какая волна называется поперечной
Поперечная волна
Из Википедии — свободной энциклопедии
Поперечная волна — волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой происходят колебания частиц среды (в случае упругой волны) или в которой лежат векторы электрического и магнитного поля (для электромагнитной волны).
К поперечным волнам относят, например, волны в струнах или упругих мембранах, когда смещения частиц в них происходят строго перпендикулярно направлению распространения волн, а также однородные плоские электромагнитные волны в изотропном диэлектрике или магнетике; в этом случае поперечные колебания совершают векторы электрического и магнитного полей.
Поперечная волна обладает поляризацией, то есть вектор её амплитуды определённым образом ориентирован в поперечной плоскости. В частности, различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации в зависимости от формы кривой, которую описывает конец вектора амплитуды. Понятие поперечной волны так же, как и продольной волны, до некоторой степени условно и связано со способом её описания. «Поперечность» и «продольность» волны определяются тем, какие величины реально наблюдаются. Так, плоская электромагнитная волна может описываться продольным вектором Герца. В ряде случаев разделение волн на продольные и поперечные вообще теряет смысл. Так, в гармонической волне на поверхности глубокой воды частицы среды совершают круговые движения в вертикальной плоскости, проходящей через волновой вектор k → <\displaystyle <\vec 
, то есть колебания частиц имеют как продольную, так и поперечную составляющие.
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА
П. в. обладает поляризацией, т. е. вектор её амплитуды определ. образом ориентирован в поперечной плоскости. В частности, различают линейную, круговую и эллиптич. поляризации в зависимости от формы кривой, к-рую описывает конец вектора амплитуды (см. Поляризация волн, Поляризация света). Понятие П. в. так же, как и продольной волны, до нек-рой степени условно и связано со способом её описания. «Попереч-ность» и «предельность» волны определяются тем, какие величины реально наблюдаются. Так, плоская эл.-магн. волна может описываться продольным Герца вектором. В ряде случаев разделение волн на продольные и поперечные вообще теряет смысл. Так, в гармо-нич. волне на поверхности глубокой воды (см. Волны на поверхности жидкости )частицы среды совершают круговые движения в вертик. плоскости, проходящей через волновой вектор k, т. е. колебания частиц имеют как продольную, так и поперечную составляющие.
М. А. Миллер, Л. А. Островский,
Полезное
Смотреть что такое «ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА» в других словарях:
поперечная волна — Волна, направление распространения которой ортогонально траекториям колеблющихся точек среды. [ГОСТ 24346 80] поперечная волна сдвиговая волна Волна, в которой направления колебаний частиц в любой точке среды перпендикулярны направлению… … Справочник технического переводчика
Поперечная волна — Поперечная волна. ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА, распространяется в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой происходят колебания частиц среды (в случае упругих волн) или в которой лежат векторы электрического и магнитного поля (в случае… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА — волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой происходят колебания частиц среды (в случае упругой волны) или в которой лежат векторы электрического и магнитного поля (для электромагнитной волны) … Большой Энциклопедический словарь
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА — (см.), распространяющаяся в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой происходят (см.) частиц среды (в случае упругой волны) млн. в которой расположены векторы электрического и магнитного полей (в случае для электромагнитной волны) … Большая политехническая энциклопедия
Поперечная волна — 41. Поперечная волна Волна, направление распространения которой ортогонально траекториям колеблющихся точек среды Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
поперечная волна — волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в которой происходят колебания частиц среды (в случае упругой волны) или в которой лежат векторы электрического и магнитного поля (для электромагнитной волны). * * *… … Энциклопедический словарь
поперечная волна — skersinė banga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. transversal wave; transverse wave vok. Querwelle, f; Transversalwelle, f rus. поперечная волна, f pranc. onde transversale, f … Fizikos terminų žodynas
ПОПЕРЕЧНАЯ ВОЛНА — волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном к плоскости, в к рой происходят колебания частиц среды (в случае упругой волны) или в к рой лежат векторы электрич. и магн. поля (для эл. магн. волны) … Естествознание. Энциклопедический словарь
Продольные и поперечные волны
Отвлечемся от внутреннего строения вещества для того, чтобы исследовать законы распространения механических волн. Вещество будем рассматривать как сплошную среду, непрерывно изменяющуюся в пространстве.
