32
Чтобы понять, что такое волна, нужно изучить ее свойства. Они дают информацию о типе волны и объясняют поведение волн
Свойства волн помогают понять, что такое волна
Волны возникают в результате колебаний, которые распространяются или когда вещество возмущается другой средой. Они могут мирно плескаться на поверхности воды или разрушать целые регионы, как землетрясения, — в зависимости от того, сколько энергии они переносят. Однако волны можно предсказать, зная их свойства.
- Существует ряд параметров, которые описывают скорость и интенсивность волн. К ним относятся гребень волны, впадина волны, амплитуда, длина волны, разность путей, частота, возможный фазовый сдвиг и фазовая скорость.
- Волны изображаются графически в виде синусоидальных кривых. Для этого представьте себе диаграмму с координатами X и Y. X описывает горизонтальную ось, Y — вертикальную. В этом представлении волна расширяется между точками +1 и -1, образуя знакомый змеевидный узор.
- В этом примере каждая волна начинается в нулевой точке оси x и движется к +1. Затем она возвращается к 0 и опускается к -1, после чего возвращается в нулевую точку. Точка, в которой волна достигает +1, называется гребнем волны. Самое низкое расширение волны, т.е. -1, является впадиной волны. Расстояние, пройденное волной между +1 и осью x или -1 и осью x, является амплитудой. Расстояние между начальной и конечной точкой волны называется длиной волны
- Если на диаграмме изображено более одной кривой волны, длина волны также измеряет расстояние между двумя гребнями или двумя впадинами волны. В таком представлении существует более одной кривой, которые называются колебаниями. Ось x становится осью t в этой модели. Она показывает время, за которое волна совершает сколько колебаний, и таким образом определяет частоту.
- Скорость, с которой распространяется волна, называется фазовой скоростью. В зависимости от частоты она зависит от пройденного расстояния и времени. Чем больше амплитуда волны, тем дальше она должна пройти. Волны с малой амплитудой распространяются гораздо быстрее
- Расстояние между двумя одинаковыми точками, находящимися на разных волнах, — это разница походки. Это становится актуальным, когда несколько волн возникают с небольшим смещением относительно друг друга. Этот сдвиг фаз можно понимать как разность фаз, поскольку разница между двумя фазовыми колебаниями вычисляется как разность
Типы волн и их значение
Все волны обладают этими основными свойствами. Тем не менее, волны отличаются друг от друга по поведению колебаний. Поперечные волны распространяются в пространстве и колеблются вертикально. Их также называют поперечными волнами. Продольные же волны развиваются вдоль направления распространения и колеблются в том же направлении, что и волна.
- Примерами поперечных волн являются электромагнитные волны. Они возникают в видимом свете, рентгеновских лучах и микроволнах. На графике такая волна будет расширяться вправо. Направление ее колебаний будет под прямым углом, то есть поперечным по отношению к направлению распространения. Волну можно распознать по большим отклонениям между гребнем и впадиной. Водные волны также относятся к этой категории.
- Продольные волны — это звуковые волны. Они возникают при сжатии воздуха. Когда источник звука издает звук, молекулы воздуха движутся вперед и назад в направлении распространения звука. Это приводит к передаче звука. Это также характеризует продольные колебания. Речь передается продольными волнами, как и звуки из громкоговорителей. Они актуальны в акустической технике и ультразвуковых исследованиях.
- Знание свойств волн особенно важно при исследовании землетрясений. Положение эпицентра можно определить, проанализировав зарегистрированные первичные и вторичные волны. Первичные волны — это продольные волны, которые могут распространяться в горных породах, воде и жидких недрах Земли. Напротив, вторичные волны — это поперечные волны, которые развиваются только в твердых телах. Поэтому при исследовании землетрясений действует упрощенное правило: там, где нет S-волн, нет и жидких областей в недрах Земли.
