēšanas viļņi, briesmoņu viļņi, frīka viļņi - anomāli viļņi) - milzu viļņi, kas rodas okeānā un ir vairāk nekā 30 metru augsti, un tiem ir jūras viļņiem neparasta uzvedība.

Tikai pirms 10-15 gadiem zinātnieki uzskatīja jūrnieku stāstus par milzīgiem slepkavas viļņiem, kas parādās no nekurienes un nogremdē kuģus, tikai par jūras folkloru. Ilgu laiku klīstošie viļņi tika uzskatīti par daiļliteratūru, jo tie neiekļāvās nevienā matemātiskajā modelī, kas tajā laikā pastāvēja notikumu un to uzvedības aprēķināšanai, jo planētas Zeme okeānos nevar pastāvēt viļņi, kuru augstums pārsniedz 21 metru.

Viens no pirmajiem briesmoņu viļņa aprakstiem ir datēts ar 1826. gadu. Tā augstums bija vairāk nekā 25 metri, un tas tika pamanīts Atlantijas okeānā pie Biskajas līča. Neviens neticēja šai ziņai. Un 1840. gadā navigators Dumonts d'Urvils riskēja ierasties Francijas Ģeogrāfijas biedrības sanāksmē un paziņot, ka viņš pats savām acīm redzējis 35 metrus garu vilni. Bet bija stāsti par milzīgiem spoku viļņiem kas pēkšņi parādījās okeāna vidū pat ar nelielu vētru un to stāvums atgādināja milzīgas ūdens sienas, kļuva arvien vairāk.

Vēsturiskas liecības par negodīgiem viļņiem

Tātad 1933. gadā ASV flotes kuģis Ramapo tika noķerts vētrā Klusajā okeānā. Septiņas dienas kuģi mētājās viļņi. Un 7. februāra rītā no aizmugures pēkšņi uzlēca neticama augstuma šahta. Vispirms kuģis tika iemests dziļā bezdibenī, bet pēc tam gandrīz vertikāli pacelts putojošā ūdens kalnā. Apkalpe, kurai paveicās izdzīvot, fiksēja 34 metru viļņu augstumu. Tas pārvietojās ar ātrumu 23 m/s jeb 85 km/h. Līdz šim tas tiek uzskatīts par augstāko jebkad izmērīto negodīgo vilni.

Otrā pasaules kara laikā, 1942. gadā, Queen Mary laineris no Ņujorkas uz Apvienoto Karalisti pārvadāja 16 tūkstošus amerikāņu militārpersonu (starp citu, vienā kuģī pārvadāto cilvēku skaita rekords). Pēkšņi parādījās 28 metrus garš vilnis. "Augšējais klājs atradās savā parastajā augstumā, un pēkšņi - pēkšņi - tas pēkšņi nokrita," atcerējās doktors Norvals Kārters, kurš atradās uz neveiksmīgā kuģa. Kuģis sasvērās 53 grādu leņķī – ja leņķis būtu bijis pat par trim grādiem lielāks, nāve būtu neizbēgama. Stāsts par "Karalieni Mariju" veidoja Holivudas filmas "Poseidons" pamatu.

Tomēr 1995. gada 1. janvārī Dropner naftas platformā Ziemeļjūrā pie Norvēģijas krastiem pirmo reizi ar instrumentiem tika fiksēts vilnis ar 25,6 metru augstumu, ko sauca par Dropnera vilni. Projekts Maksimālais vilnis ļāva mums no jauna paskatīties uz sauskravu kuģu, kas pārvadāja konteinerus un citas svarīgas kravas, bojāejas cēloņus. Turpmākie pētījumi trīs nedēļu laikā visā pasaulē reģistrēja vairāk nekā 10 atsevišķus milzu viļņus, kuru augstums pārsniedza 20 metrus. Jaunais projekts saucas Wave Atlas, kas paredz pasaules mēroga novēroto monstru viļņu kartes apkopošanu un tās turpmāko apstrādi un pievienošanu.

