Что такое продольная волна в физике: Поперечные и продольные волны — урок. Физика, 9 класс.

Продольные волны, теория и онлайн калькуляторы

Продольные волны, теория и онлайн калькуляторы

Определение продольных волн

Определение

Волной (волновым процессом) называют процесс распространения колебаний в среде.

При рассмотрении волновых процессов не будем учитывать молекулярное строение вещества, считая вещество сплошным, то есть непрерывно распределенным в пространстве. Кроме того считаем, что среда обладает свойствами упругости.

При распространении волны частицы среды не перемещаются вместе с волной, а осуществляют колебания около своих положений равновесия. С волной от одного элемента среды к другому передаются состояния колебательного движения и энергия колебаний. В этой связи, основное свойство любых волн заключается в переносе энергии без переноса вещества.

Волны делят в зависимости от разных критериев. Так, например есть волны упругие, электромагнитные, поверхностные (на поверхности жидкости).

Упругими (механическими) волнами называют механические возмущения, которые распространяются в среде, обладающей упругими свойствами.

Упругие волны делят на продольные и поперечные.

Характеристика продольных волн

Определение

Продольными называют волны, в которых элементы среды осуществляют колебания в направлении распространения волны.

Продольные волны распространяются в веществе, в котором появляются силы упругости, при деформации растяжения и сжатия тел в любом агрегатном состоянии.

Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, относят к продольным волнам.

При прохождении продольной волны в веществе возникают чередование сгущений и разрежений частиц, которые перемещаются в направлении распространения волны со скоростью $v$. Все время существования волны элементы среды выполняют колебания у своих положений равновесия, при этом разные частицы совершают колебания со сдвигом по фазе. В твердых телах скорость распространения продольных волн больше, чем скорость поперечных волн. Все волны распространяются с конечной скоростью.

Частицы, находящиеся друг от друга на расстоянии равном $vT$ (где T период колебаний) совершают колебания с одинаковыми фазами.

Расстояние между самыми близкими частицами, совершающими колебания в одной фазе называют длиной волны ($\lambda $):

\[\lambda =vT=\frac{v}{\nu }\ \left(1\right),\]

где $\nu $ — частота колебаний, определяемая частотой колебания источника волн, скорость волны зависит от свойств среды. Следовательно, волны с одинаковыми частотами имеют разную длину волны в различных веществах.

Продольные волны имеющие частоты от 17 до 20~000 Гц называют звуковыми. Скорость распространения акустических волн зависит от свойств среды и ее температуры.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Чему равна скорость звука в металле, если в нем расстояние $s$ звук прошел на $\Delta t$ с быстрее, чем в воздухе? Скорость распространения звуковой волны в воздухе считайте равной $v_v$.\textit{}

Решение. Сделаем рисунок.

Пусть в воздухе волна затратила на движение по участку длиной $s$ время равное $t+\Delta t$, тогда скорость звука в воздухе равна:

\[v_v=\frac{s}{t+\Delta t}\left(1. 1\right).\]

Из формулы (1.1) выразим время $t$, которое волна тратит на движение по участку длиной $s$ в металла:$\ $

\[v_v\left(t+\Delta t\right)=s\to t=\frac{s-v_v\Delta t}{v_v}\ \left(1.2\right).\]

Скорость распространения звука в металле найдем как:

\[v=\frac{s}{t}=\frac{sv_v}{s-v_v\Delta t}.\]

Ответ. $v=\frac{sv_v}{s-v_v\Delta t}$

   

Пример 2

Задание. Скорость распространения продольной волны в воздухе составляет $v_v=$350 $\frac{м}{с}$, при ее переходе в воду скорость волны стала равна $v_{Н_2О}=1500\ \frac{м}{с}$, во сколько раз изменилась длина волны при таком переходе?

