13. Колебательные процессы в природе

Периодический характер носят многие функции организма человека и животных. Они называются биоритмы (биочасы). Сердце периодически сокращается. Периодичность наблюдается и в работе легких, мозга, кишечника, в изменении температуры тела, давления и объема легких.

Фактически все процессы в живой природе в той или иной степени периодичны. Особый интерес представляют биологические часы. Физические факторы внешней среды так же периодически изменяются. День и ночь сменяют друг друга точно по расписанию. Без опозданий приходит весна, лето, осень, зима. Растения, животные и человек унаследовали календарную «память». Когда день достигает определенной длины, растения начинают цвести, птицы - петь, жители леса пробуждаются от зимней спячки.

Биоритмы – это отражение цикличности явлений, происходящих в природе.

Растения способны «отсчитывать» время – их листья совершают определенные движения в течение суток. Птицы, рыбы и насекомые имеют удивительное чувство времени. Они могут ошибаться лишь на несколько минут. Животные почти точно определяют время спячки. Спячка – характерный пример годичного биологического ритма. В эксперименте, суслик в закрытом помещении с имитацией дня и ночи, впал в спячку, как и на воле.

Температура тела, частота пульса, артериальное давление, дыхание, работоспособность и даже настроение изменяется в определенном ритме. Самая низкая температура тела – ночью, к утру – повышается, максимум ее примерно в 18 часов. У большинства людей в течение суток имеются два пика повышения работоспособности. Первый с 9 до 12-13 часов, второй – в 16-18 часов. В это время человек лучше слышит и лучше различает цвета.

Эффект введения многих лекарственных средств зависит от времени. Перелет самолетом через временные пояса расстраивает наши биологические часы.

IV. Волны

Если привести в колебание частицы упругой среды, то это колебание вследствие упругих сил будет передаваться постепенно всем частицам.

Волны (или волновые движения) - это процесс распространения колебаний в среде.Например – волны на поверхности воды.

1. Поперечные и продольные волны

Поперечные волны - это волны, частицы которых колеблются перпендикулярно направлению движения волны, возникают в среде, обладающей упругостью формы (т.е. – в твердых телах или на поверхности жидкости).

Продольные волны - это волны, частицы которых колеблются вдоль направления движения волны, возникают в среде, обладающей упругостью объема, т.е. - в любых телах.

Примером данного явления может служить пружина. Если пружине сообщать удар перпендикулярно её длине, то возникнут поперечные волны. Если же сообщить удар вдоль её длины, то получим продольные волны.

Графиком волны является как бы моментальная фотография волны в данный момент времени. Это зависимость между смещением и расстоянием до источника колебаний:

х - смещение колеблющейся частицы.

у – расстояние этой частицы до источника колебаний.

- длина волны –расстояние между соседними точками, которые колеблются в одинаковой фазе.

Или: длина волны –расстояние, пройденное волной за время равное одному периоду.

Уравнение длины волн:

где – скорость волны; T – период волны; υ - частота.

Скорость распространения волны -

- для продольной волны;

- для поперечной волны;

где - модуль упругости; - плотность среды.

Стоячие волны - это волны, возникающие в результате наложения двух встречных волны (бегущей и отраженной) с одинаковыми амплитудами и частотой. Такое явления называется явлением интерференции волн.