Rašanās cēloņi

Pastāv vairākas hipotēzes par ekstrēmo viļņu cēloņiem. Daudziem no viņiem trūkst veselā saprāta. Vienkāršākie skaidrojumi ir balstīti uz vienkāršas dažāda garuma viļņu superpozīcijas analīzi. Tomēr aprēķini liecina, ka ekstrēmo viļņu iespējamība šādā shēmā ir pārāk maza. Vēl viena ievērojama hipotēze liecina par iespēju fokusēt viļņu enerģiju dažās virsmas strāvas struktūrās. Tomēr šīs struktūras ir pārāk specifiskas, lai enerģijas fokusēšanas mehānisms izskaidrotu sistemātisku ekstrēmu viļņu rašanos. Visticamākais ekstrēmo viļņu rašanās skaidrojums jābalsta uz nelineāro virsmas viļņu iekšējiem mehānismiem, neiesaistot ārējos faktorus.

Interesanti, ka šādi viļņi var būt gan cekas, gan siles, ko apstiprina aculiecinieki. Turpmākie pētījumi ir saistīti ar vēja viļņu nelinearitātes ietekmi, kas var izraisīt nelielu viļņu grupu (pakešu) vai atsevišķu viļņu (solitonu) veidošanos, kas var pārvietoties lielos attālumos, būtiski nemainot to struktūru. Arī praksē šādi iepakojumi ir novēroti daudzkārt. Šādu viļņu grupu raksturīgās iezīmes, kas apstiprina šo teoriju, ir tādas, ka tās pārvietojas neatkarīgi no citiem viļņiem un tām ir mazs platums (mazāk par 1 km), augstumam krasi samazinoties malās.

Tomēr vēl nav izdevies pilnībā noskaidrot anomālo viļņu raksturu.

2. Mehāniskais vilnis.

3. Mehānisko viļņu avots.

4. Viļņu punktveida avots.

5. Šķērsvilnis.

6. Garenvirziena vilnis.

7. Viļņu fronte.

9. Periodiskie viļņi.

10. Harmoniskais vilnis.

11. Viļņa garums.

12. Izplatīšanās ātrums.

13. Viļņu ātruma atkarība no vides īpašībām.

14. Huigensa princips.

15. Viļņu atstarošana un laušana.

16. Viļņu atstarošanas likums.

17.Viļņu laušanas likums.

18. Plaknes viļņu vienādojums.

19. Viļņu enerģija un intensitāte.

20. Superpozīcijas princips.

21.Koherentās svārstības.

22.Koherenti viļņi.

23.Viļņu iejaukšanās. a) traucējumu maksimuma nosacījums, b) traucējumu minimuma nosacījums.

24. Interference un enerģijas nezūdamības likums.

25.Viļņu difrakcija.

26. Huigensa–Frēneļa princips.

27.Polarizēts vilnis.

29.Skaņas skaļums.

30.Skaņas augstums.

31.Skaņas tembrs.

32.Ultraskaņa.

33.Infraskaņa.

34.Doplera efekts.

1.vilnis - Tas ir jebkura fiziska lieluma vibrāciju izplatīšanās process telpā. Piemēram, skaņas viļņi gāzēs vai šķidrumos atspoguļo spiediena un blīvuma svārstību izplatīšanos šajās vidēs. Elektromagnētiskais vilnis ir elektrisko magnētisko lauku stipruma svārstību izplatīšanās process telpā.

Enerģiju un impulsu var pārnest telpā, pārnesot vielu. Jebkuram kustīgam ķermenim ir kinētiskā enerģija. Tāpēc tas nodod kinētisko enerģiju, transportējot vielu. Tas pats ķermenis, sildot, pārvietojoties telpā, pārnes siltumenerģiju, pārnesot vielu.

Elastīgās vides daļiņas ir savstarpēji saistītas. Traucējumi, t.i. novirzes no vienas daļiņas līdzsvara stāvokļa tiek pārnestas uz blakus esošajām daļiņām, t.i. enerģija un impulss tiek pārnesti no vienas daļiņas uz blakus esošajām daļiņām, bet katra daļiņa paliek tuvu līdzsvara stāvoklim. Tādējādi enerģija un impulss tiek pārnesti pa ķēdi no vienas daļiņas uz otru un vielas pārnešana nenotiek.

Tātad, viļņu process ir enerģijas un impulsa pārneses process telpā bez vielas pārneses.

2. Mehāniskais vilnis vai elastīgais vilnis– traucējumi (oscilācijas), kas izplatās elastīgā vidē. Elastīgā vide, kurā izplatās mehāniskie viļņi, ir gaiss, ūdens, koks, metāli un citas elastīgas vielas. Elastīgos viļņus sauc par skaņas viļņiem.

