Энергия упругих волн.
В среде
распространяется плоская упругая волна
и переносит энергию, величина которой
в объеме
равна:
,
где
-
объемная плотность среды.
Если
выбранный объем записать как
,
где S – площадь его поперечного сечения,
а
-
его длина, то среднее количество энергии,
переносимое волной за единицу времени
через поперечное сечение S, называется
потоком
через
его поверхность:
.
Количество энергии, переносимое волной за единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения волны, называется плотностью потока энергии волны.
Эта величина определяется соотношением:
,
где
-объемная
плотность энергии волны,
-
фазовая скорость волны. Так как фазовая
скорость волны
-
вектор, направление которого совпадает
с направлением распространения волны,
то можно величине плотности потока
энергии I придать смысл векторной
величины:
.
Величина
,
вектор
плотности энергии волны,
впервые была введена Н.А. Умовым в 1984
году и получила название вектора
Умова.
Подобная величина для электромагнитных
волн называется вектором
Умова - Пойнтинга.
Интерференцией волн называется явление наложение двух и более волн, при котором в зависимости от соотношения между фазами этих волн происходит устойчивое во времени их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление в других.
Устойчивая интерференционная картина возникает только при наложении таких волн, которые имеют одинаковую частоту, постоянную во времени разность фаз в каждой точке пространства. Волны, удовлетворяющие этим условиям и источники, создающие такие волны, называются когерентными. Плоские синусоидальные волны, частоты которых одинаковы, когерентны всегда.
Важным видом продольных волн являются звуковые волны. Так называются волны с частотами 17 – 20000 Гц. Учение о звуке называется акустикой. В акустике изучаются волны, которые распространяются не только в воздухе, но и в любой другой среде. Упругие волны с частотой ниже 17 Гц называются инфразвуком, а с частотой выше 20000 Гц – ультразвуком.
Звуковые волны – упругие колебания, распространяющиеся в виде волнового процесса в газах, жидкостях, твердых телах.
Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Для волн (например, звука), распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение как источника, так и приёмника волн относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для распространения которых не нужна никакая среда, в вакууме имеет значение только относительное движение источника и приёмника
Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, регистрируемых приемником, которое происходит вследствие движения источника этих волн и приемника. Данный эффект наблюдается при распространении звуковых волн (акустический эффект) и электромагнитных волн (оптический эффект).
Сущность явления
Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:
|
|
где ω0 — частота, с которой источник испускает волны, c — скорость распространения волн в среде, v — скорость источника волн относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и отрицательная, если удаляется).
Частота, регистрируемая неподвижным приёмником
|
(1) |
Аналогично, если приёмник движется навстречу волнам, он регистрирует их гребни чаще и наоборот. Для неподвижного источника и движущегося приёмника
|
(2) |
где u — скорость приёмника относительно среды (положительная, если он движется по направлению к источнику).
Подставив вместо ω0 в формуле (2) значение частоты ω из формулы (1), получим формулу для общего случая:
|

.