การถ่ายโอนคลื่นกล คลื่นเครื่องกล : ที่มา คุณสมบัติ สูตร

คลื่น– กระบวนการขยายพันธุ์ของการแกว่งในตัวกลางยืดหยุ่น

คลื่นกล- การรบกวนทางกลที่แพร่กระจายในอวกาศและพลังงานที่บรรทุก

ประเภทของคลื่น:

ตามยาว - อนุภาคของตัวกลางสั่นในทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น - ในตัวกลางยืดหยุ่นทั้งหมด

x

ทิศทางการสั่น

จุดของสิ่งแวดล้อม

ตามขวาง - อนุภาคของตัวกลางสั่นตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น - บนพื้นผิวของของเหลว

X

ประเภทของคลื่นกล:

คลื่นยืดหยุ่น - การแพร่กระจายของการเสียรูปยืดหยุ่น

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลว

ลักษณะคลื่น:

ให้แกว่งไปแกว่งมาตามกฎหมาย:
.

จากนั้น B จะสั่นด้วยดีเลย์เป็นมุม
, ที่ไหน
, เช่น.

พลังงานคลื่น

คือพลังงานรวมของอนุภาคเดียว ถ้าอนุภาคN แล้วที่ไหน - epsilon, V - ระดับเสียง

เอปซิลอน– พลังงานต่อหน่วยปริมาตรของคลื่น – ความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตร

ฟลักซ์ของพลังงานคลื่นเท่ากับอัตราส่วนของพลังงานที่ส่งผ่านโดยคลื่นผ่านพื้นผิวใดพื้นผิวหนึ่งจนถึงเวลาที่ถ่ายโอนนี้:
, วัตต์; 1 วัตต์ = 1J/s

ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน - ความเข้มของคลื่น- พลังงานไหลผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วย - ค่าเท่ากับพลังงานเฉลี่ยที่ถ่ายโอนโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ของหน้าตัด

[W/m2]

.

Umov vector– เวกเตอร์ I แสดงทิศทางการแพร่กระจายคลื่นและ เท่ากับกระแสน้ำพลังงานคลื่นผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยตั้งฉากกับทิศทางนี้:

.

ลักษณะทางกายภาพของคลื่น:

สั่นสะเทือน:

1. แอมพลิจูด

คลื่น:

1. ความยาวคลื่น

   ความเร็วคลื่น

   ความเข้ม

การสั่นสะเทือนที่ซับซ้อน (การผ่อนคลาย) - แตกต่างจากไซน์

การแปลงฟูริเยร์- ฟังก์ชันคาบที่ซับซ้อนใดๆ สามารถแสดงเป็นผลรวมของฟังก์ชันง่าย ๆ (ฮาร์มอนิก) หลายฟังก์ชัน โดยคาบที่เป็นผลคูณของคาบของฟังก์ชันเชิงซ้อน - นี่คือการวิเคราะห์ฮาร์มอนิก เกิดขึ้นใน parsers ผลที่ได้คือฮาร์มอนิกสเปกตรัมของการสั่นที่ซับซ้อน:

แต่

0

เสียง -การสั่นสะเทือนและคลื่นที่กระทำต่อหูของมนุษย์และทำให้เกิดความรู้สึกได้ยิน

การสั่นสะเทือนของเสียงและคลื่นเป็นกรณีพิเศษของการสั่นสะเทือนทางกลและคลื่น ประเภทของเสียง:

โทน- เสียงซึ่งเป็นกระบวนการเป็นระยะ:

1. เรียบง่าย - ฮาร์โมนิก - ส้อมเสียง

   ซับซ้อน - anharmonic - คำพูด, ดนตรี

โทนที่ซับซ้อนสามารถแบ่งออกเป็นโทนที่เรียบง่ายได้ ความถี่ต่ำสุดของการสลายตัวดังกล่าวเป็นโทนเสียงพื้นฐาน ฮาร์โมนิกที่เหลือ (โอเวอร์โทน) มีความถี่เท่ากับ 2 อื่นๆ. ชุดความถี่ที่ระบุความเข้มสัมพัทธ์คือสเปกตรัมอะคูสติก

เสียงรบกวน -เสียงที่มีการพึ่งพาเวลาไม่ซ้ำซ้อน (เสียงกรอบแกรบ, เสียงเอี๊ยด, เสียงปรบมือ) สเปกตรัมมีความต่อเนื่อง

ลักษณะทางกายภาพของเสียง:

ลักษณะความรู้สึกการได้ยิน:

ส่วนสูงถูกกำหนดโดยความถี่ของคลื่นเสียง ยิ่งความถี่สูง โทนเสียงก็จะยิ่งสูงขึ้น เสียงที่เข้มขึ้นจะต่ำลง

Timbre– กำหนดโดยสเปกตรัมอะคูสติก ยิ่งมีโทนเสียงมากเท่าใด สเปกตรัมก็จะยิ่งสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ปริมาณ- กำหนดระดับของความรู้สึกทางหู ขึ้นอยู่กับความเข้มของเสียงและความถี่ จิตวิทยา กฎหมายเวเบอร์-เฟชเนอร์: ถ้าเพิ่มความระคายเคืองใน ความก้าวหน้าทางเรขาคณิต(ในจำนวนเท่าๆ กัน) แล้วความรู้สึกระคายเคืองนี้จะเพิ่มขึ้นใน ความก้าวหน้าทางคณิตศาสตร์(โดยปริมาณเท่ากัน).

โดยที่ E คือความดัง (วัดเป็น phons);
- ระดับความแรง (วัดเป็นเบลส์) 1 bel - การเปลี่ยนแปลงระดับความเข้มซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของเสียง 10 เท่า K - ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนขึ้นอยู่กับความถี่และความเข้ม

ความสัมพันธ์ระหว่างความดังและความเข้มของเสียงคือ เส้นโค้งความดังเท่ากันสร้างขึ้นจากข้อมูลการทดลอง (สร้างเสียงที่มีความถี่ 1 kHz เปลี่ยนความเข้มจนกระทั่งความรู้สึกได้ยินเกิดขึ้นคล้ายกับความรู้สึกของระดับเสียงที่ศึกษา) เมื่อทราบความเข้มและความถี่ คุณจะพบพื้นหลังได้

การวัดเสียง- วิธีการวัดความชัดเจนในการได้ยิน เครื่องมือนี้เป็นเครื่องวัดเสียง เส้นโค้งที่ได้คือออดิโอแกรม เกณฑ์การรับความรู้สึกในการได้ยินที่ความถี่ต่างกันจะถูกกำหนดและเปรียบเทียบ

เครื่องวัดเสียงรบกวน - การวัดระดับเสียง

ในคลินิก: การตรวจคนไข้ - หูฟัง / เครื่องตรวจฟังเสียง โฟนันโดสโคปเป็นแคปซูลกลวงที่มีเมมเบรนและท่อยาง

บันทึกเสียง - การลงทะเบียนกราฟิกของภูมิหลังและเสียงพึมพำของหัวใจ

เครื่องเพอร์คัชชัน

อัลตราซาวนด์– การสั่นสะเทือนทางกลและคลื่นที่มีความถี่สูงกว่า 20 kHz ถึง 20 MHz ตัวปล่อยอัลตราซาวนด์เป็นตัวปล่อยไฟฟ้าตามผลของเพียโซอิเล็กทริก ( กระแสสลับไปยังอิเล็กโทรดระหว่างซึ่ง - ควอตซ์)

ความยาวคลื่นของอัลตราซาวนด์น้อยกว่าความยาวคลื่นของเสียง: 1.4 ม. - เสียงในน้ำ (1 kHz), 1.4 มม. - อัลตราซาวนด์ในน้ำ (1 MHz) อัลตราซาวนด์จะสะท้อนได้ดีที่ขอบของกระดูกเชิงกรานและกล้ามเนื้อ อัลตราซาวนด์จะไม่เข้าสู่ร่างกายมนุษย์หากไม่ได้รับการหล่อลื่นด้วยน้ำมัน (ชั้นอากาศ) ความเร็วของการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม กระบวนการทางกายภาพ: ไมโครไวเบรชัน การทำลายชีวโมเลกุล การปรับโครงสร้างและความเสียหายของเยื่อหุ้มชีวภาพ ผลกระทบจากความร้อน การทำลายเซลล์และจุลินทรีย์ การเกิดโพรงอากาศ ในคลินิก: การวินิจฉัย (encephalograph, cardiograph, อัลตราซาวนด์), กายภาพบำบัด (800 kHz), มีดผ่าตัดอัลตราโซนิก, อุตสาหกรรมยา, การสังเคราะห์ osteosynthesis, การฆ่าเชื้อ

อินฟาเรด– คลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 20 เฮิรตซ์ อาการไม่พึงประสงค์ - เสียงสะท้อนในร่างกาย

การสั่นสะเทือน. การกระทำที่เป็นประโยชน์และเป็นอันตราย นวด. โรคการสั่นสะเทือน

ดอปเปลอร์เอฟเฟกต์– การเปลี่ยนแปลงความถี่ของคลื่นที่ผู้สังเกตรับรู้ (ตัวรับคลื่น) เนื่องจากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของแหล่งกำเนิดคลื่นและผู้สังเกต

กรณีที่ 1: N เข้าใกล้ I.

