УРАВНЕНИЕ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
s = A cosω(t-τ) (1)
Если обозначить скорость волны через u, то время запаздывания, за которое волна добежит от точки 0 до точки М: τ = х/u, и уравнение колебаний в произвольной точке М на расстоянии х от источника примет вид: s= A cos ω( t-τ ) = A cos ω( t - Это и есть искомое уравнение плоской бегущей волны. Здесь: А – амплитуда смещения частиц среды от положения равновесия, ω – циклическая частота колебаний частиц, ω( t - Расстояние между ближайшими частицами среды, колеблющимися в одинаковой фазе, называется длиной волны λ (рис.1). Длина волны равна расстоянию, на которое распространяется определенная фаза колебаний за период колебаний частиц среды. Тогда λ = u·T = u/ν. Т.к. ω = 2πν, то (2) можно переписать в виде: s = Acosω( t - Покажем, что скорость распространения волны u – это скорость перемещения фиксированного значения фазы. Положим ω( t – Скорость распространения механических волн зависит от физических свойств среды. Скорость распространения продольных волн определяется формулой: Основные свойства волн: прямолинейность распространения в однородной среде, отражение и преломление на границе раздела сред, дисперсия, интерференция и дифракция. ВОЛНОВОЕ УРАВНЕНИЕ
Аналогично тому, как уравнение колебаний является решением дифференциального уравнения, описывающего процесс колебаний, так и уравнение волны представляет собой решение дифференциального уравнения, описывающего процесс распространения волн в среде. Это дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных называется волновым. Найдем его вид. Запишем первые и вторые производные уравнения волны (2) по переменным t и х:
Откуда:
В трехмерном случае:
СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ Рассмотрим в качестве примера проявления волновых свойств механизм образования стоячих волн. Они возникают в результате наложения (интерференции) двух встречных плоских когерентных волн с одинаковой амплитудой. Например, волны падающей и этой же волны отраженной от границы раздела сред. Запишем уравнения двух плоских волн, движущихся навстречу друг другу в виде (3).
s 1= Acos(ωt – 2π s2 = Acos(ωt + 2π
Складывая эти равенства, получим уравнение результирующего процесса – уравнение стоячей волны:
На рис.2 показано как меняется расположение частиц среды в стоячей волне в течение периода.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|