Волны

Колебания качелей и маятника — это колебания од­ного единственного тела. А что произойдёт, если вы, имея целый ряд тел, как-то связанных друг с другом и способных колебаться, приведёте в колебание одно из этих тел? Естественно ожидать, что в этом случае колебание, сообщённое одному телу, будет постепенно передаваться соседним телам.

В действительности так и происходит.

Бросьте в спокойную воду камешек. Вокруг места падения камня тотчас же образуются круговые волны, расходящиеся по воде. Если присмотреться к ним, то легко заметить, что каждая волна состоит из горба и расположенной рядом впадины.

Волны образуются потому, что брошенный камень вызывает колебание частичек воды. Эти частички воды передают своё колебание дальше, и таким образом кру­говая волна расходится по воде.

Такие же круговые волны, созданные выпрыгнувшей из воды рыбой, видны на рисунке 3.

Попробуйте капать в одно и то же место на воде. На поверхности воды также будет хорошо заметна це­лая группа расходящихся круговых волн.

А вот другой пример. Возьмите длинный резиновый шнур и привяжите один конец его к гвоздю, вбитому в стену. Другой конец шнура возьмите в руку.

clip_image002

Рис. 3. Круговые волны на поверхности воды

После этого натяните шнур и, держа руку неподви­жно, сделайте кистью руки движение вверх и вниз. Конец шнура приподнимется и опустится; сразу же это движение будет передаваться соседним участкам шнура: они также начнут двигаться, но с запозданием. В ре­зультате на шнуре образуется горб, который будет пе­ремещаться вдоль шнура, — как говорят, в шнуре соз­даётся и распространяется «возмущение». На рис. 4, а показана форма шнура сразу после прекраще­ния движения руки, а на рис. 4, б — положение горба, получающееся несколько позже.

Если размеренно (ритмично) двигать свободный ко­нец шнура вверх и вниз, то движение этого конца так же ритмично будет передаваться остальным участкам шнура. По шнуру будет распространяться волна: на нём можно заметить «горбы» и «впадины», т. е. те его участки,

clip_image004

Рис. 4. Распространение „возмущения" в шнуре

которые в данный момент наиболее отклонены вверх или вниз. Если вы проследите за одним из горбов, то можете заметить, что он движется вдоль шнура с опре­делённой скоростью, зависящей от свойств шнура.

На рис. 4, в изображена форма, принимаемая шну­ром через четверть периода от начала движения кисти руки (вначале кисть руки двигалась вверх), а на рис. 4,г—форма, принимаемая шнуром ещё через один период движения кисти руки. Вспомните, что период — это время, за которое совершается полное колебание.

Важно отметить, что при распространении волны по шнуру или по воде отдельные места шнура и частички воды не движутся вместе с волной, а только колеблются на своих местах, поднимаясь вверх и вниз. Это легко увидеть, если на воду положить кусочки пробки или дерева: при прохождении волны они будут «танцовать» вверх и вниз, но почти не будут перемещаться вместе с волной.

Таким образом, образование волн происходит благо­даря постепенной передаче движения от одних частичек к другим; сами же колеблющиеся частички вместе с волной не перемещаются.

Расстояние между соседними горбами, показыва­ющее, насколько отстаёт одно колебание от другого или на какое расстояние уходит волна за время одного пе­риода колебаний, называют длиной волны (длина волны, распространяющейся в шнуре, отмечена на рис. 4, г).

Нетрудно сообразить, что длина волны тем больше, чем длиннее период и чем быстрее распространяется волна. Длина волны равна периоду колебаний, умно­женному на скорость распространения волны. Так, при периоде, равном Ѵю секунды, и скорости распростране­ния волны, составляющей 200 сантиметров в секунду, её длина составит 20 сантиметров; если колебания будут происходить вдвое реже, то длина волны увеличится вдвое, т. е. составит 40 сантиметров, и т. д.

Category: Разное