Решение.За основу решения задачи примем определение длины волн:

\[\lambda =vT\left(2.1\right).\]

Длина волны в воздухе будет равна:

\[{\lambda }_v=v_vT\ \left(2. 2\right).\]

Длина этой же волны в воде составит:

\[{\lambda }_{Н_2О}=v_{Н_2О}T\left(2.3\right).\]

Найдем отношение длин волн, используя выражения (2.2) и (2.3):

\[\frac{{\lambda }_{Н_2О}}{{\lambda }_v}=\frac{v_{Н_2О}}{v_v}.\]

Проведем вычисления:

\[\frac{{\lambda }_{Н_2О}}{{\lambda }_v}=\frac{1500}{350}\approx 4,2.\]

Ответ. $\frac{{\lambda }_{Н_2О}}{{\lambda }_v}\approx 4,2$

   

Читать дальше: пружинный маятник.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

9 лучших примеров продольных волн в повседневной жизни

В физике волны относятся к возмущениям в среде, несущей энергию без общего движения частиц. Двумя наиболее распространенными типами волн являются электромагнитные и механические волны. Оба передают информацию, энергию и импульс, но не передают частицы в среде.

Механическая волна — это вибрация в материи, которая передает энергию через вещество. Однако электромагнитная волна (например, свет) может проходить через вакуум.

Механические волны можно дополнительно разделить на категории в зависимости от способов их распространения. Три типа распространения — это поперечные, продольные и поверхностные волны. В этой статье мы остановимся на продольных волнах.

Что такое продольные волны?

В продольной волне частицы движутся в среде в том же измерении, что и направление движения волны. Другими словами, смещение частицы параллельно направлению движения волны.

Рисунок 1

При прохождении через среду эти волны создают сжатие и разрежение.

• Сжатие — это область высокого давления, где волновые частицы находятся близко друг к другу.
• Разрежения — это области низкого давления, где частицы распространяются дальше друг от друга.

Как вы можете видеть на рис.1, сжатие перемещается слева направо, и энергия передается в том же направлении. Однако ни одна частица не переносится вдоль продольной волны. Вместо этого все они движутся вперед и назад между сжатием, когда волна проходит через среду.

Расстояние между центрами двух последовательных областей (между сжатиями или разрежениями) определяет длину волны продольной волны. Она может производиться в любой среде, включая твердую, жидкую и газовую среду.

Чтобы лучше объяснить это явление, мы перечислили некоторые из лучших примеров продольных волн, которые люди видят в своей повседневной жизни.

9. Вибрационный камертон

Форма: Звуковые волны

Камертон наглядно иллюстрирует, как вибрирующий объект может генерировать звук. Он содержит рукоятку и два зубца, изготовленные из эластичного металла (обычно из стали). Когда вы ударяете по камертону резиновым молотком, его зубцы начинают вибрировать, вызывая возмущения соседних молекул воздуха.

Когда зубец вытягивается наружу из своего нормального положения, окружающий воздух сжимается, создавая область высокого давления (сжатие) рядом с зубцом. Когда зубец затем перемещается внутрь, он расширяет окружающие молекулы воздуха в большую область пространства, которая создает область низкого давления (разрежение) рядом с зубцом.

Пока зубцы вибрируют, они создают чередующийся рисунок областей высокого и низкого давления. Эти области проходят через соседние молекулы воздуха, перенося звуковые сигналы из одного места в другое.

8. Ультразвуковое исследование (Сонография)

Сонограмма плода в утробе матери | Викимедиа

Форма: высокочастотные звуковые волны

Сонография использует ультразвуковые волны для создания изображений внутренних частей тела, таких как кровеносные сосуды, мышцы, суставы, сухожилия и внутренние органы. Эти сонограммы (также называемые ультразвуковыми изображениями) формируются путем передачи ультразвуковых импульсов в ткани с помощью зонда. Импульсы отражаются от тканей с отчетливыми характеристиками отражения и обрабатываются и преобразуются в цифровое изображение.

В отличие от других методов медицинской визуализации, ультразвук дает изображения в реальном времени. Инструменты портативные, менее дорогие и не используют вредное ионизирующее излучение. Тем не менее они обладают ограниченным полем зрения и требуют квалифицированного оператора.

7. Дрожание окон при приближении грома

Форма: звуковые волны

Во время грозы разряды молнии производят мощные и быстрые волны давления, которые распространяются на очень большие расстояния. Когда эти волны достигают вашего дома, они заставляют оконные стекла вибрировать таким же образом, как наша барабанная перепонка вибрирует в ответ на звуковые волны.

