Волны. Длина волны. Звуковые волны

Волна представляет собой явление распространения колебаний в пространстве (или среде) с течением времени. Это значит, что для возникновения волнового движения необходимы колебания. Любые колебания  изменения состояния системы, которые повторяются во времени. В механике мы изучаем механические колебания и, следовательно, механические волны.

Механические колебания представляют собой движения, которые повторяются точно или приблизительно через некоторый промежуток времени, при этом колеблющеесся тело проходит через положение равновесия. Положение равновесия — это положение системы, в котором она может оставаться в состоянии покоя бесконечно долго.

Механические волны — это явление распространения колебаний частиц твёрдой, жидкой или газообразной среды в пространстве. Среды, в которых могут распространяться колебания, называют упругими. В упругой среде между ее частицами существуют силы взаимодействия, препятствующие какой-либо деформации этой среды. Существуют разные типы деформаций, а потому типов волн тоже несколько.

Поперечные механические волны — волны сдвига. В поперечных волнах деформация слоёв среды состоит в том, что слои вещества при распространении поперечной волны сдвигаются относительно друг друга, совершая колебания в вертикальном направлении.

Продольные волны являются волнами сжатия и разрежения, то есть здесь изменяется плотность слоёв среды. Продольные волны представляют собой чередующиеся уплотнения и разрежения.

Волны — это возмущения, которые удаляются от места их возникновения при распространении в пространстве. При этом речь идёт о бегущих волнах.

В таких волнах частицы среды колеблются около своего положения равновесия. Например, в пружине каждый виток колеблется около положения равновесия, то есть вся пружина остаётся на первоначальном месте. Бегущая волна, таким образом, осуществляет перенос энергии, не сопровождающийся переносом вещества.

Основные физические величины волн как колебаний

Период и частота колебаний

Период — время одного полного колебания. Наглядно период выглядит следующим образом:

Скорость волны и длина волны

Длина волны — это расстояние между ближайшими друг к другу точками, которые колеблются в одинаковых фазах. Обозначается длина греческой буквой, которая читается как «ламбда».

Очень важно уметь определять по графику длину волны (смотрим расстояние по горизонтали между верхними горбами). Альтернативно можно взять расстояние между нижними горбами, например.

Скорость волны в задачах либо бывает дана, либо её необходимо искать через формулу длины волны.

Звуковые волны

Звук является механической волной, то есть он распространяется в любой упругой среде - твёрдой, жидкой и газообразной. В пространстве, где нет вещества, звук распространяться не может (например, в вакууме). Это используют в слоганах фильмов и в мемах :)

То есть, если тебе по утрам мешает сосед с вечным ремонтом и дрелью, то мысленно можно отправить его… в космос.

При переходе из среды в среду у звука не меняется частота, а длина волны и скорость меняются. Скорость звука в жидких и твёрдых средах больше, чем в газообразных.

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний, а высота звука определяется частотой его основного тона.

Основной тон — звук определённой высоты, соответствующий основной частоте.