กรณีที่ 2: และเข้าใกล้ N.

กรณีที่ 3: การเข้าใกล้และระยะห่างของ I และ H จากกันและกัน:

ระบบ: เครื่องกำเนิดอัลตราโซนิก - เครื่องรับ - ไม่เคลื่อนที่สัมพันธ์กับสื่อ วัตถุกำลังเคลื่อนที่ ได้รับการอัลตราซาวนด์ด้วยความถี่
สะท้อนมันส่งไปยังเครื่องรับซึ่งรับคลื่นอัลตราโซนิกด้วยความถี่
. ความแตกต่างของความถี่ - การเปลี่ยนความถี่ดอปเปลอร์:
. มันถูกใช้เพื่อกำหนดความเร็วของการไหลเวียนของเลือด, ความเร็วของการเคลื่อนไหวของวาล์ว

การมีอยู่ของคลื่นจำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดของการสั่นและสื่อวัสดุหรือสนามซึ่งคลื่นนี้แพร่กระจาย คลื่นมีลักษณะที่หลากหลายที่สุด แต่เชื่อฟังกฎหมายที่คล้ายคลึงกัน

โดยธรรมชาติทางกายภาพ แยกแยะ:

ตามทิศทางของสิ่งรบกวน แยกแยะ:

คลื่นตามยาว - การกระจัดของอนุภาคเกิดขึ้นตามทิศทางการแพร่กระจาย จำเป็นต้องมีแรงยืดหยุ่นในตัวกลางระหว่างการบีบอัด สามารถแจกจ่ายในสภาพแวดล้อมใดก็ได้ ตัวอย่าง:คลื่นเสียง

คลื่นขวาง - การกระจัดของอนุภาคเกิดขึ้นในทิศทางของการแพร่กระจาย สามารถแพร่กระจายได้เฉพาะในสื่อยืดหยุ่น จำเป็นต้องมีแรงเฉือนยืดหยุ่นในตัวกลาง สามารถแพร่กระจายได้เฉพาะในสื่อที่เป็นของแข็ง (และที่ขอบเขตของสื่อทั้งสอง) ตัวอย่าง:คลื่นยืดหยุ่นเป็นเกลียวคลื่นบนน้ำ

ตามลักษณะของการพึ่งพาอาศัยเวลา แยกแยะ:

คลื่นยืดหยุ่น - การกระจัดทางกล (การเปลี่ยนรูป) การแพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่น คลื่นยืดหยุ่นเรียกว่า ฮาร์โมนิก(ไซนูซอยด์) ถ้าแรงสั่นสะเทือนของตัวกลางที่สัมพันธ์กับมันมีความฮาร์มอนิก

คลื่นวิ่ง - คลื่นที่นำพลังงานไปในอวกาศ

ตามรูปร่างของผิวคลื่น : ระนาบ, ทรงกลม, คลื่นทรงกระบอก

หน้าคลื่นคือตําแหน่งของจุดที่เกิดการสั่น ช่วงเวลาปัจจุบันเวลา.

พื้นผิวคลื่น- ตำแหน่งของจุดสั่นในระยะเดียว

ลักษณะคลื่น

ความยาวคลื่น λ - ระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาเท่ากับคาบการสั่น

แอมพลิจูดของคลื่น A - แอมพลิจูดของการสั่นของอนุภาคในคลื่น

ความเร็วคลื่น v - ความเร็วของการแพร่กระจายของสิ่งรบกวนในตัวกลาง

ช่วงคลื่น T - ระยะเวลาการสั่น

ความถี่คลื่น ν - ส่วนกลับของงวด

สมการคลื่นเดินทาง

ในระหว่างการแพร่ขยายของคลื่นเดินทาง การรบกวนของตัวกลางจะไปถึงจุดถัดไปในอวกาศ ในขณะที่คลื่นถ่ายเทพลังงานและโมเมนตัม แต่ไม่ถ่ายโอนสสาร (อนุภาคของตัวกลางยังคงแกว่งไปมาในที่เดียวกันในอวกาศ)

ที่ไหน วี-ความเร็ว , φ 0 - เฟสเริ่มต้น , ω – วงจรความถี่ , อา– แอมพลิจูด

คุณสมบัติของคลื่นกล

1. คลื่นสะท้อน – คลื่นกลจากแหล่งกำเนิดใด ๆ สามารถสะท้อนจากส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสองได้ หากคลื่นกลที่แพร่กระจายในตัวกลางพบสิ่งกีดขวางในเส้นทางของมัน คลื่นนั้นจะเปลี่ยนธรรมชาติของพฤติกรรมได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสองสื่อกับต่างกัน คุณสมบัติทางกลคลื่นสะท้อนบางส่วนและแทรกซึมเข้าไปในสื่อที่สองบางส่วน

2. การหักเหของคลื่น – ในระหว่างการแพร่ขยายของคลื่นกล เรายังสามารถสังเกตปรากฏการณ์การหักเหของแสง: การเปลี่ยนแปลงในทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่นกลระหว่างการเปลี่ยนจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง

3. การเลี้ยวเบนของคลื่น – เบี่ยงเบนคลื่นจาก การขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงนั่นคือพวกเขาโค้งงอสิ่งกีดขวาง

4. คลื่นรบกวน – เพิ่มสองคลื่น ในพื้นที่ที่มีการแพร่กระจายคลื่นหลายคลื่น การรบกวนจะนำไปสู่การปรากฏตัวของภูมิภาคที่มีค่าต่ำสุดและสูงสุดของแอมพลิจูดการสั่น

การรบกวนและการเลี้ยวเบนของคลื่นกล

คลื่นที่วิ่งไปตามแถบยางหรือเชือกสะท้อนจากปลายที่ตายตัว ทำให้เกิดคลื่นเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

เมื่อคลื่นซ้อนทับกัน สามารถสังเกตปรากฏการณ์การรบกวนได้ ปรากฏการณ์ของการรบกวนเกิดขึ้นเมื่อคลื่นที่เชื่อมโยงกันซ้อนทับกัน

สอดคล้องกัน เรียกว่าคลื่นมีความถี่เท่ากัน ความต่างเฟสคงที่ และการสั่นเกิดขึ้นในระนาบเดียวกัน

การรบกวน เรียกว่าปรากฏการณ์คงที่ในเวลาของการขยายซึ่งกันและกันและการสั่นที่ลดลงใน จุดต่างๆตัวกลางที่เกิดจากการทับซ้อนของคลื่นที่เชื่อมโยงกัน

ผลของการทับซ้อนของคลื่นขึ้นอยู่กับเฟสที่การแกว่งตัวซ้อนทับกัน

หากคลื่นจากแหล่งกำเนิด A และ B มาถึงจุด C ในระยะเดียวกัน การแกว่งจะเพิ่มขึ้น หากอยู่ในเฟสตรงกันข้ามก็จะเกิดการสั่นลง เป็นผลให้รูปแบบคงที่ของพื้นที่สลับของการแกว่งที่เพิ่มขึ้นและลดลงเกิดขึ้นในอวกาศ

เงื่อนไขสูงสุดและต่ำสุด

หากการแกว่งของจุด A และ B เกิดขึ้นพร้อมกันในเฟสและมีแอมพลิจูดเท่ากัน แสดงว่าการกระจัดที่จุด C นั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างเส้นทางของคลื่นทั้งสอง

เงื่อนไขสูงสุด

หากความแตกต่างระหว่างเส้นทางของคลื่นเหล่านี้เท่ากับจำนวนคลื่นเป็นจำนวนเต็ม (เช่น ครึ่งคลื่นเป็นจำนวนคู่) Δd = kλ , ที่ไหน k= 0, 1, 2, ... จากนั้นการรบกวนสูงสุดจะเกิดขึ้นที่จุดซ้อนทับของคลื่นเหล่านี้

เงื่อนไขสูงสุด :

A = 2x0.

เงื่อนไขขั้นต่ำ

หากความแตกต่างของเส้นทางของคลื่นเหล่านี้เท่ากับจำนวนครึ่งคลื่นคี่ นั่นหมายความว่าคลื่นจากจุด A และ B จะมาที่จุด C ในแอนติเฟสและตัดกันออกจากกัน

เงื่อนไขขั้นต่ำ:

แอมพลิจูดของการแกว่งที่เกิดขึ้น A = 0.

ถ้า Δd ไม่เท่ากับจำนวนเต็มของครึ่งคลื่น แล้ว 0< А < 2х 0 .