В зависимости от характеристик офиса/дома и его окон (таких, как уровень изоляции, структура оконных рам и толщина стекла) вибрирующие оконные стекла могут создавать свой собственный характерный шум. В большинстве случаев это похоже на дребезжание или жужжание.

6. Цунами

Форма: волны на воде (или поверхностные волны)

Цунами — это не то, что вы видите каждый день, но, тем не менее, мы включили это в наш список, чтобы охватить каждый аспект продольных волн. Цунами очень отличается от приливных волн: оно вызвано землетрясением под водой.

В отличие от типичных океанских волн, волны цунами возникают, когда вода движется под действием силы тяжести и излучается через океан, как рябь на пруду. В то время как нормальные волны связаны только с движением верхних слоев воды, цунами включает движение всей колонны от морского дна к поверхности.

Когда волны движутся по воде, частицы движутся по кругу. Радиус этих кругов уменьшается по мере увеличения глубины погружения в воду. Это означает, что на большей глубине волны воды действуют как продольные волны. А вблизи поверхности волны воды ведут себя как поперечные волны

5. Неразрушающий контроль

Форма: высокочастотные звуковые волны

Неразрушающий контроль — это широкий спектр методов контроля, используемых в науке и технике для оценки свойств системы, компонента или материала без их повреждения.

Одной из часто используемых методик является ультразвуковой контроль, основанный на распространении ультразвуковых волн в исследуемом материале или объекте. Очень короткие ультразвуковые импульсы с частотой от 0,1 до 50 МГц передаются на компоненты для обнаружения внутренних дефектов или свойств материала.

Поскольку ультразвуковые волны обладают высокой чувствительностью и высокой проникающей способностью, они позволяют обнаруживать чрезвычайно мелкие дефекты, скрытые глубоко в деталях. Этот метод дает немедленные результаты, поэтому инженеры могут принимать точечные решения. Он в основном используется на металлических сплавах и бетоне.

4. Традиционный сабвуфер

Форма: низкочастотные звуки

Сабвуферы предназначены для воспроизведения звуковых частот низкого тона в диапазоне от 20 до 200 Гц для потребительских товаров и менее 100 Гц для профессиональных аудиосистем для живых выступлений. Они никогда не используются в одиночку; вместо этого они расширяют низкочастотный диапазон динамиков, перекрывая более высокие диапазоны частот.

При воспроизведении песни вы можете увидеть небольшие движения в диффузоре НЧ-динамика. На самом деле он движется внутрь и наружу, и если вы попытаетесь закрыть его выход, вы почувствуете давление воздуха на вашей руке. Это происходит потому, что вуферы производят продольные волны, перемещая частицы воздуха внутрь и наружу.

3. Сейсмические волны

Сейсмические волны (желтые стрелки) могут проникать через мантию и ядро

Форма: Сейсмические волны

Сейсмические волны проходят через слои Земли. Они возникают в результате извержений вулканов, землетрясений, крупных оползней, магматических движений и крупных антропогенных взрывов. Существует два типа сейсмических волн, которые проходят через недра Земли: Первичные (Р) и вторичные (S) волны.

Первичные волны (также называемые волнами давления) имеют продольную природу. Они движутся быстрее, чем другие волны (до 8 км/с в мантии и ядре Земли и 6 км/с в земной коре), и поэтому являются первыми сигналами, обнаруженными сейсмографами.

P-волны могут проходить через твердые породы и жидкости (жидкие слои) Земли по особой схеме. Некоторые животные могут слышать P-волны, возникающие в результате землетрясения. Например, кошки и собаки начинают вести себя странно за несколько минут до землетрясения. Напротив, люди могут ощущать только удары и грохот этих волн.

2. Звуковое оружие

Дальнобойное акустическое устройство на американском корабле «Блю Ридж»

Форма: мощные звуковые волны

Звуковое оружие использует высокие частоты ультразвука, чтобы вывести из строя, ранить или убить противников. Хотя они используются в вооруженных силах и полиции, некоторые типы звукового оружия в настоящее время находятся на стадии исследований и разработок.

Это оружие производит продольные звуковые волны, которые могут вызывать у людей дискомфорт или тошноту. Они часто используются для разгона протестующих и участников беспорядков в целях сдерживания массовых беспорядков.