3. Mehānisko viļņu avots- ķermenis, kas veic svārstību kustību, atrodoties elastīgā vidē, piemēram, vibrējošās kamertonis, stīgas, balss saites.

4. Punkta viļņa avots - viļņu avots, kura lielumu var neņemt vērā, salīdzinot ar attālumu, kādā vilnis izplatās.

5. Šķērsvilnis - vilnis, kurā vides daļiņas svārstās virzienā, kas ir perpendikulārs viļņa izplatīšanās virzienam. Piemēram, viļņi uz ūdens virsmas ir šķērsviļņi, jo ūdens daļiņu vibrācijas rodas virzienā, kas ir perpendikulārs ūdens virsmas virzienam, un vilnis izplatās pa ūdens virsmu. Šķērsvilnis izplatās pa auklu, kuras viens gals ir fiksēts, otrs svārstās vertikālā plaknē.

Šķērsvilnis var izplatīties tikai pa saskarni starp dažādiem medijiem.

6. Gareniskais vilnis - vilnis, kurā notiek svārstības viļņa izplatīšanās virzienā. Garenvirziena vilnis rodas garā spirālveida atsperē, ja viens gals tiek pakļauts periodiskiem traucējumiem, kas vērsti gar atsperi. Elastīgs vilnis, kas iet gar atsperi, attēlo saspiešanas un pagarinājuma izplatīšanās secību (88. att.)

Gareniskais vilnis var izplatīties tikai elastīgā vidē, piemēram, gaisā, ūdenī. Cietās vielās un šķidrumos vienlaikus var izplatīties gan šķērsvirziena, gan garenviļņi, jo cietu un šķidrumu vienmēr ierobežo virsma - saskarne starp diviem nesējiem. Piemēram, ja tērauda stieņa galā sasitīs ar āmuru, tad tajā sāks izplatīties elastīga deformācija. Gar stieņa virsmu virzīsies šķērsvilnis, un tā iekšpusē izplatīsies gareniskais vilnis (vides saspiešana un retināšana) (89. att.).

7. Viļņu fronte (viļņu virsma)– punktu ģeometriskais lokuss, kas svārstās vienās un tajās pašās fāzēs. Uz viļņa virsmas svārstīgo punktu fāzēm attiecīgajā laika brīdī ir vienāda vērtība. Ja jūs iemetat akmeni mierīgā ezerā, tad šķērseniski viļņi apļa veidā sāks izplatīties pa ezera virsmu no vietas, kur tas nokrita, ar centru akmens krituma vietā. Šajā piemērā viļņu fronte ir aplis.

Sfēriskā viļņā viļņa fronte ir sfēra. Šādus viļņus ģenerē punktveida avoti.

Ļoti lielos attālumos no avota frontes izliekumu var neņemt vērā un viļņu fronti var uzskatīt par plakanu. Šajā gadījumā vilni sauc par plakni.

8. Sija – taisna līnija, kas ir normāla pret viļņu virsmu. Sfēriskā vilnī stari tiek virzīti pa sfēru rādiusiem no centra, kur atrodas viļņu avots (90. att.).

Plaknes vilnī stari ir vērsti perpendikulāri priekšējai virsmai (91. att.).

9. Periodiski viļņi. Runājot par viļņiem, mēs domājām vienu traucējumu, kas izplatās telpā.

Ja viļņu avots veic nepārtrauktas svārstības, tad vidē parādās elastīgi viļņi, kas ceļo viens pēc otra. Šādus viļņus sauc par periodiskiem.

10. Harmoniskais vilnis– vilnis, ko rada harmoniskas svārstības. Ja viļņu avots veic harmoniskas svārstības, tad tas ģenerē harmoniskos viļņus - viļņus, kuros daļiņas vibrē saskaņā ar harmonikas likumu.

11. Viļņa garums.Ļaujiet harmoniskajam vilnim izplatīties pa OX asi, un tajā notiek svārstības OY ass virzienā. Šis vilnis ir šķērsvirziena, un to var attēlot kā sinusoidālo vilni (92. att.).

Šādu vilni var iegūt, izraisot vibrācijas auklas brīvā gala vertikālajā plaknē.

Viļņa garums ir attālums starp diviem tuvākajiem punktiem A un B, svārstās tajās pašās fāzēs (92. att.).

12. Viļņu izplatīšanās ātrums– fizikāls lielums, kas skaitliski vienāds ar vibrāciju izplatīšanās ātrumu telpā. No att. 92 no tā izriet, ka laiks, kurā svārstības izplatās no punkta uz punktu A līdz punktam IN, t.i. attālumā viļņa garums ir vienāds ar svārstību periodu. Tāpēc viļņu izplatīšanās ātrums ir vienāds ar

13. Viļņu izplatīšanās ātruma atkarība no vides īpašībām. Svārstību frekvence, kad notiek vilnis, ir atkarīga tikai no viļņa avota īpašībām un nav atkarīga no vides īpašībām. Viļņu izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no vides īpašībām. Tāpēc viļņa garums mainās, šķērsojot divu dažādu datu nesēju saskarni. Viļņa ātrums ir atkarīgs no savienojuma starp vides atomiem un molekulām. Saikne starp atomiem un molekulām šķidrumos un cietās vielās ir daudz ciešāka nekā gāzēs. Tāpēc skaņas viļņu ātrums šķidrumos un cietās vielās ir daudz lielāks nekā gāzēs. Gaisā skaņas ātrums normālos apstākļos ir 340, ūdenī 1500 un tēraudā 6000.

Vidējais molekulu termiskās kustības ātrums gāzēs samazinās, pazeminoties temperatūrai, un rezultātā samazinās viļņu izplatīšanās ātrums gāzēs. Blīvākā un līdz ar to inertākā vidē viļņu ātrums ir mazāks. Ja skaņa pārvietojas gaisā, tās ātrums ir atkarīgs no gaisa blīvuma. Ja gaisa blīvums ir lielāks, skaņas ātrums ir mazāks. Un otrādi, kur gaisa blīvums ir mazāks, skaņas ātrums ir lielāks. Tā rezultātā, skaņai izplatoties, viļņu fronte tiek izkropļota. Virs purva vai virs ezera, īpaši vakaros, gaisa blīvums virsmas tuvumā ūdens tvaiku ietekmē ir lielāks nekā noteiktā augstumā. Tāpēc skaņas ātrums ūdens virsmas tuvumā ir mazāks nekā noteiktā augstumā. Rezultātā viļņu fronte griežas tā, ka frontes augšdaļa arvien vairāk liecas uz ezera virsmu. Izrādās, ka viļņa enerģija, kas virzās pa ezera virsmu, un viļņa enerģija, kas virzās leņķī pret ezera virsmu. Tāpēc vakarā skaņa labi ceļo pāri ezeram. Pat klusa saruna dzirdama stāvot pretējā krastā.

14. Huigensa princips– katrs virsmas punkts, ko vilnis konkrētajā brīdī ir sasniedzis, ir sekundāro viļņu avots. Novelkot virsmas pieskares visu sekundāro viļņu frontēm, mēs iegūstam viļņa fronti nākamajā laika brīdī.

Apskatīsim, piemēram, vilni, kas izplatās pa ūdens virsmu no punkta PAR(93. att.) Ļaujiet laika momentā t priekšpusei bija rādiusa apļa forma R centrēts punktā PAR. Nākamajā laika momentā katram sekundārajam vilnim būs fronte rādiusa apļa formā, kur V– viļņu izplatīšanās ātrums. Uzzīmējot virsmas tangensu sekundāro viļņu frontēm, iegūstam viļņa fronti laika momentā (93. att.)

Ja vilnis izplatās nepārtrauktā vidē, tad viļņa fronte ir sfēra.

15. Viļņu atstarošana un laušana. Kad vilnis nokrīt uz saskarnes starp divām dažādām vidēm, katrs šīs virsmas punkts saskaņā ar Huygens principu kļūst par sekundāro viļņu avotu, kas izplatās abās virsmas pusēs. Tāpēc, šķērsojot divu mediju saskarni, vilnis tiek daļēji atspoguļots un daļēji iet caur šo virsmu. Jo Tā kā mediji ir dažādi, viļņu ātrums tajos ir atšķirīgs. Tāpēc, šķērsojot divu mediju saskarni, mainās viļņa izplatīšanās virziens, t.i. notiek viļņu refrakcija. Apskatīsim, pamatojoties uz Huygens principu, atstarošanas un refrakcijas procesu un likumus.

16. Viļņu atstarošanas likums. Ļaujiet plaknes vilnim nokrist uz plakanas saskarnes starp diviem dažādiem medijiem. Izvēlēsimies apgabalu starp diviem stariem un (94. att.)