การเลี้ยวเบนของคลื่น

ปรากฏการณ์การเบี่ยงเบนจากการขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงและการปัดเศษของสิ่งกีดขวางด้วยคลื่นเรียกว่าการเลี้ยวเบน

ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่น (λ) และขนาดของสิ่งกีดขวาง (L) เป็นตัวกำหนดพฤติกรรมของคลื่น การเลี้ยวเบนจะเด่นชัดที่สุดถ้าความยาวคลื่นตกกระทบ ขนาดเพิ่มเติมอุปสรรค การทดลองแสดงให้เห็นว่าการเลี้ยวเบนอยู่เสมอ แต่จะสังเกตได้ภายใต้เงื่อนไข d<<λ โดยที่ d คือขนาดของสิ่งกีดขวาง

การเลี้ยวเบนเป็นคุณสมบัติทั่วไปของคลื่นในลักษณะใด ๆ ซึ่งเกิดขึ้นเสมอ แต่เงื่อนไขสำหรับการสังเกตนั้นแตกต่างกัน

คลื่นบนผิวน้ำแพร่กระจายไปยังสิ่งกีดขวางขนาดใหญ่พอสมควร ซึ่งอยู่ด้านหลังซึ่งเกิดเงา กล่าวคือ ไม่มีการสังเกตกระบวนการของคลื่น คุณสมบัตินี้ใช้ในการก่อสร้างเขื่อนกันคลื่นในท่าเรือ ถ้าขนาดของสิ่งกีดขวางนั้นเทียบได้กับความยาวคลื่นก็จะมีคลื่นอยู่ข้างหลังสิ่งกีดขวางนั้น ข้างหลังเขา คลื่นแพร่กระจายราวกับไม่มีสิ่งกีดขวางเลย นั่นคือ มีการสังเกตการเลี้ยวเบนของคลื่น

ตัวอย่างของการสำแดงของการเลี้ยวเบน . ได้ยินเสียงสนทนาดังรอบมุมบ้าน เสียงในป่า เสียงคลื่นที่ผิวน้ำ

คลื่นนิ่ง

คลื่นนิ่ง เกิดขึ้นจากการเพิ่มคลื่นตรงและคลื่นสะท้อนหากมีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากัน

ในสตริงที่ตรึงไว้ที่ปลายทั้งสองจะเกิดการสั่นสะเทือนที่ซับซ้อนซึ่งถือได้ว่าเป็นผลมาจากการทับซ้อน ( การทับซ้อน) คลื่นสองลูกแพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้ามและประสบการสะท้อนและการสะท้อนซ้ำที่ปลาย การสั่นของสายที่ปลายทั้งสองข้างทำให้เกิดเสียงของเครื่องดนตรีประเภทเครื่องสายทั้งหมด ปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันนี้เกิดขึ้นกับเสียงของเครื่องมือลม รวมทั้งท่อออร์แกน

สายสั่นสะเทือน. ในสตริงที่ยืดออกซึ่งจับจ้องอยู่ที่ปลายทั้งสองข้าง เมื่อเกิดการสั่นสะท้านตามขวาง คลื่นนิ่ง และปมควรอยู่ในตำแหน่งที่สตริงได้รับการแก้ไข ดังนั้นสตริงจึงตื่นเต้นกับ ความเข้มที่เห็นได้ชัดเจน การสั่นสะเทือนดังกล่าวเท่านั้น ครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นที่พอดีกับความยาวของสตริงเป็นจำนวนเต็มจำนวนครั้ง

นี่แสดงถึงเงื่อนไข

ความยาวคลื่นสอดคล้องกับความถี่

น = 1, 2, 3...ความถี่ วีน เรียกว่า ความถี่ธรรมชาติ สตริง

การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกที่มีความถี่ วีน เรียกว่า การสั่นสะเทือนของตัวเองหรือปกติ . พวกเขาจะเรียกว่าฮาร์โมนิก โดยทั่วไปแล้ว การสั่นของสตริงเป็นการทับซ้อนของฮาร์โมนิกต่างๆ

สมการคลื่นนิ่ง :

ณ จุดที่พิกัดตรงตามเงื่อนไข (น= 1, 2, 3, ...) แอมพลิจูดรวมเท่ากับค่าสูงสุด - นี่ แอนติโนด คลื่นนิ่ง พิกัดแอนติโนด :

ณ จุดที่พิกัดตรงตามเงื่อนไข (น= 0, 1, 2,…) แอมพลิจูดการแกว่งรวมเท่ากับศูนย์ – นี้ โหนดคลื่นนิ่ง. พิกัดโหนด:

การก่อตัวของคลื่นนิ่งเกิดขึ้นเมื่อการเดินทางและคลื่นสะท้อนกลับเข้ามาแทรกแซง ที่ขอบเขตที่คลื่นสะท้อน แอนติโนดจะได้รับถ้าตัวกลางที่เกิดการสะท้อนกลับมีความหนาแน่นน้อยกว่า (a) และได้รับปมหากมีความหนาแน่นมากกว่า (b)

หากเราพิจารณา คลื่นการเดินทาง จากนั้นไปในทิศทางของการขยายพันธุ์ พลังงานถูกถ่ายเทการเคลื่อนที่แบบสั่น เมื่อไหร่ เดียวกัน ไม่มีคลื่นนิ่งของการถ่ายโอนพลังงาน , เพราะ เหตุการณ์และคลื่นสะท้อนที่มีแอมพลิจูดเท่ากันจะมีพลังงานเท่ากันในทิศทางตรงกันข้าม

คลื่นนิ่งจะเกิดขึ้น เช่น ในเชือกที่ยืดออกที่ปลายทั้งสองข้างเมื่อมีการกระตุ้นการสั่นสะเทือนตามขวาง นอกจากนี้ในสถานที่ของการแก้ไขมีโหนดของคลื่นนิ่ง

หากมีการสร้างคลื่นนิ่งในคอลัมน์อากาศที่เปิดที่ปลายด้านหนึ่ง (คลื่นเสียง) จากนั้นจะมีการสร้างแอนติโนดที่ปลายเปิดและเกิดปมที่ปลายอีกด้าน

กระบวนการของคลื่น- กระบวนการถ่ายเทพลังงานโดยไม่มีการถ่ายโอนสสาร

คลื่นกล- การรบกวนแพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่น

การปรากฏตัวของสื่อยืดหยุ่นเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแพร่กระจายของคลื่นกล

การถ่ายโอนพลังงานและโมเมนตัมในตัวกลางเกิดขึ้นจากการทำงานร่วมกันระหว่างอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงของตัวกลาง

คลื่นมีลักษณะตามยาวและตามขวาง

คลื่นกลตามยาว - คลื่นที่การเคลื่อนที่ของอนุภาคของตัวกลางเกิดขึ้นในทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น คลื่นกลตามขวาง - คลื่นที่อนุภาคของตัวกลางเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น

คลื่นตามยาวสามารถแพร่กระจายในตัวกลางใดก็ได้ คลื่นตามขวางไม่เกิดขึ้นในก๊าซและของเหลว เนื่องจากพวกมัน

ไม่มีตำแหน่งที่แน่นอนของอนุภาค

การกระทำภายนอกเป็นระยะทำให้เกิดคลื่นเป็นระยะ

คลื่นฮาร์มอนิก- คลื่นที่เกิดจากการสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกของอนุภาคของตัวกลาง

ความยาวคลื่น- ระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาของการสั่นของแหล่งกำเนิด:

ความเร็วคลื่นกล- ความเร็วของการแพร่กระจายรบกวนในตัวกลาง โพลาไรเซชันคือการเรียงลำดับทิศทางการสั่นของอนุภาคในตัวกลาง

ระนาบโพลาไรซ์- ระนาบที่อนุภาคของตัวกลางสั่นสะเทือนในคลื่น คลื่นกลโพลาไรซ์เชิงเส้นคือคลื่นที่อนุภาคสั่นไปตามทิศทางที่แน่นอน (เส้น)

โพลาไรเซอร์- อุปกรณ์ที่ปล่อยคลื่นโพลาไรซ์บางอย่าง

คลื่นนิ่ง- คลื่นที่เกิดขึ้นจากการซ้อนทับกันของคลื่นฮาร์มอนิกสองคลื่นที่แพร่กระจายเข้าหากันและมีคาบ แอมพลิจูดและโพลาไรซ์เท่ากัน

แอนติโนดของคลื่นนิ่ง- ตำแหน่งของจุดที่มีแอมพลิจูดสูงสุด

นอตของคลื่นนิ่ง- จุดไม่เคลื่อนที่ของคลื่น ซึ่งแอมพลิจูดการสั่นมีค่าเท่ากับศูนย์

ที่ความยาว l ของเชือกจับจ้องอยู่ที่ปลาย เส้นจำนวนเต็ม n ครึ่งคลื่นของคลื่นนิ่งตามขวางจะพอดี:

คลื่นดังกล่าวเรียกว่าโหมดการสั่น

โหมดการสั่นสำหรับจำนวนเต็มที่กำหนดเอง n > 1 เรียกว่าฮาร์มอนิกที่ n หรือโอเวอร์โทนที่ n โหมดการสั่นสำหรับ n = 1 เรียกว่าโหมดการสั่นแบบฮาร์มอนิกหรือพื้นฐานแรก คลื่นเสียง- คลื่นยืดหยุ่นในตัวกลางที่ก่อให้เกิดความรู้สึกได้ยินในตัวบุคคล

ความถี่ของการสั่นที่สอดคล้องกับคลื่นเสียงอยู่ในช่วงตั้งแต่ 16 Hz ถึง 20 kHz

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเสียงถูกกำหนดโดยอัตราการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาค ความเร็วของเสียงในของแข็ง v p ตามกฎแล้วมากกว่าความเร็วของเสียงในของเหลว v l ซึ่งในทางกลับกันจะเกินความเร็วของเสียงในแก๊ส v g

สัญญาณเสียงแบ่งตามระดับเสียง เสียงต่ำ และความดัง ระดับเสียงจะขึ้นอยู่กับความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียงสั่นสะเทือน ยิ่งความถี่การสั่นสูง เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้น การสั่นสะเทือนของความถี่ต่ำสอดคล้องกับเสียงต่ำ ระดับเสียงของเสียงถูกกำหนดโดยรูปแบบของการสั่นสะเทือนของเสียง ความแตกต่างของรูปร่างของการสั่นสะเทือนที่มีช่วงเวลาเดียวกันนั้นสัมพันธ์กับแอมพลิจูดสัมพัทธ์ที่แตกต่างกันของโหมดพื้นฐานและโอเวอร์โทน ระดับเสียงมีลักษณะตามระดับความเข้มของเสียง ความเข้มของเสียง - พลังงานของคลื่นเสียงที่ตกกระทบบนพื้นที่ 1 ม. 2 ใน 1 วินาที

คลื่น คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น

คลื่น - นี่คือปรากฏการณ์ของการแพร่กระจายในอวกาศในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลง (การรบกวน) ของปริมาณทางกายภาพที่นำพลังงานไปด้วย

การถ่ายโอนพลังงานจะเกิดขึ้นโดยไม่มีการถ่ายโอนสสารโดยไม่คำนึงถึงธรรมชาติของคลื่น หลังสามารถเกิดขึ้นได้เป็นผลข้างเคียงเท่านั้น การถ่ายโอนพลังงาน- ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างคลื่นและการสั่น ซึ่งมีเพียงการเปลี่ยนแปลงพลังงาน "ท้องถิ่น" เท่านั้นที่เกิดขึ้น ตามกฎแล้วคลื่นสามารถเดินทางได้ไกลจากแหล่งกำเนิด ด้วยเหตุนี้ บางครั้งคลื่นจึงถูกเรียกว่า " การสั่นสะเทือนแยกออกจากตัวปล่อย».

คลื่นสามารถจำแนกได้

โดยธรรมชาติ:

คลื่นยืดหยุ่น -คลื่นแพร่กระจายในตัวกลางของเหลว ของแข็ง และก๊าซเนื่องจากการกระทำของแรงยืดหยุ่น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- การแพร่กระจายในอวกาศรบกวน (เปลี่ยนสถานะ) ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลว- ชื่อทั่วไปของคลื่นต่างๆ ที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวกับก๊าซ หรือของเหลวกับของเหลว คลื่นบนน้ำแตกต่างกันในกลไกพื้นฐานของการสั่น (เส้นเลือดฝอย ความโน้มถ่วง ฯลฯ) ซึ่งนำไปสู่กฎการกระจายที่แตกต่างกัน และเป็นผลให้พฤติกรรมที่แตกต่างกันของคลื่นเหล่านี้

เกี่ยวกับทิศทางการสั่นของอนุภาคของตัวกลาง:

คลื่นตามยาว -อนุภาคของตัวกลางสั่น ขนานในทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (เช่น ในกรณีของการขยายเสียง)

คลื่นขวาง -อนุภาคของตัวกลางสั่น ตั้งฉากทิศทางการแพร่กระจายคลื่น (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นบนพื้นผิวแยกสื่อ)

เอ - ตามขวาง; ข - ตามยาว

คลื่นผสม

ตามเรขาคณิตของหน้าคลื่น:

พื้นผิวคลื่น (หน้าคลื่น) คือตำแหน่งของจุดที่เกิดการรบกวนในช่วงเวลาที่กำหนด ในตัวกลาง isotropic ที่เป็นเนื้อเดียวกันความเร็วการแพร่กระจายคลื่นจะเท่ากันในทุกทิศทางซึ่งหมายความว่าทุกจุดของ front oscillate ในเฟสเดียวกันด้านหน้าตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่นและค่าของการแกว่ง ปริมาณที่จุดด้านหน้าทั้งหมดเท่ากัน

แบนระนาบคลื่น - เฟสตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นและขนานกัน

ทรงกลมคลื่น - พื้นผิวของเฟสเท่ากันคือทรงกลม

ทรงกระบอกคลื่น - พื้นผิวของเฟสคล้ายกับทรงกระบอก

เกลียวคลื่น - เกิดขึ้นหากแหล่งกำเนิดทรงกลมหรือทรงกระบอก / แหล่งที่มาของคลื่นในกระบวนการของการแผ่รังสีเคลื่อนที่ไปตามเส้นโค้งปิด

คลื่นเครื่องบิน

คลื่นจะเรียกว่าแบนถ้าพื้นผิวคลื่นเป็นระนาบขนานกันซึ่งตั้งฉากกับความเร็วเฟสของคลื่น = f(x, t))

ให้เราพิจารณาระนาบเดียว (ความถี่เดียว) คลื่นไซน์ที่แพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่มีการลดทอนตามแกน X

,ที่ไหน

ความเร็วเฟสของคลื่นคือความเร็วของพื้นผิวคลื่น (ด้านหน้า)

- แอมพลิจูดของคลื่น - โมดูลของค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของค่าการเปลี่ยนแปลงจากตำแหน่งสมดุล

– ความถี่วัฏจักร, T – คาบการสั่น, – ความถี่คลื่น (คล้ายกับการสั่น)

k - เลขคลื่นมีความหมายของความถี่เชิงพื้นที่

อีกลักษณะหนึ่งของคลื่นคือความยาวคลื่น m ซึ่งเป็นระยะที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงการแกว่งหนึ่งช่วง มีความหมายถึงคาบเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นระยะห่างที่สั้นที่สุดระหว่างจุดที่สั่นในเฟสเดียว

y

ความยาวคลื่นสัมพันธ์กับจำนวนคลื่นโดยความสัมพันธ์ ซึ่งคล้ายกับความสัมพันธ์ของเวลา

เลขคลื่นสัมพันธ์กับความถี่ของวัฏจักรและความเร็วการแพร่กระจายคลื่น

x
y
y

ตัวเลขแสดงออสซิลโลแกรม (a) และสแน็ปช็อต (b) ของคลื่นพร้อมช่วงเวลาและช่วงเวลาที่ระบุ คลื่นมีลักษณะสำคัญสองประการซึ่งแตกต่างจากการสั่นแบบอยู่กับที่: ช่วงเวลาชั่วคราวและช่วงเวลาเชิงพื้นที่

คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น:

1. 
   คลื่นนำพาพลังงาน

ความเข้มของคลื่นคือพลังงานเฉลี่ยตามเวลาที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นเสียงถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วยของพื้นผิวที่ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ความเข้มของคลื่นแปรผันตามกำลังสองของแอมพลิจูด I=W/t∙S โดยที่ W คือพลังงาน t คือเวลา S คือพื้นที่ด้านหน้า ผม=[W/m2]. นอกจากนี้ ความเข้มของคลื่นใดๆ สามารถกำหนดได้โดย I=wv โดยที่ v คือความเร็วการแพร่กระจายคลื่น (กลุ่ม)

2. คลื่นกดดันร่างกาย (มีโมเมนตัม)

3. ความเร็วของคลื่นในตัวกลางขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น - การกระจาย ดังนั้นคลื่นที่มีความถี่ต่างกันจะแพร่กระจายในตัวกลางเดียวกันด้วยความเร็วที่ต่างกัน (ความเร็วเฟส)

4. คลื่นโค้งงอสิ่งกีดขวาง - การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบนเกิดขึ้นเมื่อขนาดของสิ่งกีดขวางเทียบได้กับความยาวคลื่น

5. ที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง คลื่นจะถูกสะท้อนและหักเห

มุมตกกระทบเท่ากับมุมสะท้อน และอัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับสื่อทั้งสองนี้

