เมื่อคลื่นกลแพร่กระจาย 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

ฟลักซ์ของพลังงานคลื่นเท่ากับอัตราส่วนของพลังงานที่ส่งผ่านโดยคลื่นผ่านพื้นผิวที่แน่นอนจนถึงเวลาที่ถ่ายโอนนี้:
, 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

การสั่นที่ซับซ้อน (การผ่อนคลาย) - แตกต่างจากไซน์

การแปลงฟูริเยร์- ฟังก์ชันคาบที่ซับซ้อนใดๆ สามารถแสดงเป็นผลรวมของฟังก์ชันง่าย ๆ (ฮาร์มอนิก) หลายฟังก์ชัน ซึ่งคาบเป็นค่าทวีคูณของคาบของฟังก์ชันเชิงซ้อน - 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 และคนอื่น ๆ. ชุดความถี่ที่ระบุความเข้มสัมพัทธ์คือสเปกตรัมอะคูสติก

เสียงรบกวน -เสียงที่มีการพึ่งพาเวลาไม่ซ้ำซ้อน (เสียงกรอบแกรบ, เสียงเอี๊ยด, เสียงปรบมือ) สเปกตรัมมีความต่อเนื่อง

ลักษณะทางกายภาพของเสียง:

ลักษณะความรู้สึกการได้ยิน:

ส่วนสูงถูกกำหนดโดยความถี่ของคลื่นเสียง ยิ่งความถี่สูง โทนเสียงก็จะยิ่งสูงขึ้น เสียงที่เข้มขึ้นจะต่ำลง

Timbre– กำหนดโดยสเปกตรัมอะคูสติก ยิ่งมีโทนเสียงมากเท่าใด สเปกตรัมก็จะยิ่งสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

ปริมาณ- กำหนดระดับของความรู้สึกทางหู ขึ้นอยู่กับความเข้มของเสียงและความถี่ จิตวิทยา กฎหมายเวเบอร์-เฟชเนอร์: ถ้าคุณเพิ่มความระคายเคืองใน 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 การปรับโครงสร้างและการทำลายเยื่อหุ้มชีวภาพ 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

หัวข้อ ใช้ตัวเข้ารหัส: คลื่นกล ความยาวคลื่น เสียง

คลื่นกล - นี่คือกระบวนการของการแพร่กระจายในพื้นที่ของการสั่นของอนุภาคของตัวกลางยืดหยุ่น (ของแข็ง ของเหลวหรือก๊าซ)

การมีอยู่ของคุณสมบัติยืดหยุ่นในตัวกลางคือ เงื่อนไขที่จำเป็นการแพร่กระจายคลื่น: การเสียรูปที่เกิดขึ้นในสถานที่ใด ๆ เนื่องจากการทำงานร่วมกันของอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงจะถูกถ่ายโอนจากจุดหนึ่งของตัวกลางไปยังอีกจุดหนึ่งอย่างต่อเนื่อง ประเภทต่างๆการเสียรูปจะสอดคล้องกับคลื่นประเภทต่างๆ

คลื่นตามยาวและตามขวาง

คลื่นเรียกว่า ตามยาวถ้าอนุภาคของตัวกลางแกว่งไปแกว่งมาขนานกับทิศทางการแพร่กระจายคลื่น คลื่นตามยาวประกอบด้วยแรงดึงและแรงอัดสลับกัน ในรูป 1 แสดงคลื่นตามยาว ซึ่งเป็นการสั่นของชั้นแบนของตัวกลาง ทิศทางที่ชั้นสั่นพร้อมกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (กล่าวคือ ตั้งฉากกับชั้น)

คลื่นจะเรียกว่าขวาง ถ้าอนุภาคของตัวกลางสั่นตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น คลื่นตามขวางเกิดจากการเสียรูปของแรงเฉือนของชั้นหนึ่งของตัวกลางที่สัมพันธ์กับอีกชั้นหนึ่ง ในรูป 2 แต่ละชั้นจะแกว่งไปตามตัวมันเอง และคลื่นเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับชั้นต่างๆ

คลื่นตามยาวสามารถแพร่กระจายในของแข็ง ของเหลว และก๊าซ: ในตัวกลางเหล่านี้ จะเกิดปฏิกิริยายืดหยุ่นต่อแรงกด อันเป็นผลมาจากการที่แรงอัดและการเกิดหายากเกิดขึ้นทีละน้อย

อย่างไรก็ตาม ของเหลวและก๊าซ ซึ่งแตกต่างจากของแข็ง ไม่มีความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับแรงเฉือนของชั้น ดังนั้น คลื่นตามขวางสามารถแพร่กระจายในของแข็งได้ แต่ไม่สามารถแพร่กระจายภายในของเหลวและก๊าซ*

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าในระหว่างการเคลื่อนตัวของคลื่น อนุภาคของตัวกลางจะสั่นใกล้กับตำแหน่งสมดุลคงที่ กล่าวคือ โดยเฉลี่ยจะยังคงอยู่ในที่ของมัน คลื่นจึง
การถ่ายโอนพลังงานโดยไม่มีการถ่ายโอนสสาร.