Krituma leņķis – leņķis starp krītošo staru kūli un perpendikulāru saskarnei krišanas punktā.

Atstarojuma leņķis ir leņķis starp atstaroto staru un perpendikulāru saskarnei krišanas punktā.

Brīdī, kad stars sasniegs saskarni punktā , šis punkts kļūs par sekundāro viļņu avotu. Viļņu fronte šajā brīdī ir iezīmēta ar taisnas līnijas segmentu AC(94. att.). Līdz ar to šajā brīdī staram joprojām ir jāpārvieto ceļš uz saskarni ZA. Ļaujiet staram iet pa šo ceļu laikā. Krītošie un atstarotie stari izplatās vienā saskarnes pusē, tāpēc to ātrumi ir vienādi un vienādi V. Tad .

Laikā sekundārais vilnis no punkta A ies ceļu. Līdz ar to. Taisni trīsstūri ir vienādi, jo... - kopējā hipotenūza un kājas. No trīsstūru vienādības izriet leņķu vienādība. Bet arī, t.i. .

Tagad formulēsim viļņu atstarošanas likumu: krītošais stars, atstarots stars , perpendikulāri saskarnei starp diviem nesējiem, kas atjaunoti iekrišanas punktā, tie atrodas vienā plaknē; krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi.

17. Viļņu laušanas likums. Ļaujiet plaknes vilnim iziet caur plakanu saskarni starp diviem medijiem. Turklāt krišanas leņķis atšķiras no nulles (95. att.).

Laušanas leņķis ir leņķis starp lauzto staru un perpendikulāru saskarnei, kas atjaunots krišanas punktā.

Apzīmēsim arī viļņu izplatīšanās ātrumu medijos 1 un 2. Brīdī, kad stars sasniedz saskarni punktā A, šis punkts kļūs par viļņu avotu, kas izplatās otrajā vidē – starā, un staram vēl jāceļ ceļš uz virsmas virsmu. Lai ir laiks, kas nepieciešams staram ceļošanai ZA, Tad . Tajā pašā laikā otrajā vidē stars ceļos pa ceļu . Jo , pēc tam un .

Trijstūri un taisnstūri ar kopēju hipotenūzu un = ir kā leņķi ar savstarpēji perpendikulārām malām. Leņķiem un mēs rakstām šādas vienādības

Ņemot vērā, ka , , mēs iegūstam

Tagad formulēsim viļņu refrakcijas likumu: Krītošais stars, lauztais stars un perpendikulārs saskarnei starp abām vidēm, kas atjaunots krišanas punktā, atrodas vienā plaknē; krišanas leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir nemainīga vērtība diviem dotiem medijiem, un to sauc par relatīvo refrakcijas indeksu diviem dotiem medijiem.

18. Plaknes viļņu vienādojums. Vides daļiņas, kas atrodas attālumā S no viļņu avota sāk svārstīties tikai tad, kad vilnis to sasniedz. Ja V ir viļņu izplatīšanās ātrums, tad svārstības sāksies ar laika aizkavēšanos

Ja viļņu avots svārstās pēc harmonikas likuma, tad daļiņai, kas atrodas attālumā S no avota mēs ierakstām svārstību likumu formā

Ieviesīsim lielumu, ko sauc par viļņa skaitli. Tas parāda, cik viļņu garumu iederas attālumā, kas vienāds ar garuma vienībām. Tagad attāluma esošās vides daļiņas svārstību likums S no avota mēs rakstīsim formā

Šis vienādojums nosaka svārstību punkta nobīdi atkarībā no laika un attāluma no viļņa avota, un to sauc par plaknes viļņa vienādojumu.

19. Viļņu enerģija un intensitāte. Katra daļiņa, kuru vilnis sasniedz, vibrē un tāpēc tai ir enerģija. Ļaujiet vilnim ar amplitūdu izplatīties noteiktā elastīgas vides tilpumā A un cikliskā frekvence. Tas nozīmē, ka vidējā vibrācijas enerģija šajā tilpumā ir vienāda ar

Kur m – barotnes piešķirtā tilpuma masa.

Vidējais enerģijas blīvums (vidējais tilpuma rādītājs) ir viļņu enerģija uz vides tilpuma vienību

Kur ir barotnes blīvums.