Оружие с использованием мощных звуковых волн может уничтожить барабанные перепонки противника, вызывая сильную боль или дезориентацию. Исследования показывают, что воздействие ультразвука высокой интенсивности (700 кГц — 3,6 МГц) вызывает повреждение кишечника и легких у мышей.

1. Акустическая микроскопия

Сканирующий акустический микроскоп

Форма: ультравысокочастотный ультразвук

Акустические микроскопы могут проникать в большинство твердых материалов, обнаруживая их внутренние особенности, такие как трещины, пустоты и расслоения. Они работают в диапазоне частот от 10 МГц до 500 МГц.

Сканирующие акустические микроскопы, например, часто используются в биологических и медицинских исследованиях. Они дают данные об эластичности тканей и клеток, что дает бесценную информацию о физических силах, удерживающих структуры в определенных положениях, и механике таких структур, как цитоскелет.

За последнее десятилетие было продемонстрировано несколько акустических микроскопов, основанных на пикосекундных ультразвуковых системах, работающих на частотах ГГц. Они все чаще применяются на наноструктурах, квантовых ямах, а также в одной биологической клетке для зондирования ее механических свойств.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3. 2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5. 3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ — Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Q2 Что такое продольная волна…

Перейти к

• Объективные вопросы
• Вопросы с короткими/длинными ответами

• Иметь значение
• Физические величины и измерения
• Сила и давление
• Энергия
• Световая энергия
• Теплопередача
• Звук
• Электричество

Главная > Селина Солюшнс Класс 8 Физика > Глава 7 — Звук > Упражнение: Вопросы с короткими/длинными ответами > Вопрос 2

Вопрос 2 Короткий/Длинный ответ Вопросы

В2) Что такое продольная волна?

Ответ:

Решение:

Продольные волны — это волны, в которых перемещение среды происходит в том же или противоположном направлении, что и направление распространения волны.

Стенограмма видео

«Привет, студенты, добро пожаловать на Лидо обучающие видео с вопросами и ответами меня зовут паллаби и я математик и студент науки так вот у нас очень интересно вопрос перед нами вот что такое продольная волна Теперь, прежде чем мы углубимся в продольная волна мы должны знать, что есть два типа волн, которые очень важны первый поперечный пример которого световая волна второй продольный волна, так что пример этого звука звуковая волна, значит звуковая волна продольная волна это тоже механическая волна что нам делать что мы подразумеваем под механикой что ему нужен среда для перемещения, поэтому механическая волна значит среда должна быть там чтобы волна шла нормально давайте посмотрим, как звуковые волны похоже вот так выглядит звуковая волна у нас есть амплитуда у нас есть период времени у нас построили здесь все отмечено можно увидеть, что амплитуда вы можете видеть максимальное водоизмещение из среднего положения, как вы можете видеть отсюда — длина волны волна и время, необходимое для прохождения этого большая длина — это период времени волна теперь давайте перейдем к определению продольные волны поэтому продольные волны — это волны, в которых смещение среды, поэтому волна движется в этом направлении скажем, это средний воздух, поэтому частицы среды или молекулы из воздух вытеснение среды находится в том же направлении или напротив направление к направлению распространения волны так что мы имеем в виду Итак, мы знаем, что волна распространяется в этом направлении скажем поэтому частицы среды либо вибрировать с этой стороны это направление или против направления волны но она всегда будет параллельна волна или по направлению волны так чем он отличается от другого волна поперечная волна или световая волна так в световой волне что происходит в частицах они вибрировать перпендикулярно направлению принадлежащий его распространение, если волна распространяется в этом направлении, то пузырьки в среде будут распространяться двигаться или вибрировать в этом направлении а в продольной волне как вы можете видеть на картинке выше Вот так мы имеем вибрирующее тело, производящее звук эти маленькие точки, которые вы видите, частицы так что вы можете видеть, как частицы приближается и образует компрессию здесь и уходя дальше, это образуя разрежение так происходит распространение частиц бывает что по направлению волны давайте повторим определение продольная волна еще раз понять Это лучше поэтому продольные волны — это волны, в которых смещение среды в том же направлении в качестве или в том или ином направлении направление этого распространения фаза так что я надеюсь, что этот момент был ясен, если вы есть еще какие-нибудь вещи пожалуйста, оставьте свои комментарии ниже, спасибо ты»

Связанные вопросы

Q1) Как звук распространяется по воздуху?