ง่ายที่สุดในการเรียนรู้ คลื่นฮาร์มอนิก. เกิดจากอิทธิพลภายนอกที่มีต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกฎหมายฮาร์มอนิก เมื่อคลื่นฮาร์มอนิกแพร่กระจาย อนุภาคของตัวกลางสร้าง การสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิกโดยมีความถี่เท่ากับความถี่ของอิทธิพลภายนอก ในอนาคต เราจะจำกัดตัวเองให้อยู่ในคลื่นฮาร์โมนิก

ให้เราพิจารณาขั้นตอนการแพร่กระจายคลื่นโดยละเอียดยิ่งขึ้น สมมติว่าอนุภาคของตัวกลาง (อนุภาค) เริ่มสั่นด้วยคาบ กระทำกับอนุภาคข้างเคียง มันจะดึงมันตามไปด้วย ในทางกลับกันอนุภาคจะดึงอนุภาคไปด้วย ฯลฯ ดังนั้นคลื่นจะเกิดขึ้นโดยที่อนุภาคทั้งหมดจะแกว่งตัวด้วยคาบ

อย่างไรก็ตาม อนุภาคมีมวล นั่นคือ พวกมันมีความเฉื่อย ต้องใช้เวลาพอสมควรในการเปลี่ยนความเร็ว ดังนั้น อนุภาคในการเคลื่อนที่จะล้าหลังอนุภาคบ้าง อนุภาคจะล้าหลังอนุภาค เป็นต้น เมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ครั้งแรกเสร็จสิ้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง และเริ่มอนุภาคที่สอง อนุภาค ซึ่งอยู่ห่างจากอนุภาคหนึ่ง จะเริ่มสั่นครั้งแรก

ดังนั้น ในช่วงเวลาที่เท่ากับคาบการสั่นของอนุภาค การรบกวนของตัวกลางจะแพร่กระจายไปในระยะไกล ระยะทางนี้เรียกว่า ความยาวคลื่น.การสั่นของอนุภาคจะเหมือนกับการสั่นของอนุภาค การสั่นของอนุภาคถัดไปจะเหมือนกับการสั่นของอนุภาค เป็นต้น การสั่นของอนุภาคดังเช่นที่เคยเป็นมา สามารถเรียกการสั่นของอนุภาคดังกล่าวได้เองในระยะไกล ระยะการแกว่งเชิงพื้นที่; ควบคู่ไปกับช่วงเวลาเป็นลักษณะที่สำคัญที่สุดของกระบวนการคลื่น ในคลื่นตามยาว ความยาวคลื่นจะเท่ากับระยะห่างระหว่างการกดทับที่อยู่ติดกันหรือการหายาก (รูปที่ 1) ในแนวขวาง - ระยะห่างระหว่างโคกที่อยู่ติดกันหรือความหดหู่ใจ (รูปที่ 2) โดยทั่วไป ความยาวคลื่นจะเท่ากับระยะทาง (ตามทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น) ระหว่างอนุภาคที่อยู่ใกล้ที่สุดสองตัวของตัวกลาง โดยมีการสั่นในลักษณะเดียวกัน (กล่าวคือ โดยมีค่าเฟสต่างกันเท่ากับ )

ความเร็วการแพร่กระจายคลื่น คืออัตราส่วนของความยาวคลื่นต่อคาบการสั่นของอนุภาคของตัวกลาง:

ความถี่ของคลื่นคือความถี่ของการสั่นของอนุภาค:

จากตรงนี้เราจะได้ความสัมพันธ์ของความเร็วคลื่น ความยาวคลื่น และความถี่:

. (1)

เสียง.

คลื่นเสียง ใน ความหมายกว้างคือคลื่นใดๆ ที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่น ในความหมายที่แคบ เสียงเรียกว่า คลื่นเสียงในช่วงความถี่ตั้งแต่ 16 Hz ถึง 20 kHz ที่หูของมนุษย์รับรู้ ด้านล่างช่วงนี้คือพื้นที่ อินฟาเรด, ข้างบน - พื้นที่ อัลตราซาวนด์

ลักษณะสำคัญของเสียงคือ ปริมาณและ ความสูง.
ความดังของเสียงถูกกำหนดโดยแอมพลิจูดของความผันผวนของแรงดันในคลื่นเสียงและวัดในหน่วยพิเศษ - เดซิเบล(เดซิเบล). ดังนั้นระดับเสียง 0 dB คือเกณฑ์การได้ยิน 10 dB คือเสียงติ๊กของนาฬิกา 50 dB คือการสนทนาปกติ 80 dB คือเสียงกรีดร้อง 130 dB คือขีด จำกัด สูงสุดของการได้ยิน (เรียกว่า เกณฑ์ความเจ็บปวด).

โทน - นี่คือเสียงที่ตัวเครื่องสร้างขึ้น ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิก (เช่น ส้อมเสียงหรือสตริง) ระยะพิทช์ถูกกำหนดโดยความถี่ของการแกว่งเหล่านี้: ยิ่งความถี่สูงเท่าไหร่ เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้น โดยการดึงเชือก เราเพิ่มความถี่ของการแกว่งของมัน และตามนั้น ระดับเสียง

ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ ต่างกัน: ยิ่งสื่อมีความยืดหยุ่นมากเท่าใด เสียงในสื่อก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น ในของเหลว ความเร็วของเสียงมากกว่าในก๊าซ และในของแข็งจะมากกว่าในของเหลว
ตัวอย่างเช่น ความเร็วของเสียงในอากาศอยู่ที่ประมาณ 340 m / s (สะดวกที่จะจำได้ว่าเป็น "หนึ่งในสามของกิโลเมตรต่อวินาที") * ในน้ำ เสียงจะแพร่กระจายด้วยความเร็วประมาณ 1500 m/s และในเหล็ก - ประมาณ 5000 m/s
สังเกตว่า ความถี่เสียงจากแหล่งกำเนิดที่กำหนดในสื่อทั้งหมดจะเหมือนกัน: อนุภาคของตัวกลางทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบบังคับด้วยความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียง ตามสูตร (1) เราจึงสรุปได้ว่าเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางพร้อมกับความเร็วของเสียง ความยาวของคลื่นเสียงจะเปลี่ยนไป