Viļņu intensitāte- fizikāls lielums, kas skaitliski vienāds ar enerģiju, ko vilnis pārvieto laika vienībā caur plaknes laukuma vienību, kas ir perpendikulāra viļņa izplatīšanās virzienam (caur viļņa frontes laukuma vienību), t.i.

Vidējā viļņa jauda ir vidējā kopējā enerģija, ko vilnis nodod laika vienībā caur virsmu ar laukumu S. Vidējo viļņu jaudu iegūstam, reizinot viļņa intensitāti ar laukumu S

20.Superpozīcijas (pārklājuma) princips. Ja elastīgā vidē izplatās viļņi no diviem vai vairākiem avotiem, tad, kā liecina novērojumi, viļņi viens otru iet cauri, viens otru nemaz neietekmējot. Citiem vārdiem sakot, viļņi nesadarbojas viens ar otru. Tas izskaidrojams ar to, ka elastīgās deformācijas robežās saspiešana un spriedze vienā virzienā nekādā veidā neietekmē elastīgās īpašības citos virzienos.

Tādējādi katrs vides punkts, kurā ierodas divi vai vairāki viļņi, piedalās katra viļņa izraisītajās svārstībās. Šajā gadījumā iegūtā barotnes daļiņas nobīde jebkurā brīdī ir vienāda ar katra rezultāta svārstību procesa izraisīto pārvietojumu ģeometrisko summu. Tāda ir vibrāciju superpozīcijas jeb superpozīcijas principa būtība.

Svārstību pievienošanas rezultāts ir atkarīgs no radušos svārstību procesu amplitūdas, frekvences un fāzu starpības.

21. koherentas svārstības - svārstības ar tādu pašu frekvenci un nemainīgu fāzes starpību laika gaitā.

22.Sakarīgi viļņi– vienādas frekvences vai vienāda viļņa garuma viļņi, kuru fāžu starpība noteiktā telpas punktā paliek nemainīga laikā.

23.Viļņu traucējumi– radošā viļņa amplitūdas palielināšanās vai samazināšanās parādība, kad uzklāti divi vai vairāki koherenti viļņi.

A) . Interferences maksimālie nosacījumi.Ļaujiet viļņiem no diviem saskaņotiem avotiem satikties vienā punktā A(96. att.).

Vidējo daļiņu nobīdes punktā A, ko izraisa katrs vilnis atsevišķi, rakstīsim pēc viļņa vienādojuma formā

Kur un , ir viļņu radīto svārstību amplitūdas un fāzes punktā A, un tie ir punkta attālumi, ir starpība starp šiem attālumiem vai viļņu ceļu atšķirība.

Viļņu gaitas atšķirības dēļ otrais vilnis aizkavējas salīdzinājumā ar pirmo. Tas nozīmē, ka pirmā viļņa svārstību fāze ir priekšā otrā viļņa svārstību fāzei, t.i. . To fāzu atšķirība laika gaitā paliek nemainīga.

Lai tiktu pie lietas A daļiņas svārstās ar maksimālo amplitūdu, abu viļņu virsotnēm vai to ieplakām jāsasniedz punkts A vienlaicīgi tajās pašās fāzēs vai ar fāžu starpību, kas vienāda ar , kur n – vesels skaitlis, un - ir sinusa un kosinusa funkciju periods,

Tāpēc šeit formā ierakstām traucējumu maksimuma nosacījumu

Kur ir vesels skaitlis.

Tātad, kad koherenti viļņi tiek uzklāti, iegūto svārstību amplitūda ir maksimāla, ja viļņu ceļu atšķirība ir vienāda ar veselu viļņu garumu skaitu.

b) Interferences minimālais nosacījums. Rezultātā radušos svārstību amplitūda punktā A ir minimāla, ja šajā punktā vienlaikus nonāk divu koherentu viļņu virsotne un ieplaka. Tas nozīmē, ka simts viļņi šajā punktā ieradīsies antifāzē, t.i. to fāzes starpība ir vienāda ar vai , Kur ir vesels skaitlis.

Mēs iegūstam minimālo traucējumu nosacījumu, veicot algebriskās transformācijas:

Tādējādi svārstību amplitūda, kad ir uzlikti divi koherenti viļņi, ir minimāla, ja viļņu ceļu atšķirība ir vienāda ar nepāra skaitu pusviļņu.