6. เมื่อคลื่นที่เชื่อมโยงกันถูกซ้อนทับ (ความแตกต่างของเฟสของคลื่นเหล่านี้ ณ จุดใด ๆ จะคงที่ในเวลา) พวกมันจะรบกวน - รูปแบบที่เสถียรของค่าต่ำสุดของการรบกวนและค่าสูงสุดจะเกิดขึ้น

คลื่นและแหล่งกำเนิดที่กระตุ้นพวกเขาเรียกว่าเชื่อมโยงกันหากความแตกต่างของเฟสของคลื่นไม่ได้ขึ้นอยู่กับเวลา คลื่นและแหล่งกำเนิดที่กระตุ้นพวกเขาเรียกว่าไม่ต่อเนื่องกันหากความแตกต่างของเฟสของคลื่นเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

เฉพาะคลื่นที่มีความถี่เท่ากันซึ่งเกิดการแกว่งไปในทิศทางเดียวกัน (เช่น คลื่นที่ต่อเนื่องกัน) เท่านั้นที่สามารถแทรกแซงได้ การรบกวนอาจเป็นได้ทั้งแบบอยู่กับที่และไม่อยู่กับที่ เฉพาะคลื่นที่เชื่อมโยงกันเท่านั้นที่สามารถให้รูปแบบการรบกวนที่อยู่กับที่ ตัวอย่างเช่น คลื่นทรงกลมสองลูกบนผิวน้ำ ซึ่งแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดจุดเชื่อมโยงกันสองจุด จะทำให้เกิดคลื่นผลลัพธ์เมื่อมีการรบกวน ส่วนหน้าของคลื่นที่เกิดจะเป็นทรงกลม

เมื่อคลื่นเข้ามารบกวน พลังงานของคลื่นจะไม่เพิ่มขึ้น การรบกวนของคลื่นทำให้เกิดการกระจายพลังงานของการสั่นระหว่างอนุภาคต่างๆ ของตัวกลางที่มีระยะห่างอย่างใกล้ชิด สิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน เพราะโดยเฉลี่ยแล้ว สำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่ พลังงานของคลื่นที่ได้จะเท่ากับผลรวมของพลังงานของคลื่นที่รบกวน

เมื่อคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องกันซ้อนทับกัน ค่าเฉลี่ยของแอมพลิจูดกำลังสองของคลื่นที่ได้จะเท่ากับผลรวมของแอมพลิจูดกำลังสองของคลื่นที่ซ้อนทับ พลังงานของการสั่นที่เกิดขึ้นของแต่ละจุดของตัวกลางจะเท่ากับผลรวมของพลังงานของการแกว่งของมัน เนื่องจากคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องกันทั้งหมดแยกจากกัน

7. คลื่นถูกดูดซับโดยตัวกลาง ด้วยระยะห่างจากแหล่งกำเนิด แอมพลิจูดของคลื่นจะลดลง เนื่องจากพลังงานของคลื่นถูกถ่ายโอนไปยังตัวกลางบางส่วน

8. คลื่นกระจัดกระจายในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

การกระเจิง - การรบกวนของสนามคลื่นที่เกิดจากความไม่เท่ากันของตัวกลางและวัตถุกระเจิงที่วางอยู่ในสื่อนี้ ความเข้มของการกระเจิงขึ้นอยู่กับขนาดของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและความถี่ของคลื่น

คลื่นกล. เสียง. ลักษณะเสียง .

คลื่น- การก่อกวนแพร่กระจายในอวกาศ

คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น:

• 
  พกพาพลังงาน
• 
  มีโมเมนตัม (กดดันร่างกาย);
• 
  ที่ขอบของสื่อทั้งสองจะสะท้อนและหักเห
• 
  ดูดซับโดยสิ่งแวดล้อม
• 
  การเลี้ยวเบน;
• 
  การรบกวน;
• 
  กระจาย;
• 
  ความเร็วของคลื่นขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นผ่าน

1. 
   คลื่นกล (ยืดหยุ่น)

หากการสั่นของอนุภาคปานกลาง (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) ในสถานที่ใด ๆ ที่เกิดการสั่นของอนุภาค เนื่องจากการโต้ตอบของอะตอมและโมเลกุลของตัวกลาง การแกว่งจะเริ่มส่งผ่านจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วจำกัดขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นและคุณสมบัติยืดหยุ่นของตัวกลาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคลื่นกลหรือคลื่นยืดหยุ่น โปรดทราบว่าคลื่นกลไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้

กรณีพิเศษของคลื่นกล - คลื่นบนพื้นผิวของของเหลว, คลื่นที่เกิดขึ้นและแพร่กระจายไปตามพื้นผิวอิสระของของเหลวหรือที่ส่วนต่อประสานระหว่างของเหลวสองชนิดที่เข้ากันไม่ได้ พวกมันถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกซึ่งเป็นผลมาจากการที่พื้นผิวของของเหลวจะถูกลบออกจากสภาวะสมดุล ในกรณีนี้ แรงที่เกิดขึ้นเพื่อคืนความสมดุล: แรงตึงผิวและแรงโน้มถ่วง

คลื่นกลมีสองประเภท

คลื่นตามยาวพร้อมกับแรงดึงและแรงอัดสามารถแพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่นได้: แก๊ส ของเหลว และของแข็ง คลื่นตามขวางแพร่กระจายในตัวกลางที่มีแรงยืดหยุ่นปรากฏขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบแรงเฉือน กล่าวคือ ในของแข็ง

สิ่งที่น่าสนใจมากสำหรับการฝึกฝนคือคลื่นฮาร์มอนิกหรือไซน์ สมการคลื่นไซน์ระนาบคือ:

- สิ่งที่เรียกว่า หมายเลขคลื่น ,

– ความถี่วงกลม ,

แต่ - แอมพลิจูดการสั่นของอนุภาค

รูปภาพแสดง "ภาพรวม" ของคลื่นตามขวางที่จุดสองจุดในเวลา: t และ t + Δt ในช่วงเวลา Δt คลื่นเคลื่อนที่ไปตามแกน OX เป็นระยะทาง Δt คลื่นดังกล่าวเรียกว่าคลื่นเดินทาง

ความยาวคลื่น λ คือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่อยู่ติดกันบนแกน OX ซึ่งสั่นในเฟสเดียวกัน ระยะทางเท่ากับความยาวคลื่น λ คลื่นวิ่งในช่วง T ดังนั้น

λ = UT โดยที่ υ คือความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น

สำหรับจุดใดๆ ที่เลือกบนกราฟของกระบวนการคลื่น (เช่น สำหรับจุด A) พิกัด x ของจุดนี้จะเปลี่ยนไปตามช่วงเวลา t และค่าของนิพจน์ ωt – kxไม่เปลี่ยนแปลง หลังจากช่วงเวลา Δt จุด A จะเคลื่อนที่ไปตามแกน OX ในระยะทางที่กำหนด Δx = υΔt เพราะฉะนั้น: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = constหรือ ωΔt = kΔx

นี่หมายความว่า:

ดังนั้นคลื่นไซน์ที่เดินทางจึงมีช่วงเวลาสองช่วง - ในเวลาและพื้นที่ ช่วงเวลาเท่ากับคาบการสั่น T ของอนุภาคของตัวกลาง ช่วงเวลาเชิงพื้นที่เท่ากับความยาวคลื่น λ เวฟนัมเบอร์คือแอนะล็อกเชิงพื้นที่ของความถี่วงกลม

1. 
   เสียง.

เสียง- สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนทางกลที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น - ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง รับรู้โดยอวัยวะการได้ยิน เสียงเป็นคลื่นที่มีความเข้มค่อนข้างต่ำ ช่วงของความถี่เสียงที่ได้ยินอยู่ในช่วงตั้งแต่ประมาณ 20 Hz ถึง 20 kHz คลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 20 Hz เรียกว่า อินฟาเรดและด้วยความถี่มากกว่า 20 kHz - อัลตราซาวนด์. คลื่นที่มีความถี่จากถึงเฮิรตซ์เรียกว่า ไฮเปอร์โซนิก. สาขาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาปรากฏการณ์ทางเสียงเรียกว่าอะคูสติก

กระบวนการออสซิลเลเตอร์อธิบายโดยสมการ มันยังมาจากการสั่นสะเทือนของเสียง:

ลักษณะพื้นฐานของคลื่นเสียง

การรับรู้อัตนัยของเสียง (ระดับเสียง, ระดับเสียง, เสียงต่ำ)

ลักษณะทางกายภาพเชิงวัตถุของเสียง (ความเร็ว ความเข้ม สเปกตรัม)

ความเร็วของเสียงในตัวกลางที่เป็นก๊าซคำนวณโดยสูตร:

