Най-важното от урока
Видове вълни: Напречни (трептене ⊥ на движението, пр. вълна по въже) и надлъжни (трептене || на движението, пр. звук).
Представяне: С вълнови фронтове (гребени) и лъчи (посока). Биват сферични (от точка) и плоски (далече от източник).
Разпространение: Надлъжните вълни се движат в газове, течности и твърди тела. Напречните – само в твърди тела.
Представяне: С вълнови фронтове (гребени) и лъчи (посока). Биват сферични (от точка) и плоски (далече от източник).
Разпространение: Надлъжните вълни се движат в газове, течности и твърди тела. Напречните – само в твърди тела.
Механичните вълни се делят на два вида според посоката на трептене на частиците на средата спрямо посоката на разпространение на вълната.
- Напречни вълни: Частиците трептят перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната.
- Надлъжни вълни: Частиците трептят успоредно (в същата посока) на разпространението на вълната.
Вълните по опънато въже са напречни. Звуковите вълни във въздуха са надлъжни, защото представляват редуващи се области на свиване и разреждане на въздуха.
Движението "мексиканска вълна" по трибуните на стадион какъв тип вълна е?
Отговор: Напречна. Всеки зрител се движи нагоре и надолу, докато вълната се разпространява хоризонтално по трибуните. Движението на "частиците" (хората) е перпендикулярно на движението на вълната.
Вълните се представят графично с вълнови фронтове (линии или повърхности, свързващи точки с еднаква фаза, например гребените) и лъчи (линии, показващи посоката на разпространение). Лъчите винаги са перпендикулярни на вълновите фронтове.
- Сферични вълни: Разпространяват се във всички посоки от точков източник. Вълновите им фронтове са концентрични сфери.
- Плоски вълни: Разглеждат се далече от източника, където малки части от сферичните фронтове изглеждат като успоредни равнини. Лъчите им са успоредни прави.
Когато хвърлим камъче във вода, се образуват сферични вълни (в 2D те изглеждат като концентрични кръгове). Морските вълни, достигащи брега, са пример за плоски вълни, тъй като източникът им е далече в морето.
Какво е разстоянието между два съседни вълнови фронта на една вълна?
Отговор: Разстоянието е равно на една дължина на вълната (\(\lambda\)).
За разпространението на механични вълни е необходима еластична среда. Видът на вълната зависи от свойствата на средата.
- Надлъжни вълни се разпространяват в газове, течности и твърди тела. Те са свързани с деформации на свиване/разширяване (промяна на обем).
- Напречни вълни се разпространяват само в твърди тела. Те са свързани с деформации на хлъзгане (промяна на форма), на които само твърдите тела могат да се съпротивляват ефективно.
При земетресение се генерират и двата вида вълни в земната кора (твърдо тяло). Надлъжните сеизмични вълни (P-вълни) са по-бързи, а напречните (S-вълни) са по-бавни. Във воден басейн може да се разпространяват само надлъжни звукови вълни.
Защо напречните вълни не могат да се разпространяват във въздуха?
Отговор: Защото газовете (като въздуха) не оказват съпротивление при промяна на формата. Частиците на газа лесно се плъзгат една спрямо друга и не могат да предадат напречно трептене на съседните си частици.
Задачи за упражнение
Лесна: Когато свирите на китара, какъв вид вълна се разпространява по струната?
Отговор: Напречна вълна. Струната (твърдо тяло) трепти перпендикулярно на дължината си.
Средна: Далечна гръмотевица се чува като продължително буботене, а близката - като рязък гръм. Знаейки, че звукът е вълна, как може да се обясни това?
Отговор: Звукът от мълнията е източник на сферични вълни. Когато източникът е близо, вълновият фронт, който ни достига, е с малка кривина и пристига почти едновременно – чуваме го като рязък гръм. Когато е далече, вълните се отразяват от земята и облаците и пристигат по различно време, а и различните части на мълнията са на различно разстояние от нас, което разтегля звука във времето и го чуваме като буботене.
Трудна: Сеизмолозите знаят, че външното ядро на Земята е в течно състояние. Те стигат до този извод, като анализират сеизмичните вълни от далечни земетресения. Кой от двата вида сеизмични вълни (надлъжни P-вълни или напречни S-вълни) им е помогнал да направят това заключение и защо?
Отговор: Напречните S-вълни. Тъй като напречните вълни не могат да се разпространяват в течности, сеизмолозите са забелязали, че S-вълните не преминават през ядрото на Земята. Това създава "сянка" на S-вълните от другата страна на планетата, което е силно доказателство, че външното ядро е течно. Надлъжните P-вълни преминават, макар и с променена скорост.