24. Interference un enerģijas nezūdamības likums. Ja viļņi traucē interferences minimumu vietās, radušos svārstību enerģija ir mazāka par traucējošo viļņu enerģiju. Bet traucējumu maksimumu vietās radušos svārstību enerģija pārsniedz traucējošo viļņu enerģiju summu tiktāl, ciktāl enerģija traucējumu minimumu vietās ir samazinājusies.

Viļņiem traucējot, svārstību enerģija tiek pārdalīta telpā, taču tiek stingri ievērots saglabāšanas likums.

25.Viļņu difrakcija– parādība, ka vilnis izliecas ap šķērsli, t.i. novirze no taisnās līnijas viļņu izplatīšanās.

Difrakcija ir īpaši pamanāma, ja šķēršļa izmērs ir mazāks par viļņa garumu vai salīdzināms ar to. Lai plaknes viļņa izplatīšanās ceļā ir ekrāns ar caurumu, kura diametrs ir salīdzināms ar viļņa garumu (97. att.).

Saskaņā ar Huygens principu katrs cauruma punkts kļūst par vienu un to pašu viļņu avotu. Cauruma izmērs ir tik mazs, ka visi sekundāro viļņu avoti atrodas tik tuvu viens otram, ka tos visus var uzskatīt par vienu punktu – vienu sekundāro viļņu avotu.

Ja viļņa ceļā tiek novietots šķērslis, kura lielums ir salīdzināms ar viļņa garumu, tad malas pēc Haigensa principa kļūst par sekundāro viļņu avotu. Bet šķēršļa izmērs ir tik mazs, ka tā malas var uzskatīt par sakritīgām, t.i. pats šķērslis ir sekundāro viļņu punktveida avots (97. att.).

Difrakcijas parādība ir viegli novērojama, kad viļņi izplatās pa ūdens virsmu. Kad vilnis sasniedz tievu, nekustīgu stieni, tas kļūst par viļņu avotu (99. att.).

25. Huygens-Fresnel princips. Ja urbuma izmēri ievērojami pārsniedz viļņa garumu, tad vilnis, izejot cauri caurumam, izplatās pa taisnu līniju (100. att.).

Ja šķēršļa izmērs ievērojami pārsniedz viļņa garumu, tad aiz šķēršļa veidojas ēnu zona (101. att.). Šie eksperimenti ir pretrunā Huygens principam. Franču fiziķis Fresnels Huygens principu papildināja ar ideju par sekundāro viļņu saskaņotību. Katrs punkts, kurā pienāk vilnis, kļūst par to pašu viļņu avotu, t.i. sekundāri koherenti viļņi. Tāpēc viļņi nav sastopami tikai tajās vietās, kur sekundārajiem viļņiem ir izpildīti traucējumu minimuma nosacījumi.

26. Polarizēts vilnis– šķērsvilnis, kurā visas daļiņas svārstās vienā plaknē. Ja auklas brīvais gals svārstās vienā plaknē, tad pa auklu izplatās plaknes polarizēts vilnis. Ja auklas brīvais gals svārstās dažādos virzienos, tad vilnis, kas izplatās pa auklu, nav polarizēts. Ja nepolarizēta viļņa ceļā tiek novietots šķērslis šauras spraugas formā, tad pēc iziešanas cauri spraugai vilnis kļūst polarizēts, jo sprauga ļauj auklas vibrācijām iziet gar to.

Ja polarizēta viļņa ceļā paralēli pirmajam ir novietots otrs spraugs, tad vilnis tai brīvi izies cauri (102. att.).

Ja otro spraugu novieto taisnā leņķī pret pirmo, tad vērša izplatība apstāsies. Ierīci, kas izvēlas vibrācijas, kas rodas vienā noteiktā plaknē, sauc par polarizatoru (pirmo spraugu). Ierīci, kas nosaka polarizācijas plakni, sauc par analizatoru.

27.Skaņa - Tas ir saspiešanas un retināšanas izplatīšanās process elastīgā vidē, piemēram, gāzē, šķidrumā vai metālos. Kompresijas un retināšanas izplatīšanās notiek molekulu sadursmes rezultātā.

