Основни понятия при вълнообразното движение

Страницата е създадена на:30 януари 2017 и редактирана на: 9 февруари 2019

Вълнообразното движение е движение, което се извършва в непрекъсната среда (твърдо тяло, течност или газ) или система, състояща се от много на брой свързани елементи (например, опъната струна или пружина, които може да се разглеждат като множество от свързани материални точки). Вълнообразно движение се създава, когато някоя точка от средата (или отделен елемент от системата) започне да извършва трептене. Тогава, поради взаимодействието със съседните точки, трептенето се предава на тези точки и те също започват да трептят. Вълнообразното движение се състои в предаване на трептения от една частица на средата на другите частици и се нарича още механична вълна. Ако трептенето, което извършват отделните частици на средата е хармонично, то и механичната вълна се нарича хармонична вълна.

Тъй като всяка частица на средата, в която се извършва вълнообразно движение извършва трептене, то при описание на вълнообразното движение се използват всички понятия, които се използват и при описание на трептенията - елонгация, амплитуда, период, честота, кръгова честота, фаза, начална фаза, скорост и ускорение на трептенето и т.н. С такива понятия се описва трептенето, което извършват отделните частици на средата, но наред с тези понятия, за описание на вълнообразното движение се въвеждат и други понятия.

Тяло, което извършва принудено трептене и увлича със себе си в това трептене и съседните с него частици на средата се нарича източник на вълната. Ако преди източникът да започне да трепти всички точки на средата са неподвижни, след като източникът започва да трепти трептенето обхваща останалите точки на средата постепенно. Най-скоро започват да трептят разположените близо до източника точки на средата, а по-отдалечените точки, започват да трептят по-късно. Във всеки момент време съществува граница между частта от средата, която вече извършва вълнообразно движение и частта от средата, която е неподвижна, защото вълнообразното движение още не е достигнало до нея. Тази граница се нарича фронт на вълната. Фронтът на вълната се движи с определена скорост $c$, която се нарича скорост на разпространение на вълната или само скорост на вълната. Фронтът на вълната може да има различна форма - сферична, плоска, или друга. Когато фронтът има сферична форма, казваме, че и вълната е сферична вълна. Ако фронтът има форма на равнина, говорим за плоска вълна.

Когато трептенията се разпространяват от източника във всички посоки на пространство, говорим за тримерна или пространствена вълна. (Пример, звукавите вълни.) Ако трептенията се разпространяват от източника само в посоки разположени върху двумерна повърхност, говорим за двумерна или повърхностна вълна (например, вълните върху водна повърхност), а ако трептенията се разпространяват само в посока на дадена линия - за едномерна или линейна вълна (например, разпространение на трептения по направление на опъната струна).

Когато посоката, в която трептят точките на средата съвпада с посоката, в която те се предават, казваме, че вълната е надлъжна вълна. Когато посоката, в която трептят частиците на средата е перпендикулярна на посоката, в която се предават трептенията от частица на частица, казваме, че вълната е напречна вълна. Надлъжни вълни са, например, звуковите вълни, а напречни - вълните върху водна повърхност или вълните върху трептяща струна.

При вълнообразно движение частиците на средата трептят с различна фаза. Близо разположени една да друга точки трептят почти еднакво, но разположените далеч една от друга точки могат да имат силно различаващи се фази на трептене. Например, ако в един момент време дадена точка преминава през началното си положение, то други точки в същото време вече са стигнали до една от крайните точки на отклонението си, трети - вече се връщат към началното положение и т.н. Точките от средата, които трептят с еднаква фаза образуват непресичащи се повърхнини, които се наричат фазови повърхнини. Фазовите повърхнини, както и фронтът на вълната се движат със една и съща скорост - скоростта на разпространение на вълната. Разстоянието $\mathrm{\lambda }$ на което се преместват фазовите повърхнини (а също и фронтът на вълната) за един период на трептене $T$ се нарича дължина на вълната. От даденото определение следва, че:

$\mathrm{\lambda }=c.T=\frac{c}{\mathrm{\nu }}$    или    $c=\mathrm{\lambda }.\mathrm{\nu }$ ,

където, $\mathrm{\nu }$ е честотата на трептенията.

Предишна страница: Механични вълни

Следваща страница: Механика на непрекъснатите среди