Q3) Объясните механизм образования продольной волны при колебаниях источника в воздухе.

Q4) Дайте определение следующим терминам: (a) Амплитуда (b) Частота (c) Период времени

Q5) Получите связь между периодом времени и частотой.

Q6) Назовите три характеристики музыкального звука.

Q7) Назовите приведенную ниже величину, которая определяет громкость звуковой волны: (a) Длина волны (b) F…

Фейсбук WhatsApp

Копировать ссылку

Было ли это полезно?

Упражнения

Объективные вопросы

Короткие/длинные вопросы. Вопросы

Главы

Маттер

Физические величины и измерения

Сила и давление

Энергия

Энергия Light

Теплопередача

Sound

Electricity

Sound

Electricity

.

Курсы

Быстрые ссылки

Условия и политика

Условия и политика

2022 © Quality Tutorials Pvt Ltd Все права защищены

Продольное и поперечное волновое движение

Продольное и поперечное волновое движение

---

Дэниел А. Рассел , Высшая программа по акустике, Пенсильванский государственный университет

---

Эта работа Дэна Рассела находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Основано на работе с http://www.acs.psu.edu/drussell/demos.html.

Содержание этой страницы было первоначально опубликовано 26 августа 1998 г. . Последний раз анимации обновлялись 5 августа 2016 г. . Код HTML был изменен для совместимости с HTML5 18 марта 2013 г.

---

Механические волны — это волны, которые распространяются через материальную среду (твердое тело, жидкость или газ) со скоростью волны, которая зависит от упругих и инерционных свойств этой среды. Существует два основных типа волнового движения механических волн: продольных волн и поперечных волн. Приведенные ниже анимации демонстрируют оба типа волн и иллюстрируют разницу между движением волны и движением частиц в среде, через которую распространяется волна.

---

Следующие анимации были созданы с использованием модифицированной версии Mathematica ^® Notebook » Звуковые волны» Матса Бенгтссона.

Продольные волны

В продольной волне смещение частиц параллельно направлению распространения волны. Анимация справа показывает одномерную продольную плоскую волну, распространяющуюся по трубе. Частицы не движутся по трубе вместе с волной; они просто колеблются взад-вперед относительно своего индивидуального положения равновесия. Выберите одну частицу и наблюдайте за ее движением. Волна видится как движение сжатой области (т.е. это волна давления), которая движется слева направо.

Вторая анимация справа показывает разницу между колебательным движением отдельных частиц и распространением волны в среде. Анимация также определяет области сжатия и разрежения.

Р-волны (первичные волны) при землетрясении являются примерами продольных волн. Р-волны распространяются с наибольшей скоростью и приходят первыми.

Чтобы увидеть анимацию сферических продольных волн, проверьте:

• Звуковое излучение от простых источников
• Излучение от цилиндрических источников

---

Поперечные волны

В поперечной волне смещение частицы перпендикулярно направлению распространения волны. На анимации ниже показана одномерная поперечная плоская волна, распространяющаяся слева направо. Частицы не движутся вместе с волной; они просто колеблются вверх и вниз вокруг своего индивидуального положения равновесия, когда волна проходит мимо. Выберите одну частицу и наблюдайте за ее движением.

S-волны (вторичные волны) при землетрясении являются примерами поперечных волн. S-волны распространяются со скоростью, меньшей, чем P-волны, и приходят на несколько секунд позже.

---

Волны на воде (обновлено в 2016 г.)

Волны на воде — это пример волн, в которых сочетаются как продольные, так и поперечные движения. Когда волна проходит через вейвер, частицы проходят кругов по часовой стрелке . Радиус кругов уменьшается по мере увеличения глубины в воде. Анимация справа показывает водную волну, бегущую слева направо в области, где глубина воды больше, чем длина волны. Я выделил две частицы оранжевым цветом, чтобы показать, что каждая частица действительно движется по кругу по часовой стрелке по мере прохождения волны.

---

Поверхностные волны Рэлея (обновлено в 2016 г.)