β - การอัดตัวแบบอะเดียแบติกของตัวกลาง

ρ - ความหนาแน่น

1. 
   การใช้เสียง

สัตว์ที่มีชื่อเสียงซึ่งมีความสามารถในการสะท้อนตำแหน่งได้คือค้างคาวและโลมา ในแง่ของความสมบูรณ์แบบ echolocators ของสัตว์เหล่านี้ไม่ได้ด้อยกว่า แต่ในหลาย ๆ ด้านพวกเขาเหนือกว่า (ในแง่ของความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน) echolocators ที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ทันสมัย

โซนาร์ที่ใช้ใต้น้ำเรียกว่าโซนาร์หรือโซนาร์ (ชื่อโซนาร์เกิดขึ้นจากตัวอักษรเริ่มต้นของคำภาษาอังกฤษสามคำ: เสียง - เสียง; การนำทาง - การนำทาง; ช่วง - ช่วง) โซนาร์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาก้นทะเล (โปรไฟล์ ความลึก) สำหรับการตรวจจับและศึกษาวัตถุต่างๆ ที่เคลื่อนที่ลึกใต้น้ำ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา สามารถตรวจจับวัตถุหรือสัตว์ขนาดใหญ่เดี่ยวๆ รวมทั้งฝูงปลาหรือหอยขนาดเล็กได้อย่างง่ายดาย

คลื่นความถี่อัลตราโซนิกใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์เพื่อการวินิจฉัย เครื่องสแกนอัลตราซาวนด์ช่วยให้คุณสามารถตรวจสอบอวัยวะภายในของบุคคลได้ รังสีอัลตราโซนิกเป็นอันตรายต่อมนุษย์น้อยกว่ารังสีเอกซ์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.

คุณสมบัติของพวกเขา

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถกระตุ้นได้ด้วยประจุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเท่านั้น

การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกทำนายโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ J. Maxwell ในปี 1864 เขาเสนอการตีความกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ใหม่และพัฒนาความคิดของเขาต่อไป

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามแม่เหล็กจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนในพื้นที่โดยรอบ สนามไฟฟ้าที่แปรตามเวลาจะสร้างสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบ

รูปที่ 1 สนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับและในทางกลับกัน

คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ตามขวาง – เวกเตอร์และตั้งฉากกันและนอนในระนาบตั้งฉากกับทิศทางการขยายพันธุ์

รูปที่ 2 การแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นเคลื่อนที่จะเปลี่ยนเป็นเฟสเดียว

เวกเตอร์ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ก่อให้เกิดเวกเตอร์ที่เรียกว่าเวกเตอร์สามตัว

การสั่นของเวกเตอร์และเกิดขึ้นในเฟส: ในช่วงเวลาเดียวกัน ณ จุดหนึ่งในอวกาศ การคาดคะเนของจุดแข็งของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กถึงค่าสูงสุด ต่ำสุด หรือศูนย์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในสสารด้วย ความเร็วสุดท้าย

ที่ไหน - การซึมผ่านของไดอิเล็กตริกและแม่เหล็กของตัวกลาง (ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางขึ้นอยู่กับพวกมัน)

ค่าคงที่ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ

ความหนาแน่นของฟลักซ์ของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า หรือความเข้ม เจ เรียกว่าพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่นำพาโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นผิวของพื้นที่หนึ่งหน่วย:

,

แทนที่นิพจน์สำหรับ , และ υ และคำนึงถึงความเท่าเทียมกันของความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เราสามารถรับ:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถโพลาไรซ์ได้

ในทำนองเดียวกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีคุณสมบัติพื้นฐานทั้งหมดของคลื่น : พวกมันส่งพลังงาน มีโมเมนตัม พวกมันสะท้อนและหักเหที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางสองตัวที่ดูดซับโดยตัวกลาง แสดงคุณสมบัติของการกระจาย การเลี้ยวเบนและการรบกวน

การทดลองของเฮิรตซ์ (การทดลองการตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

ครั้งแรกที่ทำการศึกษาคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

เฮิรตซ์ในปี พ.ศ. 2431 เขาได้พัฒนาการออกแบบเครื่องกำเนิดการสั่นด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Hertz vibrator) ที่ประสบความสำเร็จ และวิธีการตรวจจับด้วยวิธีการเรโซแนนซ์

เครื่องสั่นประกอบด้วยตัวนำเชิงเส้นสองตัวที่ปลายซึ่งมีลูกบอลโลหะสร้างช่องว่างประกายไฟ เมื่อไฟฟ้าแรงสูงถูกนำไปใช้จากการเหนี่ยวนำไปยังซาก ประกายไฟก็กระโดดเข้าไปในช่องว่าง มันทำให้ช่องว่างสั้นลง ในระหว่างการเผา มีการแกว่งจำนวนมากในวงจร ตัวรับ (เรโซเนเตอร์) ประกอบด้วยลวดที่มีช่องว่างประกายไฟ การปรากฏตัวของเรโซแนนซ์นั้นแสดงออกในลักษณะของประกายไฟในช่องว่างประกายไฟของเครื่องสะท้อนเสียงเพื่อตอบสนองต่อประกายไฟที่เกิดขึ้นในตัวสั่น

ดังนั้นการทดลองของเฮิรตซ์จึงเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ Maxwell ทำนายไว้นั้นสามารถเกิดขึ้นได้จริงในทางปฏิบัติ

หลักการของการสื่อสารทางวิทยุ

วิทยุสื่อสาร การส่งและรับข้อมูลโดยใช้คลื่นวิทยุ

เมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2439 ที่การประชุมของภาควิชาฟิสิกส์ของสมาคมฟิสิกส์และเคมีแห่งรัสเซีย Popov ใช้เครื่องมือของเขาแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ามีการส่งสัญญาณในระยะทาง 250 เมตรส่งสัญญาณรังสีสองคำแรกของโลก "Heinrich เฮิรตซ์".

โครงการของผู้รับ A.S. POPOV

Popov ใช้การสื่อสารทางวิทยุโทรเลข (การส่งสัญญาณในระยะเวลาต่างกัน) การสื่อสารดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้รหัสเท่านั้น เครื่องส่งประกายไฟพร้อมเครื่องสั่นของเฮิรตซ์ถูกใช้เป็นแหล่งของคลื่นวิทยุและตัวเชื่อมโยงทำหน้าที่เป็นเครื่องรับซึ่งเป็นหลอดแก้วที่มีตะไบโลหะซึ่งความต้านทานเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับมันจะลดลงหลายร้อยครั้ง เพื่อเพิ่มความไวของตัวเชื่อมโยงกัน ปลายด้านหนึ่งถูกต่อสายดิน และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับลวดที่ยกขึ้นเหนือพื้นโลก ความยาวรวมของเสาอากาศเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น สัญญาณเครื่องส่งสัญญาณประกายไฟจะลดลงอย่างรวดเร็วและไม่สามารถส่งได้ในระยะทางไกล

การสื่อสารทางวิทยุทางโทรศัพท์ (เสียงพูดและดนตรี) ใช้สัญญาณมอดูเลตความถี่สูง สัญญาณความถี่ต่ำ (เสียง) นำข้อมูล แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่ถูกปล่อยออกมา และสัญญาณความถี่สูงจะถูกปล่อยออกมาอย่างดี แต่ไม่มีข้อมูล การมอดูเลตใช้สำหรับการสื่อสารทางวิทยุทางโทรศัพท์

การมอดูเลต - กระบวนการสร้างการติดต่อระหว่างพารามิเตอร์ของสัญญาณ HF และ LF

ในทางวิศวกรรมวิทยุ ใช้การมอดูเลตหลายประเภท: แอมพลิจูด ความถี่ เฟส

การมอดูเลตแอมพลิจูด - การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดของการแกว่ง (ไฟฟ้า เครื่องกล ฯลฯ) เกิดขึ้นที่ความถี่ที่ต่ำกว่าความถี่ของการแกว่งเองมาก

การสั่นของฮาร์มอนิกความถี่สูง ω ถูกมอดูเลตในแอมพลิจูดโดยการสั่นฮาร์มอนิกความถี่ต่ำ Ω (τ = 1/Ω คือคาบของมัน) t คือเวลา, A คือแอมพลิจูดของการสั่นของความถี่สูง, T คือคาบของมัน

รูปแบบการสื่อสารทางวิทยุโดยใช้สัญญาณ AM

AM ออสซิลเลเตอร์

แอมพลิจูดของสัญญาณ RF เปลี่ยนแปลงตามแอมพลิจูดของสัญญาณ LF จากนั้นสัญญาณมอดูเลตจะถูกปล่อยออกมาจากเสาอากาศส่งสัญญาณ

ในเครื่องรับวิทยุ เสาอากาศรับสัญญาณจะรับคลื่นวิทยุในวงจรออสซิลเลเตอร์เนื่องจากการสั่นพ้อง สัญญาณที่ปรับวงจร (ความถี่พาหะของสถานีส่งสัญญาณ) จะถูกเลือกและขยาย จากนั้นจึงขยายส่วนประกอบความถี่ต่ำ ของสัญญาณจะต้องเลือก