คลื่นกล

หากการสั่นของอนุภาคเกิดขึ้นในสถานที่ใดๆ ของตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ เนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและโมเลกุลของตัวกลาง การแกว่งจะเริ่มส่งผ่านจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วจำกัด กระบวนการขยายพันธุ์ของการแกว่งในตัวกลางเรียกว่า คลื่น .

คลื่นกลมี ประเภทต่างๆ. ถ้าในคลื่นอนุภาคของตัวกลางสัมผัสกับการกระจัดในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจาย คลื่นนั้นจะถูกเรียก ตามขวาง . ตัวอย่างของคลื่นชนิดนี้อาจเป็นคลื่นที่วิ่งไปตามแถบยางที่ยืดออก (รูปที่ 2.6.1) หรือตามแนวเชือก

หากการกระจัดของอนุภาคของตัวกลางเกิดขึ้นในทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น เรียกว่าคลื่น ตามยาว . คลื่นในแท่งยางยืด (รูปที่ 2.6.2) หรือคลื่นเสียงในก๊าซเป็นตัวอย่างของคลื่นดังกล่าว

คลื่นบนพื้นผิวของเหลวมีทั้งองค์ประกอบตามขวางและตามยาว

ทั้งในคลื่นตามขวางและตามยาวไม่มีการถ่ายโอนสสารในทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ในกระบวนการขยายพันธุ์ อนุภาคของตัวกลางจะแกว่งไปมารอบตำแหน่งสมดุลเท่านั้น อย่างไรก็ตาม คลื่นนำพลังงานของการสั่นจากจุดหนึ่งของตัวกลางไปยังอีกจุดหนึ่ง

ลักษณะเฉพาะคลื่นกลคือการที่พวกมันแพร่กระจายในสื่อวัสดุ (ของแข็ง ของเหลวหรือก๊าซ) มีคลื่นที่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้เช่นกัน (เช่น คลื่นแสง) สำหรับคลื่นกล จำเป็นต้องมีสื่อที่มีความสามารถในการเก็บพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ ดังนั้นสิ่งแวดล้อมจึงต้องมี คุณสมบัติเฉื่อยและยืดหยุ่น. ในสภาพแวดล้อมจริง คุณสมบัติเหล่านี้ถูกกระจายไปทั่วโวลุ่ม ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบเล็กๆ ของร่างกายที่เป็นของแข็งจะมีมวลและความยืดหยุ่น ในวิธีที่ง่ายที่สุด แบบจำลองมิติเดียวร่างกายที่แข็งแรงสามารถแสดงเป็นชุดของลูกบอลและสปริง (รูปที่ 2.6.3)

คลื่นกลตามยาวสามารถแพร่กระจายในตัวกลางใด ๆ - ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

หากในแบบจำลองมิติเดียวของวัตถุที่แข็งกระด้าง ลูกบอลหนึ่งลูกขึ้นไปถูกแทนที่ในทิศทางตั้งฉากกับโซ่ การเสียรูปจะเกิดขึ้น เฉือน. สปริงที่เสียรูปภายใต้การกระจัดดังกล่าวมักจะทำให้อนุภาคที่ถูกแทนที่ไปยังตำแหน่งสมดุล ในกรณีนี้ แรงยืดหยุ่นจะกระทำต่ออนุภาคที่ไม่มีตำแหน่งที่อยู่ใกล้ที่สุด ซึ่งจะทำให้เบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งสมดุล เป็นผลให้คลื่นตามขวางจะวิ่งไปตามโซ่

ในของเหลวและก๊าซ การเสียรูปของแรงเฉือนแบบยืดหยุ่นจะไม่เกิดขึ้น ถ้าชั้นหนึ่งของของเหลวหรือก๊าซถูกแทนที่ด้วยระยะห่างที่สัมพันธ์กับชั้นที่อยู่ใกล้เคียง แรงสัมผัสจะไม่ปรากฏที่ขอบระหว่างชั้น แรงที่กระทำต่อขอบของของเหลวและของแข็ง ตลอดจนแรงระหว่างชั้นของของไหลที่อยู่ติดกัน มักจะมุ่งไปตามแนวปกติไปยังขอบเขต - สิ่งเหล่านี้คือแรงกด เช่นเดียวกับตัวกลางที่เป็นก๊าซ เพราะเหตุนี้, คลื่นตามขวางไม่สามารถอยู่ในตัวกลางของเหลวหรือก๊าซได้.