Частицей, изучая колебания, будем называть малый элемент объема среды, размеры которого много больше, чем расстояния между молекулами, при этом частицу среды принимаем за материальную точку.
Рассматривая механические волны, будем считать вещества, в которых они распространяются, упругими, внутренние силы, возникающие в них при малых деформациях, пропорциональными величине деформации.
При возбуждении колебания, в каком- либо месте упругой среды, в результате взаимодействия частиц среды, оно распространяется в веществе от точки к точке с некоторой конечной скоростью. Процесс распространения колебаний называют волной. Важным свойством волнового процесса является то, что в нем не происходит переноса массы, каждая частица выполняет колебания около положения равновесия. В волне от частицы к частице передается состояние колебательного движения и энергия колебаний. Волна переносит энергию.
В зависимости от направления колебаний частицы вещества по отношению к направлению распространения волны, волны делят на продольные и поперечные.
Продольные волны
Если частицы совершают колебания в направлении распространения волны, то такую волну называют продольной.
Продольные волны распространяются в веществе, в котором возникают силы упругости, при деформации растяжения и сжатия в веществе в любом агрегатном состоянии.
Так, например, волны звука, распространяющиеся в воздухе, относят к продольным волнам. Продольные волны, имеющие частоты от 17 до 20
000 Гц называют звуковыми. Скорость распространения акустических волн зависит от свойств среды и ее температуры.
Скорость распространения продольных упругих волн в однородных в газах или жидкостях равна:
Скорость распространения продольных волн в тонком стержне, вызванных его продольным растяжением и сжатием равна:
Поперечные волны
Поперечной волной называют такую волну, в которой колебания частиц среды происходят в направлениях перпендикулярных к направлению распространения волны.
Механические волны могут быть поперечными только в среде, в которой возможны деформации сдвига (среда обладает упругостью формы). Следовательно, в жидкостях и газах механических поперечных волн не наблюдают. Поперечные механические волны возникают в твердых телах. Примером таких волн являются волны, которые распространяются в натянутых струнах.
Скорость ($v$) распространения поперечных волн в бесконечной изотропной среде можно вычислить как:
Упругие свойства и плотность твердого тела зависит от химического состава вещества, и она несущественно изменяется при изменении давления и температуры. Поэтому в большинстве случаев скорость распространения волны можно считать постоянной.
Приведенная здесь скорость распространения упругих волн называется фазовой скоростью.
Уравнение продольной и поперечной волны
Уравнение одномерной волны записывают как:
Примеры задач с решением
Решение: Основой для решения задачи служит уравнение одномерной волны:
Уравнение для нашей волны в учетом данных задачи приобретет вид:
Скорость рассматриваемой точки струны найдем как:
Решение: Уравнением одномерной плоской волны служит выражение:
В продольной волне частицы смещаются вдоль направления скорости движения волны (рис.1).
В продольной волне частицы совершают колебания поперек направления скорости движения волны рис.2.
Поперечные механические волны (примеры формула)
Что такое поперечные механические волны
Если частица вещества, находящаяся в колебательном движении, имеет упругую связь с соседними частицами, то она вовлекает их в колебательное движение, которое таким, образом будет постепенно распространяться в окружающей среде. Явление распространения колебаний в среде называется волновым движением или просто волной. В данном случае это будет упругая механическая волна. К упругим волнам относятся звуковые и ультразвуковые волны, а также волны, образующиеся в земной коре при землетрясении и др.
Пример образования поперечных волн
Образование простейшей механической волны можно наблюдать на закрепленном за один конец упругом резиновом шнуре, если второй его конец привести в колебательное движение в направлении, перпендикулярном оси шнура (рис. ).
Рассмотрим этот процесс подробнее. Представим себе ряд точек, расположенных на прямой а (рис. 2, а), которые связаны упругими силами так, что смещение одной точки влечет за собой смещение соседних точек. Пусть крайняя точка, совершая гармоническое колебание, в начальный момент времени смещается вниз, увлекая за собой и соседние точки. Через одну четверть периода колебания первая точка будет иметь максимальное смещение.
Соседние точки при этом займут некоторые промежуточные положения (рис. 2, б). Затем крайняя точка начнет возвращаться к среднему положению, однако каждая из соседних точек будет по инерции отклоняться до наибольшего смещения, увлекая при этом за собой последующие точки. Через половину периода колебания первой точки остальные точки займут положение рис. 2, в.
