-->
|
|
|
Ãëàâà 4. Ìåõàíè÷åñêèå âîëíû. Çâóê § 4.1. Âîëíîâûå ÿâëåíèÿ (îêîí÷àíèå)Ñêîðîñòü âîëíûÂàæíåéøåé õàðàêòåðèñòèêîé âîëíû ÿâëÿåòñÿ ñêîðîñòü åå ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Âîëíû ëþáîé ïðèðîäû íå ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â ïðîñòðàíñòâå ìãíîâåííî. Èõ ñêîðîñòü êîíå÷íà . Ìîæíî ñåáå ïðåäñòàâèòü, íàïðèìåð, ÷òî íàä ìîðåì ëåòèò ÷àéêà òàê, ÷òî îíà âñå âðåìÿ îêàçûâàåòñÿ íàä îäíèì è òåì æå ãðåáíåì âîëíû. Ñêîðîñòü âîëíû â ýòîì ñëó÷àå áóäåò ðàâíà ñêîðîñòè ÷àéêè. Âîëíû íà ïîâåðõíîñòè âîäû óäîáíû äëÿ íàáëþäåíèÿ ïî òîé ïðè÷èíå, ÷òî ñêîðîñòü èõ ðàñïðîñòðàíåíèÿ íåâåëèêà. Ïîïåðå÷íûå è ïðîäîëüíûå âîëíûÍåòðóäíî òàêæå íàáëþäàòü âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿþùèåñÿ âäîëü ðåçèíîâîãî øíóðà. Åñëè îäèí êîíåö øíóðà çàêðåïèòü è, ñëåãêà íàòÿíóâ øíóð ðóêîé, ïðèâåñòè äðóãîé åãî êîíåö â êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå, òî ïî øíóðó ïîáåæèò âîëíà (ðèñ. 4.4). Ñêîðîñòü âîëíû áóäåò òåì áîëüøå, ÷åì ñèëüíåå íàòÿíóò øíóð. Âîëíà äîáåæèò äî òî÷êè çàêðåïëåíèÿ, îòðàçèòñÿ è ïîáåæèò íàçàä. Çäåñü ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè âîëíû ïðîèñõîäÿò èçìåíåíèÿ ôîðìû øíóðà. Êàæäûé æå ó÷àñòîê øíóðà êîëåáëåòñÿ îòíîñèòåëüíî ñâîåãî íåèçìåííîãî ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà òî, ÷òî ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè âîëíû âäîëü øíóðà îòäåëüíûå åãî ó÷àñòêè ñîâåðøàþò êîëåáàíèÿ â íàïðàâëåíèè, ïåðïåíäèêóëÿðíîì íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû (ðèñ. 4.5). Òàêèå âîëíû íàçûâàþòñÿ ïîïåðå÷íûìè.
Íî íå ëþáàÿ âîëíà ÿâëÿåòñÿ ïîïåðå÷íîé. Êîëåáàíèÿ ìîãóò ïðîèñõîäèòü è âäîëü íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû (ðèñ. 4.6). Òîãäà âîëíà íàçûâàåòñÿ ïðîäîëüíîé. Ïðîäîëüíóþ âîëíó óäîáíî íàáëþäàòü ñ ïîìîùüþ äëèííîé ìÿãêîé ïðóæèíû áîëüøîãî äèàìåòðà. Óäàðèâ ëàäîíüþ ïî îäíîìó èç êîíöîâ ïðóæèíû (ðèñ. 4.7, à), ìîæíî çàìåòèòü, êàê ñæàòèå (óïðóãèé èìïóëüñ) áåæèò ïî ïðóæèíå. Ñ ïîìîùüþ ñåðèè ïîñëåäîâàòåëüíûõ óäàðîâ ìîæíî âîçáóäèòü â ïðóæèíå âîëíó, ïðåäñòàâëÿþùóþ ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíûå ñæàòèÿ è ðàñòÿæåíèÿ ïðóæèíû, áåãóùèå äðóã çà äðóãîì (ðèñ. 4.7, 6). Êîëåáàíèÿ ëþáîãî âèòêà ïðóæèíû ïðîèñõîäÿò â íàïðàâëåíèè ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû.
Èç ìåõàíè÷åñêèõ âîëí íàèáîëüøåå çíà÷åíèå èìåþò çâóêîâûå âîëíû. Îäíàêî èññëåäîâàíèå çâóêîâûõ âîëí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé áîëåå ñëîæíóþ çàäà÷ó, ÷åì èññëåäîâàíèå âîëé âäîëü øíóðà èëè ïðóæèíû. Ìû çàéìåìñÿ èìè äåòàëüíî â äàëüíåéøåì. Ýíåðãèÿ âîëíûÏðè ðàñïðîñòðàíåíèè âîëíû ïðîèñõîäèò ïåðåäà÷à äâèæåíèÿ îò îäíîãî ó÷àñòêà òåëà ê äðóãîìó. Ñ ïåðåäà÷åé äâèæåíèÿ âîëíîé ñâÿçàíà ïåðåäà÷à ýíåðãèè áåç ïåðåíîñà âåùåñòâà. Ýíåðãèÿ ïîñòóïàåò îò èñòî÷íèêà, âîçáóæäàþùåãî êîëåáàíèÿ íà÷àëà øíóðà, ñòðóíû è ò. ä., è ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ âìåñòå ñ âîëíîé. Ýòà ýíåðãèÿ, íàïðèìåð, â øíóðå ñëàãàåòñÿ èç êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè äâèæåíèÿ ó÷àñòêîâ øíóðà è ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè åãî óïðóãîé äåôîðìàöèè. Ýíåðãèÿ âîëíû îò áðîøåííîãî â âîäó êàìíÿ óâåëè÷èâàåò êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ ïîïëàâêà íà ïîâåðõíîñòè âîäû, ìîæåò óâåëè÷èòü è ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ùåïêè, ïëàâàþùåé ó áåðåãà. Ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè âîëíû ïðîèñõîäèò ïîñòåïåííîå óìåíüøåíèå àìïëèòóäû êîëåáàíèé èç-çà ïðåâðàùåíèÿ ÷àñòè ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè âî âíóòðåííþþ. Åñëè ýòèìè ïîòåðÿìè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, òî ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå, íàïðèìåð øíóðà, áóäåò ïðîõîäèòü â åäèíèöó âðåìåíè îäíî è òî æå êîëè÷åñòâî ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè*. * Ïðåäñòàâëåíèå î ðàñïðîñòðàíåíèè ýíåðãèè áûëî âïåðâûå ââåäåíî ðóññêèì ó÷åíûì Í. À. Óìîâûì (1846—1915).
|
|
|