สิ่งที่น่าสนใจมากสำหรับการฝึกฝนเป็นเรื่องง่าย คลื่นฮาร์มอนิกหรือคลื่นไซน์ . มีลักษณะเฉพาะ แอมพลิจูดอาการสั่นสะเทือนของอนุภาค, ความถี่ฉและ ความยาวคลื่นล. คลื่นไซนัสแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความเร็วคงที่ υ

อคติ y (x, t) อนุภาคของตัวกลางจากตำแหน่งสมดุลในคลื่นไซน์ขึ้นอยู่กับพิกัด xบนเพลา วัวซึ่งคลื่นแพร่กระจายและเมื่อเวลาผ่านไป tในกฎหมาย

ในหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7 คุณได้ศึกษาการสั่นสะเทือนทางกล มันมักจะเกิดขึ้นที่การสั่นสะเทือนแพร่กระจายไปยังพื้นที่ใกล้เคียงในที่เดียว ตัวอย่างเช่น จำได้ว่าการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนจากกรวดที่ขว้างลงไปในน้ำหรือการสั่นสะเทือนของเปลือกโลกที่แพร่กระจายจากศูนย์กลางของแผ่นดินไหว ในกรณีเช่นนี้ พวกเขาพูดถึงการเคลื่อนที่ของคลื่น - คลื่น (รูปที่ 17.1) ในส่วนนี้ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของการเคลื่อนที่ของคลื่น

สร้างคลื่นกล

มาสวยกันเถอะ เชือกยาวปลายด้านหนึ่งติดอยู่กับ พื้นผิวแนวตั้งและเราจะย้ายอันที่สองขึ้นและลง (แกว่ง) แรงสั่นสะเทือนจากมือจะค่อยๆ ลามไปตามเชือก การเคลื่อนที่แบบสั่นจุดที่ห่างไกลมากขึ้น - คลื่นกลจะวิ่งไปตามเชือก (รูปที่ 17.2)

คลื่นกลคือการแพร่กระจายของการแกว่งในตัวกลางยืดหยุ่นได้*

ตอนนี้เราแก้ไขสปริงที่อ่อนนุ่มยาวในแนวนอนและใช้การกระแทกต่อเนื่องกับปลายอิสระ - คลื่นจะวิ่งในสปริงซึ่งประกอบด้วยการควบแน่นและการหายากของคอยส์สปริง (รูปที่ 17.3)

คลื่นที่อธิบายข้างต้นสามารถมองเห็นได้ แต่คลื่นกลส่วนใหญ่มองไม่เห็น เช่น คลื่นเสียง (รูปที่ 17.4)

เมื่อมองแวบแรก คลื่นกลทั้งหมดแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่สาเหตุของการเกิดและการแพร่กระจายเหมือนกัน

เราค้นพบวิธีการและสาเหตุที่คลื่นกลแพร่กระจายในตัวกลาง

คลื่นกลใด ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยตัวสั่น - แหล่งที่มาของคลื่น เมื่อทำการเคลื่อนที่แบบสั่น แหล่งกำเนิดคลื่นจะเปลี่ยนรูปชั้นของตัวกลางที่อยู่ใกล้ที่สุด (บีบอัดและยืดออกหรือเปลี่ยนตำแหน่ง) เป็นผลให้เกิดแรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อชั้นใกล้เคียงของตัวกลางและบังคับให้ทำการแกว่งแบบบังคับ ในทางกลับกัน ชั้นเหล่านี้จะทำให้ชั้นถัดไปเสียรูปและทำให้เกิดการสั่น ค่อยๆ ทีละชั้น ทุกชั้นของตัวกลางมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่แบบสั่น - คลื่นกลแพร่กระจายในตัวกลาง

ข้าว. 17.6. ในคลื่นตามยาว ชั้นของตัวกลางจะแกว่งไปตามทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น

แยกแยะระหว่างคลื่นกลตามขวางและตามยาว

ลองเปรียบเทียบการแพร่กระจายคลื่นตามเชือก (ดูรูปที่ 17.2) และในสปริง (ดูรูปที่ 17.3)

แยกส่วนของการเคลื่อนที่ของเชือก (การแกว่ง) ในแนวตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น (ในรูปที่ 17.2 คลื่นจะแพร่กระจายจากขวาไปซ้าย และบางส่วนของเชือกจะเคลื่อนขึ้นและลง) คลื่นดังกล่าวเรียกว่าแนวขวาง (รูปที่ 17.5) ระหว่างการแพร่กระจายของคลื่นตามขวาง ตัวกลางบางชั้นจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับชั้นอื่นๆ การเสียรูปการกระจัดจะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของแรงยืดหยุ่นใน .เท่านั้น ของแข็งดังนั้นคลื่นตามขวางจึงไม่สามารถแพร่กระจายในของเหลวและก๊าซได้ ดังนั้นคลื่นตามขวางจะแพร่กระจายในของแข็งเท่านั้น

เมื่อคลื่นแพร่กระจายในสปริง ขดลวดของสปริงจะเคลื่อนที่ (สั่น) ไปตามทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นดังกล่าวเรียกว่าตามยาว (รูปที่ 17.6) เมื่อคลื่นตามยาวแผ่ขยาย จะเกิดการเสียรูปของแรงอัดและแรงดึงในตัวกลาง (ตามทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ความหนาแน่นของตัวกลางจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง) การเสียรูปดังกล่าวในตัวกลางใด ๆ จะมาพร้อมกับลักษณะของแรงยืดหยุ่น ดังนั้นคลื่นตามยาวจึงแพร่กระจายในของแข็ง ของเหลว และในก๊าซ

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลวไม่เป็นคลื่นตามยาวหรือตามขวาง พวกมันมีลักษณะตามยาว - ตามขวางที่ซับซ้อนในขณะที่อนุภาคของเหลวเคลื่อนที่ไปตามวงรี การตรวจสอบนี้ทำได้ง่ายหากคุณโยนชิปเล็กๆ ลงไปในทะเลและเฝ้าดูการเคลื่อนที่ของมันบนผิวน้ำ

การหาคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น

1. การเคลื่อนที่แบบสั่นจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งจะไม่ถูกส่งในทันที แต่มีความล่าช้าบ้าง ดังนั้นคลื่นจึงแพร่กระจายในตัวกลางด้วยความเร็วจำกัด

2. แหล่งที่มาของคลื่นกลคือตัวสั่น เมื่อคลื่นแพร่กระจาย การสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนของตัวกลางจะถูกบังคับ ดังนั้นความถี่ของการสั่นสะเทือนของแต่ละส่วนของตัวกลางจึงเท่ากับความถี่ของการสั่นสะเทือนของแหล่งกำเนิดคลื่น

3. คลื่นกลไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้

4. การเคลื่อนที่ของคลื่นไม่ได้มาพร้อมกับการถ่ายโอนของสสาร - ส่วนของตัวกลางจะสั่นเฉพาะตำแหน่งสมดุลเท่านั้น

5. เมื่อคลื่นมาถึง ส่วนของตัวกลางก็เริ่มเคลื่อนที่ (ได้รับพลังงานจลน์) ซึ่งหมายความว่าเมื่อคลื่นแพร่กระจาย พลังงานจะถูกถ่ายโอน

การถ่ายโอนพลังงานโดยไม่มีการถ่ายโอนสสาร - ทรัพย์สินที่สำคัญที่สุดคลื่นใด ๆ

จำการแพร่กระจายของคลื่นบนผิวน้ำ (รูปที่ 17.7) การสังเกตใดยืนยันคุณสมบัติพื้นฐานของการเคลื่อนที่ของคลื่น

เราจำได้ ปริมาณทางกายภาพลักษณะความผันผวน

คลื่นคือการแพร่กระจายของการแกว่ง ดังนั้นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะการแกว่ง (ความถี่ คาบ แอมพลิจูด) จึงเป็นลักษณะเฉพาะของคลื่นด้วย จำเนื้อหาของชั้นประถมศึกษาปีที่ 7:

	ปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะการแกว่ง
	ความถี่การสั่น ν	ระยะเวลาการสั่น T	แอมพลิจูดการสั่น A
กำหนด	จำนวนการแกว่งต่อหน่วยเวลา	เวลาของการแกว่งครั้งเดียว	ระยะทางสูงสุดที่จุดเบี่ยงเบนจากตำแหน่งสมดุล
สูตรที่จะกำหนด
	N คือจำนวนการแกว่งต่อช่วงเวลา t
หน่วยในSI		วินาที

บันทึก! เมื่อคลื่นกลแพร่กระจาย ทุกส่วนของตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจายด้วยความถี่เดียวกัน (ν) ซึ่งเท่ากับความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดคลื่น ดังนั้น คาบ

การสั่น (T) สำหรับทุกจุดของตัวกลางก็เหมือนกันเพราะ

แต่แอมพลิจูดของการแกว่งจะค่อยๆ ลดลงตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิดคลื่น

เราหาความยาวและความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่น

จำการแพร่กระจายของคลื่นตามเชือก ให้ปลายเชือกเกิดการแกว่งสมบูรณ์หนึ่งครั้ง กล่าวคือ เวลาการแพร่กระจายของคลื่นเท่ากับหนึ่งคาบ (t = T) ในช่วงเวลานี้ คลื่นแพร่กระจายในระยะทางที่กำหนด λ (รูปที่ 17.8, a) ระยะทางนี้เรียกว่าความยาวคลื่น

ความยาวคลื่น λ คือระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาเท่ากับช่วงเวลา T:

โดยที่ v คือความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น หน่วยความยาวคลื่นใน SI คือเมตร:

มันง่ายที่จะเห็นว่าจุดของเชือกซึ่งอยู่ห่างจากกันซึ่งมีความยาวคลื่นหนึ่งช่วงคลื่นจะสั่นแบบซิงโครนัส - มีเฟสการแกว่งเหมือนกัน (รูปที่ 17.8, b, c) ตัวอย่างเช่น จุด A และ B ของเชือกจะเคลื่อนที่ขึ้นพร้อมกัน ไปถึงยอดคลื่นพร้อมๆ กัน จากนั้นเริ่มเลื่อนลงพร้อมกัน เป็นต้น

ข้าว. 17.8. ความยาวคลื่นเท่ากับระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ระหว่างการแกว่งครั้งเดียว (นี่คือระยะห่างระหว่างยอดที่ใกล้ที่สุดสองยอดหรือรางที่ใกล้ที่สุดทั้งสอง)

โดยใช้สูตร λ = vT เราสามารถกำหนดความเร็วการแพร่กระจาย

เราได้สูตรความสัมพันธ์ระหว่างความยาว ความถี่ และความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น - สูตรคลื่น:

หากคลื่นผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นจะเปลี่ยนไป แต่ความถี่ยังคงเท่าเดิม เนื่องจากความถี่จะถูกกำหนดโดยแหล่งที่มาของคลื่น ดังนั้น ตามสูตร v = λν เมื่อคลื่นผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง ความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไป

สูตรคลื่น

เรียนรู้ที่จะแก้ปัญหา

งาน. คลื่นตามขวางแพร่กระจายไปตามสายไฟด้วยความเร็ว 3 เมตร/วินาที ในรูป 1 แสดงตำแหน่งของสายไฟ ณ จุดใดจุดหนึ่ง และทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น สมมติว่าด้านข้างของกรงสูง 15 ซม. ให้กำหนด:

1) แอมพลิจูด คาบ ความถี่ และความยาวคลื่น

วิเคราะห์ปัญหาทางกายภาพ วิธีแก้ปัญหา

คลื่นเป็นแนวขวาง ดังนั้นจุดของสายสะดือจะแกว่งไปมาในแนวตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (พวกมันเคลื่อนที่ขึ้นและลงสัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุลบางตำแหน่ง)

1) จากรูปที่ 1 เราจะเห็นว่าค่าเบี่ยงเบนสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล (แอมพลิจูด A ของคลื่น) เท่ากับ 2 เซลล์ ดังนั้น A \u003d 2 15 ซม. \u003d 30 ซม.

ระยะห่างระหว่างยอดและรางน้ำคือ 60 ซม. (4 เซลล์) ตามลำดับ ระยะห่างระหว่างยอดที่ใกล้ที่สุด (ความยาวคลื่น) สองยอดที่ใกล้ที่สุดจะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า ดังนั้น λ = 2 60 ซม. = 120 ซม. = 1.2 ม.

เราหาความถี่ ν และคาบ T ของคลื่นโดยใช้สูตรคลื่น:

2) เพื่อหาทิศทางการเคลื่อนที่ของจุดของสายไฟ เราทำการก่อสร้างเพิ่มเติม ปล่อยให้คลื่นเคลื่อนที่เป็นระยะทางเล็ก ๆ ในช่วงเวลาสั้น ๆ Δt เนื่องจากคลื่นเลื่อนไปทางขวา และรูปร่างไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา จุดบีบจะอยู่ที่ตำแหน่งที่แสดงในรูปที่ 2 จุด.

คลื่นเป็นแนวขวาง กล่าวคือ จุดของสายไฟเคลื่อนที่ในแนวตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายคลื่น จากรูป 2 เราจะเห็นว่าจุด K หลังจากช่วงเวลา Δt จะต่ำกว่าตำแหน่งเริ่มต้น ดังนั้น ความเร็วจะลดลง จุด B จะเคลื่อนที่สูงขึ้นดังนั้นความเร็วของการเคลื่อนที่จึงพุ่งขึ้น จุด C จะเคลื่อนที่ต่ำกว่า ดังนั้นความเร็วของการเคลื่อนที่จึงลดลง

คำตอบ: A = 30 ซม. T = 0.4 วินาที; ν = 2.5 เฮิร์ตซ์; λ = 1.2 ม.; K และ C - ลง B - ขึ้น

สรุป

การแพร่กระจายของการแกว่งในตัวกลางยืดหยุ่นเรียกว่าคลื่นกล คลื่นกลซึ่งส่วนต่าง ๆ ของการสั่นของตัวกลางตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นเรียกว่าแนวขวาง คลื่นที่ส่วนต่าง ๆ ของตัวกลางแกว่งไปตามทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นเรียกว่าตามยาว

คลื่นแพร่กระจายในอวกาศไม่ใช่ในทันที แต่ด้วยความเร็วที่แน่นอน เมื่อคลื่นแพร่กระจาย พลังงานจะถูกถ่ายโอนโดยไม่มีการถ่ายเทสสาร ระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาเท่ากับช่วงเวลานั้นเรียกว่าความยาวคลื่น - นี่คือระยะห่างระหว่างจุดที่ใกล้ที่สุดสองจุดที่มีการสั่นแบบซิงโครนัส (มีเฟสของการสั่นเหมือนกัน) ความยาว λ ความถี่ ν และความเร็ว v ของการแพร่กระจายคลื่นสัมพันธ์กันโดยสูตรคลื่น: v = λν

คำถามทดสอบ

1. กำหนดคลื่นกล 2. อธิบายกลไกการก่อตัวและการแพร่กระจายของคลื่นกล 3. ตั้งชื่อคุณสมบัติหลักของการเคลื่อนที่ของคลื่น 4. คลื่นอะไรเรียกว่าตามยาว? ตามขวาง? พวกเขาแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมใด 5. ความยาวคลื่นคืออะไร? มันถูกกำหนดอย่างไร? 6. ความยาว ความถี่ และความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นสัมพันธ์กันอย่างไร?

แบบฝึกหัดที่ 17

1. กำหนดความยาวของแต่ละคลื่นในรูป หนึ่ง.

2. ในมหาสมุทรความยาวคลื่นถึง 270 ม. และคาบของมันคือ 13.5 วินาที กำหนดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นดังกล่าว

3. ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นและความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดของตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจายพร้อมกันหรือไม่?

4. ทำไมคลื่นกลไม่แพร่กระจายในสุญญากาศ?

5. อันเป็นผลมาจากการระเบิดที่เกิดจากนักธรณีวิทยาใน เปลือกโลกคลื่นแพร่กระจายด้วยความเร็ว 4.5 กม./วินาที สะท้อนจากชั้นลึกของโลก คลื่นถูกบันทึกบนพื้นผิวโลก 20 วินาทีหลังการระเบิด หินอยู่ที่ความลึกเท่าใดความหนาแน่นซึ่งแตกต่างอย่างมากจากความหนาแน่นของเปลือกโลก?