Затем крайняя точка смещается вверх, увлекая за собой и соседние точки, возвращающиеся в среднее положение. В то же время смещение в первоначальном направлении (вниз) будет распространяться на все большее число точек и через три четверти периода колебания крайней точки получится картина, показанная на рис. 2, г.
Наконец, совершив полное колебание» т. е. через один период, крайняя точка возвратится в среднее положение, а остальные точки займут положение, изображенное на рис. 2, д.
Таким образом колебательный процесс постепенно распространяется от точки к точке среды. Важно отметить, что колебания каждой последующей точки среды происходят все с большим и большим запаздыванием по фазе относительно колебания крайней (начальной) точки.
Если колебания начальной точки поддерживаются, то колебательный процесс захватывает все большее и большее количество точек и волна распространяется все дальше и дальше (рис. б).
Где образуются поперечные волны
Рассмотренная волна является поперечной. Поперечной волной называется волна, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном направлению колебания частиц. Поперечные механические волны образуются только в твердых телах, а также на свободной поверхности жидкости, где роль упругой силы играют силы тяжести и поверхностного натяжения, стремящиеся обеспечить горизонтальный уровень свободной поверхности жидкости.
В поперечной волне частицы среды в направлении распространения волны не смещаются. Однако глаз воспринимает движение волны (например, волны на упругом шнуре). Это связано с запаздыванием по фазе колебаний каждой последующей частицы, вследствие чего гребни или впадины волны, более заметные для глаза наблюдателя, перемещаются в направлении распространения волны (см. рис. 3 б).
Волна характеризуется теми же величинами, как и вызывающее ее колебание: периодом Т или частою v амплитудой а, а также формой коле бания, обусловливающей и форму волны. По форме волны также разделя ются на простые (гармонические) и сложные.
Кроме этого, волна имеет особую, весьма важную характеристику, связанную со скоростью υ распространения колебаний в среде и называемую длиной волны λ. Длина волны это расстояние, на котором смещения точек среды претерпевают изменения, соответствующие одному периоду колебаний. Или проще: длина волны — это расстояние, на которое колебания распространяются в среде за время, равное одному периоду колебания.
Применительно к этому определению длина волны как путь, который волна проходит за время Т одного периода колебания, равняется
где v — скорость распространения волны, v — частота колебания.
Таким образом, длина волны численно равняется произведению периода колебания на скорость распространения волны или отношению скорости распространения волны к частоте колебания.
Скорость распространения волны зависит от свойств среды, поэтому при переходе волны из одной среды в другую длина волны изменяется, хотя частота колебаний остается неизменной.
Длина волны может быть определена так же, как расстояние между двумя ближайшими точками, совершающими колебания в одинаковых фазах.
Составим уравнение простой (гармонической) волны, т. е. формулу, которая позволяет определить в заданный момент времени t смещение s точки Б, расположенной на любом расстоянии х от начальной точки А по направлению распространения волны (рис. 43, а) Для начальной точки уравнение колебания имеет вид:
Точка Б начинает колебание с запаздыванием на промежуток времени
t0. за который волна распространяется от точки А до точки Б:
где υ — скорость распространения волны в среде.
Применяя уравнение для запаздывающего по фазе колебания, можно написать для точки Б:
Подставляя в формулу значение t0, получим:
Если вместо скорости волны υ задана длина волны X, то уравнение легко преобразуется:
Уравнение волны содержит две переменные величины: время t и расстояние х. При построении графика волны в соответствии с этим уравнением время принимается постоянным (t =const), тогда график дает смеще ния различных точек среды в зависимости от расстояния х их от начальной точки в некоторый заданный момент времени t. Для простой (гармонической) волны график имеет форму синусоиды (рис. 3, б).
Для других (последующих) моментов времени t1, t2, график волны смещается вдоль оси х со скоростью υ распространения волны. Соответствующие кривые показаны на рис. 3, в пунктиром.
Что такое пространственная волна
На примере с упругим шнуром была рассмотрена простейшая линейная волна, т. е. волна, распространяющаяся в одном каком-то направлении. В дальнейшем будут рассмотрены волны, распространяющиеся от источника колебаний в среде по всем направлениям и называе мые пространственными волнами. Такими волнами являются, например, звуковые волны.