Другой пример волн с продольным и поперечным движением можно найти в твердых телах как Поверхностные волны Рэлея (названы в честь Джона У. Струтта, 3-го барона Рэлея, который впервые изучил их в 1885 г.) . Частицы в твердом теле, через которые проходит поверхностная волна Рэлея, движутся по эллиптическим траекториям, причем большая ось эллипса перпендикулярна поверхности твердого тела. По мере увеличения глубины твердого тела «ширина» эллиптического пути уменьшается.

Волны Рэлея в упругом твердом теле очень существенно отличаются от поверхностных волн в воде. В водной волне все частицы движутся по кругу по часовой стрелке. Однако в поверхностной волне Рэлея частицы на поверхности описывают 90 129 эллипсов против часовой стрелки 90 130 эллипсов, а частицы на глубине более 1/5 длины волны описывают 90 129 эллипсов по часовой стрелке 90 130 эллипсов. Это движение часто называют «ретроградным», поскольку на поверхности горизонтальная составляющая движения частицы направлена ​​в направлении, противоположном направлению распространения волны. На этой анимации я выделил две частицы оранжевым цветом, чтобы проиллюстрировать ретроградный эллиптический путь на поверхности и изменение направления движения в зависимости от глубины.

Поверхностные волны Рэлея — это волны, вызывающие наибольшие повреждения во время землетрясения. Они распространяются со скоростью, меньшей, чем S-волны, и приходят позже, но с гораздо большей амплитудой. Это также волны, которые легче всего ощущаются во время землетрясения и включают в себя движение как вверх-вниз, так и из стороны в сторону.

Обновление (5 августа 2016 г.) : Спасибо Донгяо Ли (аспирант Иллинойского университета, Урбана-Шампейн), который задавал вопросы, в результате чего была значительно улучшена версия этой анимации.

---

Назад на страницу анимации акустики и вибрации

Продольная волна: определение и пример

Все мы знакомы с волнами в океане, но знаете ли вы, что волны бывают разных видов? Один такой тип волны называется продольной волной. В этой статье мы рассмотрим, что это означает, и некоторые свойства продольных волн.

Что такое продольные волны?

Во-первых, обратите внимание, что волны — это способы, по которым энергия может перемещаться без необходимости сопровождать ее материей. Звуковая волна толкает воздух перед собой с информацией, передавая по воздуху колебательную кинетическую энергию. Итак, что такое продольная волна?

Продольные волны — это особый тип волн, в которых возмущенные частицы колеблются в том же направлении, что и волна.

Материал, через который проходит волна, называется средой. Это может быть вода в случае океанских волн или сама Земля в случае сейсмических волн. Частицы в этой среде должны двигаться вперед и назад, чтобы волна могла распространяться или проходить вперед. Это движение вперед и назад может быть в любом направлении; однако для продольных волн частицы в среде могут двигаться только параллельно направлению распространения волны.

Продольные волны имеют период сжатия, период в волне, когда две соседние частицы сближаются, и период разрежения, когда две соседние частицы раздвигаются. Они аналогичны гребням и впадинам поперечных волн. Наконец, только поперечные волны способны быть поляризованными, а также ориентированными. Это невозможно сделать с продольной волной. Это работает, потому что по мере распространения волны каждая частица в среде немного не совпадает по фазе. Когда одна частица начинает двигаться вперед и назад, следующая частица в линии немного задерживается, прежде чем начать такое же движение. Когда все частицы в среде действуют таким образом, волна может распространяться вперед в том направлении, в котором она движется.

Поперечные и продольные волны

Поперечная волна невероятно похожа на продольную волну, но отличается только одним ключевым аспектом. Там, где продольные волны имеют частицы в среде, распространяющиеся параллельно направлению волны, поперечная волна вместо этого будет иметь частицы в среде, движущиеся перпендикулярно направлению волны.

Из-за этой единственной, но большой разницы эти волны будут вести себя совершенно по-разному. Из-за характера распространения поперечная волна не может проходить через среду, которая является газом, а только через твердое тело или жидкость. Это не проблема для продольных волн, так как они могут распространяться в любой среде, будь то твердое тело, жидкость или газ.

Другим следствием этой разницы в движении является то, что поперечные волны двумерны, а продольные волны одномерны.