6. ในรูป 2 แสดงเชือกสองเส้นตามขวางของคลื่น เชือกแต่ละเส้นแสดงทิศทางการแกว่งของจุดใดจุดหนึ่ง กำหนดทิศทางการแพร่กระจายคลื่น

7. ในรูป 3 แสดงตำแหน่งของเส้นใยสองเส้นที่คลื่นกระจายไป แสดงทิศทางการแพร่กระจายของแต่ละคลื่น สำหรับแต่ละกรณี a และ b กำหนด: 1) แอมพลิจูด, คาบ, ความยาวคลื่น; 2) ทิศทางที่ ช่วงเวลานี้จุดเวลา A, B และ C ของการเคลื่อนที่ของสายไฟ 3) จำนวนการสั่นที่จุดใด ๆ ของสายไฟเกิดขึ้นใน 30 วินาที พิจารณาว่าด้านข้างของกรงกว้าง 20 ซม.

8. ชายคนหนึ่งที่ยืนอยู่บนชายฝั่งระบุว่าระยะห่างระหว่างยอดคลื่นที่อยู่ติดกันคือ 15 เมตร นอกจากนี้ เขาคำนวณว่ายอดคลื่น 16 ยอดจะถึงฝั่งใน 75 วินาที กำหนดความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น

นี่คือเนื้อหาในตำราเรียน

คลื่นกลหรือคลื่นยืดหยุ่นเป็นกระบวนการขยายพันธุ์ของการแกว่งในตัวกลางยืดหยุ่น ตัวอย่างเช่น อากาศเริ่มสั่นรอบๆ สตริงที่สั่นหรือกรวยลำโพง - สตริงหรือลำโพงกลายเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นเสียง

สำหรับการเกิดขึ้นของคลื่นกล ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ - การมีอยู่ของแหล่งกำเนิดคลื่น (อาจเป็นตัวที่สั่น) และตัวกลางที่ยืดหยุ่นได้ (แก๊ส ของเหลว ของแข็ง)

ค้นหาสาเหตุของคลื่น เหตุใดอนุภาคของตัวกลางที่อยู่รอบๆ ตัวที่แกว่งไปมาจึงมีการเคลื่อนที่แบบสั่นด้วย?

รูปแบบที่ง่ายที่สุดของสื่อยืดหยุ่นหนึ่งมิติคือห่วงโซ่ของลูกบอลที่เชื่อมต่อด้วยสปริง ลูกบอลเป็นแบบจำลองของโมเลกุล สปริงที่เชื่อมต่อพวกมันจะสร้างแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล

สมมติว่าลูกแรกแกว่งด้วยความถี่ ω สปริง 1-2 เสียรูปมีแรงยืดหยุ่นซึ่งเปลี่ยนแปลงตามความถี่ω ภายใต้การกระทำของแรงภายนอกที่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะ ลูกบอลที่สองเริ่มทำการแกว่งแบบบังคับ เนื่องจากการสั่นแบบบังคับเกิดขึ้นที่ความถี่ของแรงขับเคลื่อนภายนอกเสมอ ความถี่การสั่นของลูกบอลลูกที่สองจะตรงกับความถี่การสั่นของลูกแรก อย่างไรก็ตาม การบังคับแกว่งของลูกที่สองจะเกิดขึ้นโดยมีระยะหน่วงเวลาสัมพันธ์กับแรงขับภายนอก กล่าวคือ ลูกที่สองจะเริ่มแกว่งช้ากว่าลูกแรกเล็กน้อย

การสั่นของลูกลูกที่สองจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปของสปริง 2-3 เป็นระยะ ซึ่งจะทำให้ลูกลูกที่สามแกว่งไปมา เป็นต้น ดังนั้น ลูกบอลทั้งหมดในห่วงโซ่จะสลับกันในการเคลื่อนที่แบบแกว่งด้วยความถี่การแกว่งของลูกบอลลูกแรก

เห็นได้ชัดว่าสาเหตุของการแพร่กระจายคลื่นในตัวกลางยืดหยุ่นคือการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล ความถี่การสั่นของอนุภาคทั้งหมดในคลื่นจะเท่ากันและตรงกับความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดคลื่น

ตามธรรมชาติของการแกว่งของอนุภาคในคลื่น คลื่นจะถูกแบ่งออกเป็นคลื่นตามขวาง ตามแนวยาว และพื้นผิว

ที่ คลื่นตามยาวอนุภาคสั่นไปตามทิศทางการแพร่กระจายคลื่น

การแพร่กระจายของคลื่นตามยาวสัมพันธ์กับการเกิดการเสียรูปแรงดึงและแรงอัดในตัวกลาง ในพื้นที่ที่ยืดออกของตัวกลางพบว่าความหนาแน่นของสารลดลง - การหายาก ในทางกลับกัน พื้นที่บีบอัดของตัวกลางมีความหนาแน่นของสารเพิ่มขึ้น - ความหนาที่เรียกว่า ด้วยเหตุนี้ คลื่นตามยาวจึงเป็นการเคลื่อนที่ในพื้นที่ของพื้นที่ที่มีการควบแน่นและการเกิดแรกลับ

การเสียรูปจากการอัดแรงดึงสามารถเกิดขึ้นได้ในตัวกลางยืดหยุ่นใดๆ ดังนั้นคลื่นตามยาวจึงสามารถแพร่กระจายในก๊าซ ของเหลว และของแข็งได้ ตัวอย่างของคลื่นตามยาวคือเสียง

