Valurile ne înconjoară peste tot, deoarece trăim într-o lume a mișcării și a sunetului. Care este natura procesului ondulatoriu, care este esența teoriei proceselor ondulatorii? Să ne uităm la asta cu un exemplu de experimente.
Conceptul undelor în fizică
Un concept comun pentru multe procese este prezența sunetului. Prin definiție, sunetul este rezultatul mișcărilor oscilatorii rapide care sunt create de aer sau de alt mediu perceput de organele noastre auditive. Cunoscând această definiție, putem trece la considerarea conceptului de „proces val”. Există o serie de experimente care vă permit să luați în considerare vizual acest fenomen.
Procesele unde studiate în fizică pot fi observate sub formă de unde radio, unde sonore, unde de compresie la utilizarea corzilor vocale. S-au răspândit prin aer.
Pentru a defini vizual conceptul, aruncați o piatră într-o băltoacă și caracterizați răspândirea efectelor. Acesta este un exemplu de undă gravitațională. Apare din cauza creșterii și scăderii lichidului.
Acustica
O întreagă secțiune numită „Acustica” este dedicată studiului proprietăților sunetului în fizică. Să vedem ce caracterizează. Să ne concentrăm asupra lucrurilor șiprocese în care totul nu este încă clar, pe probleme care încă așteaptă să fie rezolvate.
Acustica, ca și alte ramuri ale fizicii, are încă multe mistere nerezolvate. Încă nu au fost deschise. Să luăm în considerare procesul undelor în acustică.
Sunet
Acest concept este asociat cu prezența mișcărilor oscilatorii, care sunt produse de particulele mediului. Sunetul este o serie de procese oscilatorii asociate cu apariția undelor. În procesul de formare în mediu de compresie și rarefacție, are loc un proces ondulatoriu.
Indicatorii de lungime de undă depind de natura mediului în care au loc procesele oscilatorii. Aproape toate fenomenele care apar în natură sunt asociate cu prezența vibrațiilor sonore și a undelor sonore care se propagă în mediu.
Exemple de determinare a procesului undelor în natură
Aceste mișcări pot informa despre fenomenul procesului undei. Undele sonore de în altă frecvență pot parcurge mii de kilometri, cum ar fi atunci când un vulcan erupe.
Când are loc un cutremur, au loc vibrații acustice și geoacustice puternice, care pot fi înregistrate de receptoare speciale de sunet.
În timpul unui cutremur subacvatic, are loc un fenomen interesant și teribil - un tsunami, care este un val uriaș care a apărut în timpul unei puternice manifestări subterane sau subacvatice a elementelor.
Datorită acusticii, puteți obține informații că se apropie un tsunami. Multe dintre aceste fenomene sunt cunoscute de mult timp. Dar până acum, câteva concepte de fizicănecesită un studiu atent. Prin urmare, pentru studiul misterelor care nu au fost încă rezolvate, undele sonore vin în ajutor.
Teoria tectonicii
În secolul al XVIII-lea s-a născut „ipoteza catastrofei”. La acea vreme, conceptele de „element” și „regularitate” nu erau conectate. Apoi au descoperit că vârsta fundului oceanului este mult mai tânără decât cea a pământului, iar această suprafață este în mod constant actualizată.
În acest moment, datorită unei noi priviri asupra pământului, ipoteza nebună a ajuns la teoria „Tectonică a plăcilor litosferice”, care afirmă că mantaua pământului se mișcă, iar firmamentul plutește. Un astfel de proces este similar cu mișcarea gheții eterne.
Pentru a înțelege procesul descris, este important să scapi de stereotipuri și vederi obișnuite, pentru a realiza alte tipuri de ființă.
Alte progrese în știință
Viața geologică de pe pământ are propriul timp și starea materiei. Știința a reușit să recreeze asemănarea. Fundul oceanului se mișcă în mod constant, provocând rupturi și formațiuni de creste pe măsură ce materie nouă se ridică din adâncurile pământului la suprafață și se răcește treptat.
În acest moment, procesele au loc pe uscat când plăcile colosale ale litosferei plutesc pe suprafața mantalei terestre - învelișul superior de piatră a pământului, care poartă continentele și fundul mării.