Волна несет с собой энергию. Энергия упругой механической волны состоит из потенциальной энергии деформации вещества, в котором распространяется волна, и кинетической энергии его колеблющихся частиц. Мгновенное значение энергии волны в каждой точке среды является переменной величиной.
Однако среднее значение ее за период колебаний для данной точки среды постоянно. Эта величина для единицы объема среды, в которой распространяется волна, называется плотностью энергии εв волны. Она прямо пропорциональна квадрату амплитуды а 2 и квадрату частоты v 2 колебания, а также плотности ρ среды:
Для некоторого объема V среды среднее значение энергии волны
Величина Ps, численно равная средней энергии Ев, переносимой волной в единицу времени t через заданную поверхность S, перпендикулярную направлению распространения волны (рис. 4), называется потоком энергии через эту поверхность:
и измеряется в единицах мощности: ватт, эрг в секунду.
Поток энергии, приходящийся на единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, называется плотностью потока энергии:
Если источник колебаний имеет достаточную поверхность, то волна распространяется от него равномерным потоком. Такая волна называется плоской. Рассмотрим в этом случае энергию, переносимую частью волны, заключенной в цилиндрическом объеме V среды, расположенном вдоль по направлению движения волны (рис. 44). Промежуток времени t выберем так, чтобы за это время энергия волны, заключенная в объеме V, была бы перенесена через поверхность S, т. е. t = l/υ, где l — высота цилиндра
и υ — скорость распространения волны. Подставляя эти величины в формулу для плотности потока энергии, получим:
Плотность потока энергии волны равняется произведению плотности энергии на скорость волны. Отсюда следует, что поток энергии, переносимой волной, можно рассматривать как вектор, совпадающий по направлению с вектором скорости волны. Этот вектор называется вектором Умова.
Статья на тему Поперечные механические волны
Похожие страницы:
Понравилась статья поделись ей
Поперечные волны
Смотреть что такое «Поперечные волны» в других словарях:
поперечные волны — волны смещения волны сдвига — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы волны смещенияволны сдвига EN transversal waves … Справочник технического переводчика
поперечные волны — ▲ волна ↑ поперек поперечные волны волны, у которых характеризующие их векторные величины совершают колебания в направлении, перпендикулярном распространению волны (звук в твердых телах). поляризация волн нарушение симметрии в распределении… … Идеографический словарь русского языка
ВОЛНЫ СЕЙСМИЧЕСКИЕ — упругие волны, возникающие в результате землетрясения, взрывов, ударов, распространяющиеся в виде затухающих колебаний в Земле. Упругой волной называется процесс передачи на расстояние деформаций, возникающих в упругих телах. В. с.… … Геологическая энциклопедия
Волны — Волны: а одиночная волна; б цуг волн; в бесконечная синусоидальная волна; l длина волны. ВОЛНЫ, изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Основное свойство всех волн, независимо от их… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
волны в водоеме — ▲ поперечные волны ↑ (быть) в, водоем волна (# бежит. # набежала, накатилась). волнение (на море #). носить, ся по волнам. вал. девятый вал. зыбь длинные пологие волны. рябь. барашки (# волн). прибой разрушение морских волн при набегании их на… … Идеографический словарь русского языка
Волны — Волна изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в этой среде и переносящее с собой энергию. Другими словами: «…волнами или волной называют изменяющееся со временем пространственное чередование максимумов и минимумов любой… … Википедия
Волны в плазме — Волны в плазме электромагнитные волны, распространяющиеся в плазме и самосогласованные с коллективным движением заряженных частиц плазмы. В силу того, что доминирующее значение в динамике частиц плазмы играет электромагнитное взаимодействие … Википедия
ВОЛНЫ ПОВЕРХНОСТНЫЕ — упругие волны, возникающие при падении продольных и поперечных волн на свободную (дневную) поверхность. Характеризуются пониженными, сравнительно с прямой волной, кажущимися скоростями, большой интенсивностью, низкочастотным спектром, быстрым… … Геологическая энциклопедия
ВОЛНЫ — ВОЛНЫ, по определению основателя волновой теории света Юнга (Joung, 1802), представляют такое колебательное движение, к рое распространяется через все точки среды, при чем после совершения колебания частицы среды прекращают свое движение.… … Большая медицинская энциклопедия
ВОЛНЫ УПРУГИЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ — см. Волны сейсмические. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия