 |
|
Плотность потока энергии
Уравнение плоской бегущей волны.
Гармоническая бегущая волна является плоской волной, т.к. ее волновые поверхности
(ω(t-)+φ0)=const представляет собой совокупности плоскостей, параллельных друг другу и перпендикулярных оси х.
S(0)=A0cos(ωt+φ0)
1).S(x)=A0cos(ω(t-r)+φ0)=A0cos(ω(t-)+φ0)-распространение волны вдоль положительного направления оси х.
(ω(t-)+φ0)=const
dt==0,=-фазовая скорость.
2). S(x)=A0cos(ω(t+r)+φ0)=A0cos(ω(t-)+φ0)
к=- волновое число
S(x)=A0cos(ω(t-r)+φ0)=A0cos(ω(t-)+φ0)= A0cos(ωt-)+φ0)=A0cos(ωt- kх+φ0)
Если имеется среда, то: S(х)=A0cos(ωt-kх+φ0), А-амплитуда плоскости х=0,
S(х)=A0cos(ωt-+φ0), - скалярное произведение волнового вектора и радиус-вектора .
.
Энергия упругой волны
Найдем полную механическую энергию (5.8.2) для выделенного нами элемента упругой среды, в которой распространяются упругая продольная волна:
.
Скорость (3.8.2):
, тогда 
.
Потенциальная энергия упругого деформированного стержня:
.
Полная энергия выделенного элемента объемом SΔx будет равна:
.
Плотность энергии упругой волны
.
Пло́тность пото́ка эне́ргии — физическая величина, численно равная потоку энергии через единичную площадку, перпендикулярную направлению потока. Часто вводят также вектор плотности потока энергии (так называемый вектор Умова), величина которого равна плотности потока энергии, а направление совпадает с направлением потока. В электродинамике вектор плотности потока электромагнитной энергии носит название вектора Пойнтинга.
Плотность потока энергии
27.Интерференция волн — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве.[1] Сопровождается чередованием максимумов и минимумов (пучностей) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.
Необходимые условия для наблюдения интерференции:
1) волны должны иметь одинаковые (или близкие) частоты, чтобы картина, получающаяся в результате наложения волн, не менялась во времени (или менялась не очень быстро, что бы её можно было успеть зарегистрировать);
2) волны должны быть однонаправленными (или иметь близкое направление); две перпендикулярные волны никогда не дадут интерференции (попробуйте сложить две перпендикулярные синусоиды!). Иными словами, складываемые волны должны иметь одинаковые волновые векторы (или близконаправленные).
Волны, для которых выполняются эти два условия, называются КОГЕРЕНТНЫМИ. Первое условие иногда называют временной когерентностью, второе - пространственной когерентностью.
Рассмотрим в качестве примера результат сложения двух одинаковых однонаправленных синусоид. Варьировать будем только их относительный сдвиг. Иными словами, мы складываем две когерентные волны, которые отличаются только начальными фазами (либо их источники сдвинуты друг относительно друга, либо то и другое вместе).
Если синусоиды расположены так, что их максимумы (и минимумы) совпадают в пространстве, произойдет их взаимное усиление.
Если же синусоиды сдвинуты друг относительно друга на полпериода, максимумы одной придутся на минимумы другой; синусоиды уничтожат друг друга, то есть произойдет их взаимное ослабление.
Математически это выглядит так. Складываем две волны:
здесь х1 и х2 - расстояния от источников волн до точки пространства, в которой мы наблюдаем результат наложения. Квадрат амплитуды результирующей волны (пропорциональный интенсивности волны) дается выражением:
Максимум этого выражения есть 4A2, минимум - 0; всё зависит от разности начальных фаз и от так называемой разности хода волн D:
При 
в данной точке пространства будет наблюдаться интерференционный максимум, при 
- интерференционный минимум.
Стоя́чая волна́ — колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую. При этом крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения.
Примерами стоячей волны могут служить колебания струны, колебания воздуха в органной трубе[1]; в природе — волны Шумана.
Чисто стоячая волна, строго говоря, может существовать только при отсутствии потерь в среде[2] и полном отражении волн от границы. Обычно, кроме стоячих волн, в среде присутствуют и бегущие волны, подводящие энергию к местам её поглощения или излучения.
Для демонстрации стоячих волн в газе используют трубу Рубенса.
В случае гармонических колебаний в одномерной среде стоячая волна описывается формулой:
,
где u — возмущения в точке х в момент времени t, 
— амплитуда стоячей волны, 
— частота , k — волновой вектор, 
— фаза.
Стоячие волны являются решениями волновых уравнений. Их можно представить себе как суперпозицию волн, распространяющихся в противоположных направлениях.
При существовании в среде стоячей волны, существуют точки, амплитуда колебаний в которых равна нулю. Эти точки называются узлами стоячей волны. Точки, в которых колебания имеют максимальную амплитуду, называются пучностями.