Механикалық толқындар

Бөлшектерi бiр-бiрiмен өте тығыз байланысқан серпiмдi ортаның бiр нүктесi тербелiске түссiн. Оның тербелiсi көршi нүктеге берiледi, оның тербелiсi келесi нүктеге т.с.с. берiледi. Сөйтiп, тербелiс әрi қарай тарала бередi. Тербелiстiң ортада таралу процесiн толқындық процесс немесе толқын деп атайды.

Орта бөлшектерiнiң тербелiсi толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта болса, ондай толқындарды көлденең толқындар деп атайды. Суреттегi резеңке жiптегi таралатын толқын көлденең толқын болып табылады.

Егер тербелiс тарап отырған орта бөлшектерiнiң тербелiс бағыты толқынның таралу бағытымен бағыттас болса, ондай толқындарды қума толқындар деп атайды. Қума толқынның пайда болуы суретте көрсетiлген. Балғамен серпiмдi стерженнiң бүйiрiнен соққанда стерженде таралатын толқын қума толқын болып таралады.

Толқын таралатын ортаның серпiмдiлiк қасиетiне байланысты қума немесе көлденең толқын пайда болады.

Газдарда, сұйықтарда тек қана қума толқындар тарай алады. Газдардағы қума толқын мына формуламен анықталады:

,

мұндағы: - молярлық масса, - абсолют температура, - универсал газ тұрақтысы, - ¼лшемсiз шама, шамасы адиабата көрсеткіші деп аталады, ол ауа үшiн -ге тең.

Қатты денелерде қума және көлденең толқын тарай алады. Қатты денелердегi қума толқын , ал көлденең толқын формулаларымен өрнектеледi. Мұндағы: - Юнг модулi, - ығысу модулi, - ортаның тығыздығы.

Қатты денелерде көлденең толқындардың жылдамдығы қума толқындардың жылдамдығынан аз болады. Мысалы, болатта таралатын қума толқынның жылдамдығы , көлденең толқынның жылдамдығы . Осы екi толқынның таралу жылдамдығының айырмашылығын жер сiлкiну аймағын анықтауға пайдаланады. Жер сiлкiнгенде қума толқындар көлденең толқындарға қарағанда тезiрек таралып (аталған толқындардың жылдамдығын велосиграф, ал үдеуiн акселерограф тiркейдi) тiркеуiш құралға бұрын жетедi. Осы екi толқынның тiркеуiш құралға жету уақытының айырмашылықтарын бiле отырып, жер сiлкiнудiң эпицентрiн оңай анықтауға болады. Осы екi әдiспен жер қойнауындағы газ, мұнай қоры зерттеледi.

Сұйықтарда таралатын қума толқын мына формуламен анықталады: , мұндағы - жан-жақты сығу модулi.

Толқын таралған кезде энергия тасымалданады. Ол тербелiстегi бөлшектердiң кинетикалық энергиясымен деформацияланған серпiмдi ортаның потенциялдық энергиясының қосындысына тең:

.

Толқын таралып отырған ортадан көлемiн алып, онда осы формуламен анықталатын энергия бар деп есептейiк. Сонда энергияны көлемге бөлiп толқыí энергиясының орташа тығыздығын табамыз:

,

- толқын энергиясының орташа тығыздығы.

Бiрлiк уақыт iшiнде бiрлiк ауданнан өтетiн энергия шамасын толқын интенсивтiгi деп атайды: .

,

онда немесе вектор түрiнде жазсақ:

,

- векторы Умов векторы деп аталады, мұндағы - толқын жылдамдығы. Бұған - ның мәнiн қойсақ:

,

мұндағы: толқындық немесе акустикалық кедергi деп аталады.