28. Skaņas skaļums Tas ir skaņas viļņa spēks uz cilvēka auss bungādiņu, ko izraisa skaņas spiediens.

Skaņas spiediens - Tas ir papildu spiediens, kas rodas gāzē vai šķidrumā, kad izplatās skaņas vilnis. Skaņas spiediens ir atkarīgs no skaņas avota vibrācijas amplitūdas. Ja ar vieglu sitienu izdodam kamertonis skaņu, iegūstam tādu pašu skaļumu. Bet, ja kamertonim tiek trāpīts spēcīgāk, tā vibrāciju amplitūda palielināsies un skanēs skaļāk. Tādējādi skaņas skaļumu nosaka skaņas avota vibrācijas amplitūda, t.i. skaņas spiediena svārstību amplitūda.

29. Skaņas augstums nosaka svārstību biežums. Jo augstāka ir skaņas frekvence, jo augstāks ir tonis.

Skaņas vibrācijas, kas rodas saskaņā ar harmoniku likumu, tiek uztvertas kā mūzikas tonis. Parasti skaņa ir sarežģīta skaņa, kas ir vibrāciju kopums ar līdzīgām frekvencēm.

Sarežģītas skaņas pamattonis ir tonis, kas atbilst zemākajai frekvencei noteiktās skaņas frekvenču kopā. Toņus, kas atbilst citām sarežģītas skaņas frekvencēm, sauc par virstoņiem.

30. Skaņas tembrs. Skaņas ar vienādu pamattoni atšķiras tembrā, ko nosaka virstoņu kopa.

Katram cilvēkam ir savs unikāls tembrs. Tāpēc mēs vienmēr varam atšķirt viena cilvēka balsi no citas personas balss, pat ja viņu pamattoņi ir vienādi.

31.Ultraskaņa. Cilvēka auss uztver skaņas, kuru frekvences ir no 20 Hz līdz 20 000 Hz.

Skaņas, kuru frekvence pārsniedz 20 000 Hz, sauc par ultraskaņu. Ultraskaņas izplatās šauru staru veidā un tiek izmantotas hidrolokatoru un defektu noteikšanā. Ar ultraskaņu var noteikt jūras gultnes dziļumu un atklāt defektus dažādās daļās.

Piemēram, ja sliedei nav plaisu, tad no viena sliedes gala izstarotā ultraskaņa, kas atstarota no otra gala, dos tikai vienu atbalsi. Ja ir plaisas, tad no plaisām atspīd ultraskaņa un instrumenti fiksēs vairākas atbalsis. Ultraskaņu izmanto, lai noteiktu zemūdenes un zivju barus. Sikspārnis pārvietojas kosmosā, izmantojot ultraskaņu.

32. Infraskaņa– skaņa ar frekvenci zem 20Hz. Šīs skaņas uztver daži dzīvnieki. To avots bieži vien ir zemes garozas vibrācijas zemestrīču laikā.

33. Doplera efekts ir uztvertā viļņa frekvences atkarība no viļņu avota vai uztvērēja kustības.

Ļaujiet laivai atpūsties uz ezera virsmas un ļaut viļņiem sitīties pret tās malu ar noteiktu frekvenci. Ja laiva sāks kustēties pretēji viļņu izplatīšanās virzienam, palielināsies viļņu trieciena biežums laivas sānos. Turklāt, jo lielāks ir laivas ātrums, jo lielāka ir viļņu biežums, kas skar sānu malu. Un otrādi, laivai pārvietojoties viļņu izplatīšanās virzienā, triecienu biežums samazināsies. Šos argumentus var viegli saprast no att. 103.

Jo lielāks ir pretimbraucošās satiksmes ātrums, jo mazāk laika tiek pavadīts, veicot attālumu starp divām tuvākajām grēdām, t.i. jo īsāks viļņa periods un lielāka viļņa frekvence attiecībā pret laivu.

Ja novērotājs ir nekustīgs, bet viļņu avots kustas, tad novērotāja uztvertā viļņa frekvence ir atkarīga no avota kustības.

Lai gārnis iet pa seklu ezeru pretī novērotājam. Katru reizi, kad viņa ieliek kāju ūdenī, no šīs vietas lokos pletās viļņi. Un katru reizi attālums starp pirmo un pēdējo viļņu samazinās, t.i. Lielāks skaits izciļņu un padziļinājumu ir ieklāts mazākā attālumā. Tāpēc stacionāram novērotājam virzienā, uz kuru gārnis iet, frekvence palielinās. Un otrādi, stacionāram novērotājam, kas atrodas diametrāli pretējā punktā lielākā attālumā, ir vienāds cekuls un siles. Tāpēc šim novērotājam frekvence samazinās (104. att.).