Волны в упругих средах

Колебания, возникнув в одном месте упругой среды, передаются соседним частицам за счет взаимодействия с ними и распространяются с некоторой скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волной. Линия, указывающая направление распространения волны, называется лучом. Если колебания частиц среды происходят перпендикулярно лучу, то волна является поперечной. Если же частицы колеблются вдоль луча, то волна называется продольной. В упругой среде возникают и распространяются деформации сжатия-разрежения (продольные волны) или деформация сдвига (поперечные волны). Длиной волны называется расстояние между точками, колеблющимися с разностью фаз 2p. За время, равное периоду Т колебаний частиц, фронт волны перемещается в однородной среде на расстояние, равное l:

, или ,

где n – частота колебаний частиц.

Рассмотрим особенности волнового процесса на примере упругой поперечной волны (рис. 83). Пусть колебания источника волны в точке О является гармоническими:

.

Тогда до некоторой произвольной точки М с координатой r колебания от источника дойдут с запозданием – через время . Ее колебания, поэтому, отстают по фазе от колебаний источника:

.

Это уравнение плоской бегущей волны, описывающее колебания любой точки в любой момент времени. Зависимость аргумента от координаты и времени – признак волнового процесса.

В волновом процессе частицы среды не перемещаются, они только колеблются около положения равновесия; со скоростью волны распространяются лишь колебания, переносящие энергию.

Волна, характеризуемая одной частотой, называется монохроматической.

Волна называется плоскополяризованной, если колебания частиц происходят в определенной плоскости. Поляризованными могут быть только поперечные волны.