ที่ คลื่นเฉือนอนุภาคสั่นในแนวตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายคลื่น

การแพร่กระจาย คลื่นเฉือนเกี่ยวข้องกับการเกิดการเปลี่ยนรูปแรงเฉือนในตัวกลาง การเสียรูปประเภทนี้จะมีได้เฉพาะใน ของแข็งดังนั้นคลื่นตามขวางสามารถแพร่กระจายได้เฉพาะในของแข็งเท่านั้น ตัวอย่างของคลื่นเฉือนคือคลื่น S แผ่นดินไหว

คลื่นพื้นผิวเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง อนุภาคที่สั่นของตัวกลางมีทั้งขวาง ตั้งฉากกับพื้นผิว และส่วนประกอบตามยาวของเวกเตอร์การกระจัด ในระหว่างการสั่น อนุภาคของตัวกลางอธิบายวิถีวงรีในระนาบตั้งฉากกับพื้นผิวและผ่านทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ตัวอย่างของคลื่นผิวดิน ได้แก่ คลื่นบนผิวน้ำ และคลื่นไหวสะเทือน L - คลื่น

หน้าคลื่นคือที่ตั้งของจุดที่ไปถึง กระบวนการของคลื่น. รูปร่างของหน้าคลื่นอาจแตกต่างกัน ที่พบมากที่สุดคือระนาบคลื่นทรงกลมและทรงกระบอก

สังเกตว่าหน้าคลื่นจะตั้งอยู่เสมอ ตั้งฉากทิศทางคลื่น! จุดคลื่นทุกจุดจะเริ่มสั่น ในระยะเดียว.

เพื่ออธิบายลักษณะกระบวนการของคลื่น จะมีการแนะนำปริมาณต่อไปนี้:

1. ความถี่คลื่นν คือความถี่การสั่นของอนุภาคทั้งหมดในคลื่น

2. แอมพลิจูดของคลื่น A คือแอมพลิจูดการสั่นของอนุภาคในคลื่น

3. ความเร็วคลื่นυ คือระยะทางที่กระบวนการของคลื่น (การก่อกวน) แพร่กระจายต่อหน่วยเวลา

โปรดทราบว่าความเร็วของคลื่นและความเร็วของการสั่นของอนุภาคในคลื่นคือ แนวคิดที่แตกต่าง! ความเร็วของคลื่นขึ้นอยู่กับสองปัจจัย: ประเภทของคลื่นและตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจาย

รูปแบบทั่วไปมีดังนี้ ความเร็วของคลื่นตามยาวในของแข็งมีค่ามากกว่าในของเหลว และในทางกลับกัน ความเร็วของของเหลวจะมากกว่าความเร็วของคลื่นในก๊าซ

ไม่ยากที่จะเข้าใจเหตุผลทางกายภาพของความสม่ำเสมอนี้ สาเหตุของการแพร่กระจายคลื่นคือปฏิกิริยาของโมเลกุล โดยธรรมชาติแล้ว การก่อกวนจะแพร่กระจายเร็วขึ้นในตัวกลางที่ปฏิกิริยาของโมเลกุลแข็งแกร่งขึ้น

ในตัวกลางเดียวกัน ความสม่ำเสมอจะต่างกัน - ความเร็วของคลื่นตามยาวมากกว่าความเร็วของคลื่นตามขวาง

ตัวอย่างเช่น ความเร็วของคลื่นตามยาวในของแข็ง โดยที่ E คือโมดูลัสยืดหยุ่น (โมดูลัสของหนุ่ม) ของสสาร ρ คือความหนาแน่นของสาร

ความเร็วของคลื่นเฉือนในของแข็ง โดยที่ N คือโมดูลัสเฉือน เนื่องจากสำหรับสารทั้งหมดนั้น วิธีการหนึ่งในการกำหนดระยะห่างจากแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเร็วของคลื่นไหวสะเทือนตามยาวและตามขวาง

ความเร็วของคลื่นตามขวางในเชือกหรือเชือกที่ยืดออกนั้นพิจารณาจากแรงดึง F และมวลต่อความยาวหน่วย μ:

4. ความยาวคลื่น λ - ระยะทางขั้นต่ำระหว่างจุดที่แกว่งเท่ากัน

สำหรับคลื่นที่เดินทางบนผิวน้ำ ความยาวคลื่นสามารถกำหนดได้ง่าย ๆ ว่าระยะห่างระหว่างโคกที่อยู่ติดกันสองอันหรือความกดอากาศที่อยู่ติดกัน

สำหรับคลื่นตามยาว สามารถหาความยาวคลื่นได้จากระยะห่างระหว่างความเข้มข้นสองระดับที่อยู่ติดกันหรือการหายาก

5. ในกระบวนการของการแพร่กระจายคลื่น ส่วนของตัวกลางจะเกี่ยวข้องกับกระบวนการแกว่ง ตัวกลางที่สั่นในตอนแรกเคลื่อนที่ดังนั้นจึงมีพลังงานจลน์ ประการที่สอง ตัวกลางที่คลื่นไหลผ่านจะเสียรูป ดังนั้นจึงมีพลังงานศักย์ เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าการแพร่กระจายของคลื่นสัมพันธ์กับการถ่ายเทพลังงานไปยังส่วนที่ไม่ถูกกระตุ้นของตัวกลาง เพื่ออธิบายลักษณะกระบวนการถ่ายเทพลังงาน เราขอแนะนำ ความเข้มของคลื่น ฉัน.