เครื่องตรวจจับวิทยุ

การตรวจจับ – ขั้นตอนการแปลงสัญญาณความถี่สูงเป็นสัญญาณความถี่ต่ำ สัญญาณที่ได้รับหลังการตรวจจับจะสอดคล้องกับสัญญาณเสียงที่กระทำต่อไมโครโฟนของเครื่องส่งสัญญาณ หลังจากขยายแล้ว การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำสามารถเปลี่ยนเป็นเสียงได้

เครื่องตรวจจับ (ดีโมดูเลเตอร์)

ไดโอดใช้เพื่อแก้ไขกระแสสลับ

a) สัญญาณ AM, b) สัญญาณที่ตรวจพบ

เรดาร์

การตรวจจับและการกำหนดตำแหน่งของวัตถุอย่างแม่นยำและความเร็วของการเคลื่อนที่โดยใช้คลื่นวิทยุเรียกว่า เรดาร์ . หลักการของเรดาร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของการสะท้อนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโลหะ

1 - เสาอากาศหมุนได้; 2 - สวิตช์เสาอากาศ; 3 - เครื่องส่งสัญญาณ; 4 - ผู้รับ; 5 - สแกนเนอร์; 6 - ตัวบ่งชี้ระยะทาง; 7 - ตัวบ่งชี้ทิศทาง

สำหรับเรดาร์นั้นจะใช้คลื่นวิทยุความถี่สูง (VHF) ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ลำแสงทิศทางจะถูกสร้างขึ้นอย่างง่ายดายและกำลังการแผ่รังสีสูง ในช่วงเมตรและเดซิเมตร - ระบบขัดแตะของเครื่องสั่นในช่วงเซนติเมตรและมิลลิเมตร - ตัวปล่อยพาราโบลา ตำแหน่งสามารถทำได้ทั้งในโหมดต่อเนื่อง (เพื่อตรวจจับเป้าหมาย) และในโหมดพัลซิ่ง (เพื่อกำหนดความเร็วของวัตถุ)

พื้นที่ใช้งานเรดาร์:

• 
  การบิน อวกาศ กองทัพเรือ: ความปลอดภัยในการจราจรของเรือในทุกสภาพอากาศและทุกเวลาของวัน การป้องกันการชนกัน ความปลอดภัยในการขึ้นบิน ฯลฯ เครื่องบินลงจอด
• 
  สงคราม: การตรวจจับเครื่องบินข้าศึกหรือขีปนาวุธในเวลาที่เหมาะสม การปรับการยิงต่อต้านอากาศยานโดยอัตโนมัติ
• 
  เรดาร์ดาวเคราะห์: วัดระยะทางไปยังพวกเขา ระบุพารามิเตอร์ของวงโคจร กำหนดระยะเวลาของการหมุน สังเกตภูมิประเทศพื้นผิว ในอดีตสหภาพโซเวียต (1961) - เรดาร์ของดาวศุกร์, ดาวพุธ, ดาวอังคาร, ดาวพฤหัสบดี ในสหรัฐอเมริกาและฮังการี (1946) - การทดลองรับสัญญาณที่สะท้อนจากพื้นผิวดวงจันทร์

โทรทัศน์

โครงข่ายโทรคมนาคมโดยพื้นฐานแล้วสอดคล้องกับโครงการวิทยุคมนาคม ความแตกต่างก็คือ นอกจากสัญญาณเสียงแล้ว ยังมีการส่งสัญญาณภาพและสัญญาณควบคุม (การเปลี่ยนสายและการเปลี่ยนเฟรม) เพื่อซิงโครไนซ์การทำงานของเครื่องส่งและเครื่องรับ ในเครื่องส่ง สัญญาณเหล่านี้จะถูกมอดูเลตและส่งสัญญาณ ในเครื่องรับ สัญญาณเหล่านี้จะถูกรับโดยเสาอากาศและไปประมวลผล โดยแต่ละตัวจะอยู่ในเส้นทางของมันเอง

พิจารณาหนึ่งในแผนการที่เป็นไปได้สำหรับการแปลงภาพเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ไอคอนสโคป:

ด้วยความช่วยเหลือของระบบออปติคัล ภาพจะถูกฉายบนหน้าจอโมเสค เนื่องจากเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก เซลล์ของหน้าจอจะได้รับประจุบวกที่แตกต่างกัน ปืนอิเล็กตรอนสร้างลำแสงอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าจอ ปล่อยเซลล์ที่มีประจุบวก เนื่องจากแต่ละเซลล์เป็นตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงของประจุจะนำไปสู่การปรากฏตัวของแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง นั่นคือการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณจะถูกขยายและป้อนเข้าไปในอุปกรณ์มอดูเลต ใน kinescope สัญญาณวิดีโอจะถูกแปลงกลับเป็นภาพ (ในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับหลักการทำงานของ kinescope)

เนื่องจากสัญญาณโทรทัศน์มีข้อมูลมากกว่าวิทยุ งานจึงดำเนินการที่ความถี่สูง (เมตร เดซิเมตร)

การขยายพันธุ์ของคลื่นวิทยุ
คลื่นวิทยุ -เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง (10 4

แต่ละส่วนของช่วงนี้มีการใช้ข้อดีของมันได้ดีที่สุด คลื่นวิทยุของช่วงต่างๆ แพร่กระจายในระยะทางที่ต่างกัน การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของบรรยากาศ พื้นผิวโลก โทรโพสเฟียร์ และไอโอโนสเฟียร์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ

การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ- นี่คือกระบวนการส่งสัญญาณการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของช่วงวิทยุในอวกาศจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยเฉพาะจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ
คลื่นความถี่ต่างกันมีพฤติกรรมต่างกัน ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของการแพร่กระจายคลื่นยาว กลาง สั้น และเกินขีด
การขยายพันธุ์ของคลื่นยาว

คลื่นยาว (>1000 ม.) แพร่กระจาย:

• 
  ที่ระยะทางไม่เกิน 1-2,000 กม. เนื่องจากการเลี้ยวเบนของพื้นผิวทรงกลมของโลก ไปไหนมาไหนได้ โลก(รูปที่ 1). จากนั้นการแพร่กระจายของพวกมันเกิดขึ้นเนื่องจากการชี้นำของท่อนำคลื่นทรงกลมโดยไม่ถูกสะท้อน

ข้าว. หนึ่ง

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

ความมั่นคงในการรับสัญญาณ คุณภาพของการรับไม่ได้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ปี และสภาพอากาศ

ข้อเสีย:

เนื่องจากการดูดกลืนอย่างแรงของคลื่นขณะแพร่กระจายบนพื้นผิวโลก จึงจำเป็นต้องมีเสาอากาศขนาดใหญ่และเครื่องส่งกำลังสูง

การปล่อยบรรยากาศ (ฟ้าผ่า) รบกวน

การใช้งาน:

• 
  ช่วงนี้ใช้สำหรับการออกอากาศทางวิทยุ สำหรับวิทยุโทรเลข บริการนำทางด้วยวิทยุ และสำหรับการสื่อสารกับเรือดำน้ำ
• 
  มีสถานีวิทยุจำนวนไม่มากที่ส่งสัญญาณเวลาและรายงานอุตุนิยมวิทยาที่แม่นยำ

การขยายพันธุ์ของคลื่นกลาง

คลื่นปานกลาง ( =100..1000 ม.) แพร่กระจาย:

• 
  เช่นเดียวกับคลื่นยาว พวกมันสามารถโค้งงอรอบพื้นผิวโลกได้
• 
  เช่นเดียวกับคลื่นสั้น พวกมันสามารถสะท้อนซ้ำจากชั้นบรรยากาศรอบนอกได้

ที่ระยะทางไกลจากเครื่องส่งระหว่างวัน การรับสัญญาณอาจไม่ดี ในเวลากลางคืนการรับสัญญาณจะดีขึ้น ความแข็งแกร่งของแผนกต้อนรับก็ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีด้วย ดังนั้นในระหว่างวันพวกเขาจึงแผ่กระจายไปในระยะสั้นและในเวลากลางคืน - นาน

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

• 
  ช่วงการสื่อสารสั้น สถานีคลื่นกลางสามารถได้ยินได้ภายในหนึ่งพันกิโลเมตร แต่มีการรบกวนในบรรยากาศและอุตสาหกรรมในระดับสูง

การใช้งาน:

• 
  ใช้สำหรับการสื่อสารอย่างเป็นทางการและมือสมัครเล่นตลอดจนการออกอากาศเป็นหลัก

การแพร่กระจายสั้น คลื่น

คลื่นสั้น (=10..100 ม.) แพร่กระจาย:

• 
  สะท้อนจากชั้นไอโอโนสเฟียร์และพื้นผิวโลกซ้ำแล้วซ้ำเล่า (รูปที่ 2)