Numărul de astfel de plăci este de aproximativ zece. Mantaua este agitată, așa că plăcile litosferice încep să se miște. În condiții de laborator, acest proces are aspectul unei experiențe grațioase.
În natură, amenință cu un dezastru geologic- cutremur. Motivul mișcării plăcilor litosferice este procesele globale de convecție care au loc în adâncurile pământului. Rezultatul fierbintei va fi un tsunami.
Japonia
Printre alte zone ale pământului periculoase din punct de vedere seismic, Japonia ocupă un loc special, acest lanț de insule este numit „centrul de foc”.
Urmând îndeaproape respirația firmamentului pământului, se poate prezice catastrofa iminentă. Pentru a studia procesele oscilatoare, în grosimea pământului a fost introdusă o instalație de foraj ultraprofundă. A pătruns la o adâncime de 12 km și a permis oamenilor de știință să tragă concluzii despre prezența anumitor roci în interiorul pământului.
Viteza unei unde electromagnetice este studiată la lecțiile de fizică din clasa a 9-a. Arată experiență cu greutăți situate la o distanță egală una de ceal altă. Ele sunt conectate prin arcuri identice de forma obișnuită.
Dacă deplasați prima greutate la dreapta pe o anumită distanță, a doua rămâne în aceeași poziție pentru un timp, dar arcul începe deja să se comprima.
Definiția termenului „undă”
De când a avut loc un astfel de proces, a apărut o forță elastică care va împinge a doua greutate. Va obține o accelerație, după un timp va lua viteză, se va mișca în această direcție și va comprima arcul între a doua și a treia greutate. La rândul său, al treilea va primi accelerație, va începe să accelereze, se va schimba și va afecta al patrulea arc. Astfel, procesul va avea loc pe toate elementele sistemului.
În acest caz, deplasarea celei de-a doua sarcini de-a lungultimpul va avea loc mai târziu decât primul. Efectul rămâne întotdeauna în urma cauzei.
De asemenea, deplasarea celei de-a doua sarcini va atrage după sine deplasarea celei de-a treia. Acest proces tinde să se răspândească spre dreapta.
Dacă prima greutate a început să fluctueze conform legii armonice, atunci acest proces se va extinde la a doua greutate, dar cu o reacție întârziată. Prin urmare, dacă faci să vibreze prima greutate, poți obține o oscilație care se va răspândi în spațiu în timp. Aceasta este definiția unui val.
Soiuri de valuri
Să ne imaginăm o substanță care constă din atomi, aceștia sunt:
- au masă - ca greutățile propuse în experiment;
- se conectează între ele, formând un corp solid prin legături chimice (după cum sa discutat în experimentul cu un arc).
De aici rezultă că materia este un sistem care seamănă cu un model din experiență. Poate propaga o undă mecanică. Acest proces este asociat cu apariția forțelor elastice. Astfel de valuri sunt adesea denumite „buncy”.
Există două tipuri de unde elastice. Pentru a le determina, puteți lua un arc lung, îl puteți fixa pe o parte și îl puteți întinde spre dreapta. Deci puteți vedea că direcția de propagare a undelor este de-a lungul arcului. Particulele mediului se mișcă în aceeași direcție.
Într-o astfel de undă, natura direcției de oscilație a particulei coincide cu direcția de propagare a undei. Acest concept se numește „undă longitudinală”.
Dacă întinzi arcul și îi dai timp să vinăîntr-o stare de repaus și apoi schimbați brusc poziția în direcția verticală, se va vedea că unda se propagă de-a lungul arcului și se reflectă de mai multe ori.
Dar direcția de oscilație a particulelor este acum verticală, iar propagarea undei este orizontală. Aceasta este o undă transversală. Poate exista numai în solide.
Viteza undelor electromagnetice de diferite tipuri este diferită. Această proprietate este folosită cu succes de seismologi pentru a determina distanța până la sursele de cutremur.
Când o undă se propagă, particulele oscilează de-a lungul sau peste, dar acest lucru nu este însoțit de transferul de materie, ci doar de mișcare. Deci este indicat în manualul „Fizică” Clasa 9.