Пример того, как колеблется поперечная волна.

Продольная волна все еще остается волной, а это означает, что она переносит информацию из одного места в другое. Эта информация содержится в противофазном движении частиц по мере распространения волны, известном как сжатие и разрежение.

Диаграмма продольных волн

Ниже приведена диаграмма, показывающая основные характеристики продольной волны:

Пример того, как колеблется продольная волна. Обратите внимание на сжатия и разрежения.

Каковы некоторые примеры продольных волн?

Продольные волны встречаются повсюду в нашей повседневной жизни, и достаточно посмотреть в любом направлении, чтобы найти хороший пример.

Продольные волны: Звуковые волны

Мы уже упоминали один пример продольной волны, которую мы видим каждый день, или, лучше сказать, слышим каждый день. Звуковые волны — это продольные волны, которые мы должны знать в любом случае из-за того, что звук распространяется по воздуху, и мы уже знаем, что это могут делать только продольные волны. Когда издается звук, источник этого звука ударяется в воздух прямо перед этим источником много раз в секунду, и этот удар толкает продольную волну вперед, прямо в наши уши, чтобы мы могли ее услышать.

В следующий раз, когда вы окажетесь рядом с динамиком, попробуйте положить руку перед источником звука на нем. Вы сможете почувствовать, как что-то давит на вашу руку, это продольные звуковые волны! Вы можете почувствовать, как они толкаются, когда они двигаются вперед и назад, а не вверх и вниз.

Источником звука будет центр динамика. Положив руку на него, вы почувствуете, как вибрационные волны движутся вперед. Wikimedia Commons

Другая продольная волна также может быть вызвана непосредственно звуковыми волнами. Если на объект, способный вибрировать, попадет звуковая волна определенной частоты, он начнет вибрировать на этой частоте. Эта вибрация действует как продольная волна по всему объекту. Например, когда стекло разбивается высокой частотой, проходящей через него. Если звуковая волна ударяет по стеклу с достаточно высокой амплитудой и распространяется с нужной частотой, чтобы стекло тоже вибрировало, стекло начнет вибрировать так агрессивно, что в конце концов может разбиться! Эта частота называется 9.0043 резонансная частота, , и у каждого материала есть одна, в которой, если волна этой частоты проходит через него, это заставляет материал колебаться на той же частоте с увеличивающейся амплитудой, пока эта частота не вызовет деградацию материала.

Продольные волны: землетрясения

Возможно, вы думали, что продольные волны распространяются только по воздуху, поскольку мы еще не видели ни одной волны, способной распространяться в жидкости или твердом теле. Однако особенно опасным видом продольной волны, распространяющейся по земле, является землетрясение. Землетрясения бывают не только продольными, они состоят из разных волн, а продольная волна при землетрясении известна как продольная волна. Это волны, которые приходят до

большие и особо опасные зубцы S, которые являются поперечными и обычно не причиняют большого вреда, но их все же можно почувствовать. Эти P-волны появляются первыми из-за того, что продольные волны распространяются быстрее, чем поперечные волны. Они всегда будут путешествовать только по земле, это движение вперед и назад, которое идет рука об руку с продольными волнами, является причиной того, что земля будет двигаться слева направо, когда эти P-волны активны.

Причина, по которой животные могут обнаруживать землетрясения раньше нас, связана с этими P-волнами! Мы редко замечаем их до больших S-волн, но обостренные чувства многих различных животных, таких как собаки и кошки, могут регистрировать эти волны и искать убежища до того, как может произойти какой-либо реальный ущерб.

Удивительный, но и опасный вид настоящей продольной волны возникает в больших приливных волнах. Поскольку эти виды волн известны тем, что они поднимаются и опускаются, вам простительно думать, что это полностью поперечные волны, но это не так. В конце концов волны сжимаются, и вода, по которой движется волна, начинает двигаться параллельно направлению волны.

Продольная волна — основные выводы

• Продольная волна — это волна, в которой частицы среды, в которой она движется, движутся параллельно направлению движения.

• Волна движется вперед за счет того, что частицы среды немного не совпадают по фазе друг с другом.

• Поперечные волны похожи на продольные волны, однако они перемещают частицы в своей среде перпендикулярно направлению движения, а не параллельно.