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

คุณภาพของการรับคลื่นสั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการต่างๆ ในชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ที่เกี่ยวข้องกับระดับของกิจกรรมสุริยะ ช่วงเวลาของปี และช่วงเวลาของวันเป็นอย่างมาก ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องส่งกำลังสูง ไม่เหมาะสำหรับการสื่อสารระหว่างสถานีภาคพื้นดินและยานอวกาศ เนื่องจากไม่ผ่านชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์

การใช้งาน:

• 
  เพื่อการสื่อสารทางไกล สำหรับโทรทัศน์ วิทยุกระจายเสียง และวิทยุสื่อสารด้วยวัตถุเคลื่อนที่ มีแผนกโทรเลขและสถานีวิทยุโทรศัพท์ ช่วงนี้เป็น "ประชากร" มากที่สุด

การกระจายของเกินขีดคลื่น

คลื่นเกินขีด (

• 
  บางครั้งอาจสะท้อนจากเมฆ ดาวเทียมเทียมของโลก หรือแม้แต่จากดวงจันทร์ ในกรณีนี้ ช่วงการสื่อสารอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

การรับคลื่นเกินขีดนั้นโดดเด่นด้วยความคงตัวของการได้ยิน ไม่มีการซีดจาง รวมถึงการลดการรบกวนต่างๆ

การสื่อสารบนคลื่นเหล่านี้ทำได้เฉพาะในระยะสายตาเท่านั้น หลี่(รูปที่ 7)

เนื่องจากคลื่นเกินขีดไม่แพร่กระจายเกินขอบฟ้า จึงจำเป็นต้องสร้างเครื่องส่งสัญญาณระดับกลางจำนวนมาก - ตัวทำซ้ำ

ทบทวน- อุปกรณ์ตั้งอยู่ที่จุดกึ่งกลางของสายสื่อสารวิทยุ ขยายสัญญาณที่ได้รับและส่งสัญญาณต่อไป

รีเลย์- การรับสัญญาณที่จุดกึ่งกลาง การขยายและการส่งสัญญาณไปในทิศทางเดียวกันหรือในอีกทิศทางหนึ่ง การส่งสัญญาณซ้ำได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มช่วงการสื่อสาร

มีสองวิธีในการถ่ายทอด: ดาวเทียมและภาคพื้นดิน

ดาวเทียม:

ดาวเทียมรีเลย์ที่ทำงานอยู่จะรับสัญญาณสถานีภาคพื้นดิน ขยายสัญญาณ และผ่านเครื่องส่งแบบมีทิศทางอันทรงพลังจะส่งสัญญาณไปยังพื้นโลกในทิศทางเดียวกันหรือในทิศทางที่ต่างกัน

พื้น:

สัญญาณจะถูกส่งไปยังสถานีวิทยุอนาล็อกหรือดิจิตอลภาคพื้นดินหรือเครือข่ายของสถานีดังกล่าว แล้วส่งต่อไปในทิศทางเดียวกันหรือในทิศทางที่ต่างกัน

1 - เครื่องส่งวิทยุ

2 - เสาอากาศส่งสัญญาณ 3 - เสาอากาศรับ 4 - เครื่องรับวิทยุ

การใช้งาน:

• 
  ติดต่อ ดาวเทียมประดิษฐ์โลกและ

จรวดอวกาศ ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการกระจายเสียงทางโทรทัศน์และวิทยุ (วง VHF และ FM), การนำทางวิทยุ, เรดาร์และการสื่อสารเคลื่อนที่

VHF แบ่งออกเป็นช่วงต่อไปนี้:

คลื่นเมตร - จาก 10 ถึง 1 เมตร ใช้สำหรับการสื่อสารทางโทรศัพท์ระหว่างเรือ เรือ และบริการท่าเรือ

เดซิเมตร - ตั้งแต่ 1 เมตร ถึง 10 ซม. ใช้สำหรับการสื่อสารผ่านดาวเทียม

เซนติเมตร - ตั้งแต่ 10 ถึง 1 ซม. ใช้ในเรดาร์

มิลลิเมตร - ตั้งแต่ 1 ซม. ถึง 1 มม. ส่วนใหญ่ใช้ในการแพทย์

เครื่องกลคลื่นในฟิสิกส์ นี่คือปรากฏการณ์ของการแพร่กระจายของสิ่งรบกวน ควบคู่ไปกับการถ่ายโอนพลังงานของร่างกายที่สั่นไหวจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งโดยไม่ขนส่งสสาร ในตัวกลางยืดหยุ่นบางตัว

ตัวกลางที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล (ของเหลว ก๊าซ หรือ แข็ง) เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเกิดการรบกวนทางกล เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อโมเลกุลของสารชนกันเพื่อถ่ายเทพลังงาน ตัวอย่างหนึ่งของสิ่งรบกวนดังกล่าวคือเสียง (คลื่นเสียง) เสียงสามารถเดินทางผ่านอากาศ น้ำ หรือ ร่างกายแข็งแรงแต่ไม่ได้อยู่ในสุญญากาศ

ในการสร้างคลื่นกล จำเป็นต้องมีพลังงานตั้งต้นซึ่งจะนำตัวกลางออกจากสมดุล พลังงานนี้จะถูกส่งผ่านคลื่น ตัวอย่างเช่น หินที่โยนลงไปในน้ำปริมาณเล็กน้อยจะสร้างคลื่นบนผิวน้ำ เสียงกรี๊ดดังสร้างคลื่นเสียง

คลื่นกลประเภทหลัก:

• เสียง;
• บนผิวน้ำ
• แผ่นดินไหว;
• คลื่นไหวสะเทือน

คลื่นกลมียอดและร่องเหมือนทั้งหมด การเคลื่อนที่แบบสั่น. ลักษณะสำคัญของพวกเขาคือ:

• ความถี่. นี่คือจำนวนการแกว่งต่อวินาที หน่วยวัดใน SI: [ν] = [Hz] = [s -1]
• ความยาวคลื่น. ระยะห่างระหว่างยอดหรือรางที่อยู่ติดกัน [λ] = [ม.].
• แอมพลิจูด ความเบี่ยงเบนสูงสุดของจุดกลางจากตำแหน่งสมดุล [X สูงสุด] = [ม.]
• ความเร็ว. นี่คือระยะทางที่คลื่นเดินทางในหนึ่งวินาที [V] = [m/s]

ความยาวคลื่น

ความยาวคลื่นคือระยะห่างระหว่างจุดที่อยู่ใกล้กันมากที่สุด โดยมีการสั่นในเฟสเดียวกัน

คลื่นแพร่กระจายในอวกาศ ทิศทางการขยายพันธุ์เรียกว่า บีมและเขียนแทนด้วยเส้นตั้งฉากกับผิวคลื่น และความเร็วของพวกเขาคำนวณโดยสูตร:

ขอบของผิวคลื่นซึ่งแยกส่วนของตัวกลางที่มีการแกว่งตัวเกิดขึ้นแล้ว จากส่วนของตัวกลางที่การแกว่งยังไม่เริ่มต้น - คลื่นด้านหน้า.

คลื่นตามยาวและตามขวาง

วิธีหนึ่งในการจำแนกประเภทเชิงกลของคลื่นคือการกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละตัวของตัวกลางในคลื่นที่สัมพันธ์กับทิศทางของการแพร่กระจาย

ขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคในคลื่น ได้แก่

1. ตามขวางคลื่นอนุภาคของตัวกลางในคลื่นประเภทนี้จะแกว่งตัวทำมุมฉากกับลำแสงคลื่น ระลอกคลื่นในสระน้ำหรือสายกีตาร์ที่สั่นสะเทือนช่วยให้เห็นภาพคลื่นตามขวางได้ การสั่นประเภทนี้ไม่สามารถแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซได้ เนื่องจากอนุภาคของตัวกลางเหล่านี้เคลื่อนที่แบบสุ่ม และเป็นไปไม่ได้ที่จะจัดระเบียบการเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น คลื่นประเภทขวางจะเคลื่อนที่ช้ากว่าแนวยาวมาก
2. ตามยาวคลื่นอนุภาคของตัวกลางแกว่งไปในทิศทางเดียวกับที่คลื่นแพร่กระจาย คลื่นประเภทนี้เรียกว่าคลื่นบีบอัดหรือคลื่นบีบอัด การสั่นสะเทือนตามยาวสปริง - การกดและการขยายเป็นระยะ - ให้ภาพที่ดีของคลื่นดังกล่าว คลื่นตามยาวเป็นคลื่นที่เร็วที่สุดในประเภททางกล คลื่นเสียงในอากาศ สึนามิ และอัลตราซาวนด์เป็นคลื่นเสียงตามยาว ซึ่งรวมถึงคลื่นไหวสะเทือนบางประเภทที่แพร่กระจายใต้ดินและในน้ำ