2. Исследование поперечных волн.

Чтобы исследовать поперечные волны, установим щелчком мыши в кадре "Тип волны" переключатель "Поперечные в веревке". На экране появится следующая компьютерная модель

Как уже было сказано, процесс распространения колебаний в упругой среде называется волной. Если направление колебаний (смещения частиц) совпадает с направлением распространения волны, то такая волна называется продольной, например, звуковая волна в воздухе. Если направление колебаний (смещения частиц) перпендикулярно направлению распространения волны, то такая волна называется поперечной.

Нажмем на кнопку "Старт" и посмотрим на то, в каком направлении распространяется волна по веревке (струне) и в каком направлении смещаются при этом частицы веревки (струны). Мы увидим, что волна распространяется горизонтально вправо, а частицы веревки (струны) при этом движутся вверх-вниз, то есть перпендикулярно направлению распространения волны. Следовательно, волна в веревке (струне) поперечная.

Скорость поперечных волн по веревке (струне) зависит от ее погонной массы  (масса единицы длины) и силы натяжения T:

.

Посмотрим, как пользоваться моделью для определения скорости поперечной волны по веревке (струне) при различных ее параметрах.

Найдем скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 4 Н и погонной массе (массе единицы длины)  = 0,1 кг/м. Для этого с помощью линеек выбора установим физические параметры веревки равными T = 4 Н и  = 0,1 кг/м. На графике справа мы увидим красный крестик, координатам которого соответствует искомая скорость распространения волны по веревке. Приближенно мы получили значение v = 6,5 м/с. Но это грубое значение. Чтобы получить точное значение, которое представляется преподавателю в отчете по лабораторной работе, необходимо воспользоваться предыдущей формулой и калькулятором. В этом случае будет получено значение v = 6,32 м/с.

Теперь следует самостоятельно выполнить указанные преподавателем варианты следующего контрольного задания. Результаты измерений необходимо записать в лабораторную тетрадь и показать преподавателю.

Контрольное задание 1.

Вариант 1. Определить силу натяжения T веревки, при которой скорость волны в веревке v = 7 м/с. Погонную массу веревки принять равной  = 0,05 кг/м.

Вариант 2. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 5 Н и погонной массе  = 0,04 кг/м.

Вариант 3. Сила натяжения веревки равна T = 2 Н. Определить погонную массу , при которой скорость волны в веревке v = 5 м/с.

Вариант 4. Определить силу натяжения T веревки, при которой скорость волны в веревке v = 6 м/с. Погонную массу веревки принять равной  = 0,1 кг/м.

Вариант 5. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 2,5 Н и погонной массе  = 0,1 кг/м.

Вариант 6. Сила натяжения веревки равна T = 3,6 Н. Определить погонную массу  , при которой скорость волны в веревке v = 3 м/с.

Вариант 7. Как изменится скорость распространения волны по веревке, если погонную массу веревки увеличить в два раза? Натяжение веревки предполагается неизменным.

Вариант 8. Найти скорость распространения волны по веревке при силе ее натяжения T = 3,24 Н и погонной массе  = 0,04 кг/м.