Caracterizarea ecuației de undă
Ecuația de undă în știința fizică este un fel de ecuație diferențială hiperbolică liniară. Este folosit și pentru alte domenii acoperite de fizica teoretică. Aceasta este una dintre ecuațiile pe care fizica matematică le folosește pentru calcule. În special, sunt descrise undele gravitaționale. Folosit pentru a descrie procese:
- în acustică, de regulă, tip liniar;
- în electrodinamică.
Procesele unde sunt afișate în calculul pentru cazul multidimensional al unei ecuații de undă omogene.
Diferența dintre un val și un leagăn
Descoperirile remarcabile vin din gândirea la un fenomen obișnuit. Galileo a considerat bătăile inimii sale drept standard de timp. Astfel, a fost descoperită constanța procesului de oscilații pendulului – una dintre principalele prevederi ale mecanicii. Aceastaabsolut numai pentru un pendul matematic - un sistem oscilator ideal, care se caracterizează prin:
- poziție de echilibru;
- forță care readuce corpul în poziția sa de echilibru atunci când se abate;
- tranziții de energie atunci când au loc fluctuații.
Pentru a dezechilibra sistemul, este necesară condiția pentru apariția oscilațiilor. În acest caz, este raportată o anumită energie. Diferite sisteme vibratoare necesită diferite tipuri de energie.
Oscilația este un proces care se caracterizează printr-o repetare constantă a mișcărilor sau stărilor sistemului în anumite perioade de timp. O demonstrație clară a procesului oscilator este exemplul unui pendul oscilant.
Procesele oscilatorii și ondulatorii sunt observate în aproape toate fenomenele naturale. Unda are funcția de a perturba sau schimba starea mediului, se propagă în spațiu și transportă energie fără a fi nevoie să transfere materie. Aceasta este o proprietate distinctivă a proceselor ondulatorii; acestea au fost studiate în fizică de mult timp. Când cercetați, puteți evidenția lungimea de undă.
Undele sonore pot exista în toate sferele, ele nu există doar în vid. Undele electromagnetice au proprietăți speciale. Pot exista peste tot, chiar și în vid.
Energia unei unde depinde de amplitudinea acesteia. Unda circulară, care se propagă de la sursă, împrăștie energie în spațiu, astfel încât amplitudinea acesteia scade rapid.
Un val liniar are proprietăți interesante. Prin urmare, energia sa nu este disipată în spațiuamplitudinea unor astfel de unde scade doar din cauza forței de frecare.
Direcția de propagare a undelor este reprezentată de raze - linii care sunt perpendiculare pe frontul de undă.
Unghiul dintre raza incidentă și normală este unghiul de incidență. Între fasciculul normal și cel reflectat se află unghiul de reflexie. Egalitatea acestor unghiuri este păstrată în orice poziție a obstacolului față de frontul de undă.
Când undele care se mișcă în direcții opuse se întâlnesc, se poate forma o undă staționară.
Rezultate
Particulele mediului dintre nodurile adiacente ale unei unde staţionare oscilează în aceeaşi fază. Aceștia sunt parametrii procesului de undă fixați în ecuațiile de undă. Când undele se întâlnesc, pot fi observate atât creșteri, cât și scăderi ale amplitudinii lor.
Cunoscând principalele caracteristici ale procesului undei, este posibil să se determine amplitudinea undei rezultate la un punct dat. Să stabilim în ce fază va ajunge valul din prima și a doua sursă în acest punct. În plus, fazele sunt opuse.
Dacă diferența de cale este un număr impar de semi-unde, amplitudinea undei rezultate în acest punct va fi minimă. Dacă diferența de cale este egală cu zero sau cu un număr întreg de lungimi de undă, se va observa o creștere a amplitudinii undei rezultate la punctul de întâlnire. Acesta este un model de interferență atunci când sunt adăugate unde din două surse.
Frecvența undelor electromagnetice este fixată în tehnologia modernă. Dispozitivul receptor trebuie să înregistreze unde electromagnetice slabe. Dacă puneți un reflector, mai multă energie a valurilor va intra în receptor. Sistemul reflector este instalat astfel încât să creeze maximumsemnal pe dispozitivul de recepție.
Caracteristicile procesului ondulatoriu stau la baza ideilor moderne despre natura luminii și structura materiei. Astfel, când le studiezi într-un manual de fizică de clasa a IX-a, poți învăța cu succes cum să rezolvi probleme din domeniul mecanicii.
