Статии за формулата за дефиниране и видовете механични вълни
ДЕФИНИЦИЯ НА МЕХАНИЧНИ ВЪЛНИ
Ако държите единия край на въжето и го вибрирате нагоре и надолу, ще се появи вълна, която се разпространява по въжето. Или ако пуснете камък във водата, на повърхността на водата ще се появят вълни. Въжето и водата осцилират само нагоре и надолу, а не се движат хоризонтално. Вълните върху въже и вълните във вода са примери за механични вълни.
Механичните вълни са вълни, които се разпространяват през среда. Примери за механични вълни са вълни по въжета или струни, вълни във вода, звукови вълни, които се разпространяват във въздушна среда, и земетръсни вълни, които се разпространяват в почвена среда. Вълните могат да се разпространяват на големи разстояния, докато средата, през която вълните вибрират, е около точката на равновесие.
ВИДОВЕ МЕХАНИЧНИ ВЪЛНИ
Въз основа на формата си, механичните вълни се разделят на два вида, а именно напречни вълни и надлъжни вълни.
Напречните вълни са вълни, които възникват, когато посоката на движение на вълната е перпендикулярна на посоката на движение на частиците. Например, вълни върху въже, вълни върху вода.
Ако вълните в струната се движат в хоризонтална посока, частиците в струната се движат във вертикална посока. По същия начин, ако водните вълни се движат в хоризонтална посока, водните частици се движат във вертикална посока.
Надлъжните вълни са вълни, които възникват, когато посоката на движение на вълната е успоредна на посоката на движение на частиците. Например вълни в пружини и звукови вълни във въздуха.
Ако вълната върху пружината се движи в хоризонтална посока, тогава плътността и напрежението, които се образуват в пружината, също се движат напред-назад в хоризонтална посока.
По същия начин, ако звуковата вълна се движи във вертикална посока, въздухът се свива и разтяга във вертикална посока.
Земетръсните вълни се състоят от напречни вълни (наречени срязващи вълни) и надлъжни вълни (наречени вълни на налягане).
ФОРМУЛА ЗА МЕХАНИЧНИ ВЪЛНИ
Формула за напречна вълна
За описание на вълните се използват няколко величини, а именно амплитуда (A), честота (f), период (T) и скорост на вълната (v).
Амплитудата е максималното отклонение. Периодът е интервалът от време на два последователни гребена/долини на вълната, които преминават през една и съща точка в пространството. Честотата е броят на върховете/долините, които преминават през една и съща точка за единица време.
Механичните вълни се движат с определена скорост. Формулата за скорост на вълната е:
v = λ f = λ/T
v = скорост на вълната, λ = дължина на вълната, f = честота, T = период.
Международната единица за дължина на вълната е метри, единицата за честота е херц, а единицата за период е секунди. Единицата за скорост на вълната е метри/секунда.
Примерен проблем:
Напречната вълна върху струна има честота 2 Hz (2 гребена на вълната преминават през една и съща точка в пространството за 1 секунда) и дължина на вълната 3 метра (разстоянието между двата най-близки гребена е 2 метра). Каква е скоростта на вълната?
известен:
Честота (f) = 2 Hz
Дължина на вълната (λ) = 3 метра
Търси се: Скорост (v)
Решение:
v = λ f = 3 (2) = 6 м/с
Скоростта на напречната вълна в дадена среда зависи от естеството на средата, през която тя преминава. Например, скоростта на вълната върху струна (въже, струна, тел) зависи от силата на опън в струната (ОП) и от плътността на масата на струната (масата на струната на единица дължина).
Примерен проблем:
Вълна е с дължина 1 метър и се разпространява по нишка с дължина 100 метра и маса 2 кг. Опънът във въжето е 200 N. Каква е скоростта на вълните във въжето?
известен:
Дължина на вълната (λ) = 1 метър
Дължината на въжето (L) = 100 метра
Масата на въжето (m) = 2 kg
Напрежението във въжето (T) = 200 N
Търси се: Скорост на вълните върху струна (v)
Решение:
Формулата на надлъжната вълна
Скоростта на надлъжните вълни в дадена среда зависи от естеството на средата, през която тя преминава. Скоростта на надлъжните вълни, които се разпространяват върху твърди пръти, се изчислява по формулата:
v = скорост на вълната, E = модул на еластичност на Юнг, ρ = плътност
Примерен проблем:
Изчислете скоростта на звуковата вълна, разпространяваща се по стоманената релса. Модулът на еластичност на Янг-Стил = 2 x 10 ^11 N/m² , а плътността на стоманата = 7.8 x 10^ 3 kg/m³.
известен:
Модулът на еластичност на стоманата (E) = 2 x 10 ^11 N/ m²
Плътност на стоманата (ρ) = 7.8 x 10³ kg / m³
Търси се: Скорост на звуковите вълни
Решение:
Скоростта на надлъжните вълни, които се разпространяват в течности и газове, се изчислява по формулата: v = скорост на вълната, B = модул на обемна еластичност, ρ = плътност
Примерен проблем:
Каква е скоростта на надлъжните вълни, когато се разпространяват през вода?
Модул на насипната вода (B) = 2 x 109 N / m2
Плътността на водата (ρ) = 1000 kg/ m3
Решение:
Скорост на надлъжната вълна при разпространение във вода:
