23. Поперечні та поздовжні хвилі. …

Хвилею називають процес поширення коливань у просторі з часом. Як і коливання, хвилі за своєю фізичною природою поділяють на механічні та електромагнітні. Механічна хвиля - це процес поширення механічних коливань у пружному середовищі. Прикладом найпоширеніших механічних хвиль є звук, хвилі на поверхні рідин.

Якщо частинки пружного середовища коливаються в площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі y, то таку хвилю називають поперечною. Ця хвиля може поширюватися в твердих тілах або на поверхні рідин.

Якщо частинки середовища коливаються в тій самій площині, в якій поширюється і сама хвиля, то хвилю називають поздовжньою. Така хвиля поширюється в твердих тілах, рідинах і газах.

Періодом Т хвилі є період коливань точок середовища під дією цієї хвилі. [Т]=1 c.

Частотою ν хвилі називають величину, обернену періоду, яка дорівнює кількості коливань, здійснених за 1 с: ν=1/Т. [ν]=1/c.

Найкоротша відстань між точками хвилі, які коливаються в однакових фазах, називають довжиною хвилі λ. Довжина хвилі дорівнює відстані, на яку поширюється хвиля за один період. [λ]=1 м.

Швидкість поширення механічної хвилі:

Формула встановлює зв'язок між швидкістю хвилі, її довжиною і частотою (або періодом).

Механічні хвилі, що викликають у людини відчуття звуку, називаються звуковими. Оскільки при цьому звукові хвилі поширюються в повітрі, то ці хвилі поздовжні і вони поширюються лише в пружних середовищах.

Відчуття звуку виникає тільки за певних частот коливань у хвилі. Для того, щоб людина чула звук, потрібне джерело звуку. Джерелами звуку можуть бути будь-які тіла, що коливаються з частотою, яка потрапляє у чутний діапазон. У більшості випадків - це тверді тіла (струни, мембрани, деки, дифузори, п'єзопластинки тощо). Існують й інші джерела: повітряні стовпи у духових інструментах, завихрення повітря під час турбулентного обтікання куль, мін, снарядів, надзвукових літаків, досить рідко - коливання рідин.

За частотою коливань звукові хвилі класифікують так: інфразвук (0 - 16 Гц), чутний звук (16 - 20000 Гц), ультразвук (20000 Гц - 103 МГц), гіперзвук (понад 103 МГц).

Музикальні тони мають різну гучність і висоту. Гучність звуку залежить від амплітуди коливань у звуковій хвилі, тобто визначається інтенсивністю. Висота тону визначається частотою коливань.

Швидкість звуку залежить від середовища та його температури. Наприклад, у повітрі, якщо його температура 0° С, швидкість звуку 332 м/с, а якщо 15° С - 340 м/с. У воді швидкість звуку приблизно у 4,25 рази більша, ніж у повітрі. У твердих тілах вона ще більша, наприклад, при 15° С у сталі - 4980 м/с.

С укупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного ( ) і магнітного ( ) полів називають електромагнітним полем.

Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченою і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c≈3·10⁸ м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними. Вони мають такі властивості:

в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно; відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль; заломлюються; фокусуються; дають явища дифракції і інтерференції; поляризуються.

Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи. Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль.

Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання досить високої частоти.