Механические гармонические волны

В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения упругой волны различают поперечные и продольные волны. В поперечной волне частицы среды колеблются перпендикулярно направлению ее распространения, в продольной – вдоль него. На рис.6.1 представлен процесс образования поперечной гармонической волны, распространяющейся вдоль оси . На каждой строчке показано положение нескольких частиц в выбранный момент времени. Частицы волны движутся вверх и вниз около равновесного положения. Волна не «бежит» в направлении распространения, а происходит только передача колебательного движения и его энергии. Основным свойством всех бегущих волн является перенос энергии без переноса вещества.

Длиной волны называется расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися в одинаковой фазе. Это расстоянию, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний : , (1.9.1)

Рис.6.1

где – скорость распространения волны; – частота колебаний. При распространении волнового процесса колеблются не только частицы, лежащие на оси, а вся совокупность частиц, заключенных в некотором объеме. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени , называется фронтом волны (волновым фронтом). Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновых поверхностей можно провести бесчисленное множество, а волновой фронт, который также является

волновой поверхностью, в каждый момент времени один. Волновые поверхности могут иметь любую форму. В простейших случаях это плоскость или сфера. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической. В плоской волне волновые поверхности представляют собой множество параллельных друг другу плоскостей, в сферической волне – множество концентрических сфер.