Bangos mus supa visur, nes gyvename judesio ir garso pasaulyje. Kokia banginio proceso prigimtis, kokia banginių procesų teorijos esmė? Pažvelkime į tai su eksperimentų pavyzdžiu.
Bangų samprata fizikoje
Bendra daugelio procesų koncepcija yra garso buvimas. Pagal apibrėžimą garsas yra greitų svyruojančių judesių, kuriuos sukuria oras ar kita mūsų klausos organų suvokiama terpė, rezultatas. Žinodami šį apibrėžimą, galime pradėti svarstyti „bangos proceso“sąvoką. Yra daug eksperimentų, kurie leidžia vizualiai apsvarstyti šį reiškinį.
Tirti bangų procesai fizikoje gali būti stebimi radijo bangų, garso bangų, suspaudimo bangų pavidalu naudojant balso stygas. Jie plinta oru.
Norėdami vizualiai apibrėžti koncepciją, įmeskite akmenį į balą ir apibūdinkite efektų plitimą. Tai gravitacinės bangos pavyzdys. Tai atsiranda dėl skysčio pakilimo ir kritimo.
Akustika
Visas skyrius, pavadintas „Akustika“, yra skirtas garso savybių fizikoje studijoms. Pažiūrėkime, ką tai apibūdina. Sutelkime dėmesį į dalykus irprocesai, kuriuose dar ne viskas aišku, dėl problemų, kurios vis dar laukia, kol bus išspręstos.
Akustika, kaip ir kitos fizikos šakos, vis dar turi daug neatskleistų paslapčių. Jie dar turi būti atidaryti. Panagrinėkime bangų procesą akustikoje.
Garsas
Ši sąvoka siejama su svyruojančiais judesiais, kuriuos sukuria terpės dalelės. Garsas yra virpesių procesų, susijusių su bangų atsiradimu, serija. Formuojantis suspaudimo ir retėjimo terpėje vyksta banginis procesas.
Bangos ilgio indikatoriai priklauso nuo terpės, kurioje vyksta virpesių procesai, pobūdžio. Beveik visi gamtoje vykstantys reiškiniai yra susiję su garso virpesiais ir garso bangomis, kurios sklinda aplinkoje.
Bangų proceso nustatymo gamtoje pavyzdžiai
Šie judesiai gali informuoti apie bangų proceso reiškinį. Aukšto dažnio garso bangos gali nukeliauti tūkstančius kilometrų, pavyzdžiui, išsiveržus ugnikalniui.
Kai įvyksta žemės drebėjimas, atsiranda stipri akustinė ir geoakustinė vibracija, kurią gali užregistruoti specialūs garso imtuvai.
Povandeninio žemės drebėjimo metu vyksta įdomus ir baisus reiškinys – cunamis, tai didžiulė banga, kilusi per galingą požeminį ar povandeninį stichijų pasireiškimą.
Akustikos dėka galite gauti informacijos, kad artėja cunamis. Daugelis šių reiškinių žinomi jau seniai. Tačiau iki šiol kai kurios fizikos sąvokosreikalauja kruopštaus tyrimo. Todėl, tiriant dar neįmintas paslaptis, gelbsti garso bangos.
Tektonikos teorija
XVIII amžiuje gimė „katastrofos hipotezė“. Tuo metu sąvokos „elementas“ir „dėsningumas“nebuvo siejamos. Tada jie atrado, kad vandenyno dugno amžius yra daug jaunesnis nei sausumos, ir šis paviršius nuolat atnaujinamas.
Būtent tuo metu, naujo žvilgsnio į žemę dėka, beprotiška hipotezė išaugo į „litosferos plokščių tektonikos“teoriją, teigiančią, kad žemės mantija juda, o dangaus skliautas plūduriuoja. Toks procesas panašus į amžinojo ledo judėjimą.
Norint suprasti aprašytą procesą, svarbu atsikratyti stereotipų ir įprastų pažiūrų, suvokti kitokius būties tipus.
Tolimesnė mokslo pažanga
Geologinis gyvenimas žemėje turi savo laiką ir materijos būseną. Mokslui pavyko atkurti panašumą. Vandenyno dugnas nuolat juda, sukeldamas plyšius ir kalvagūbrių formavimąsi, nes nauja medžiaga kyla iš žemės gelmių į paviršių ir palaipsniui vėsta.
Šiuo metu sausumoje vyksta procesai, kai milžiniškos litosferos plokštės plūduriuoja žemės mantijos paviršiuje – viršutiniame akmeniniame žemės apvalkale, kuriuo teka žemynai ir jūros dugnas.
Tokių plokščių yra apie dešimt. Mantija nerami, todėl litosferos plokštės pradeda judėti. Laboratorinėmis sąlygomis šis procesas atrodo maloniai.
Gamtoje tai gresia geologine nelaime- žemės drebėjimas. Litosferos plokščių judėjimo priežastis – globalūs konvekcijos procesai, vykstantys žemės gelmėse. Dėl siautėjimo kils cunamis.
Japonija
Tarp kitų seismiškai pavojingų žemės sričių Japonija užima ypatingą vietą, ši salų grandinė vadinama „ugnies juosta“.
Atidžiai stebint žemės skliauto alsavimą, galima nuspėti artėjančią katastrofą. Norint ištirti virpesių procesus, į žemės storį buvo įvestas itin gilus gręžimo įrenginys. Jis įsiskverbė į 12 km gylį ir leido mokslininkams padaryti išvadas apie tam tikrų uolienų buvimą žemėje.
Elektromagnetinės bangos greitis tiriamas 9 klasės fizikos pamokose. Parodykite patirtį su svarmenimis, esančiais vienodu atstumu vienas nuo kito. Jie yra sujungti identiškomis įprastos formos spyruoklėmis.
Jei pirmąjį svorį perkeliate į dešinę tam tikru atstumu, antrasis kurį laiką išlieka toje pačioje padėtyje, tačiau spyruoklė jau pradeda spausti.
Sąvokos „banga“apibrėžimas
Nuo to laiko, kai vyksta toks procesas, atsirado tamprumo jėga, kuri stums antrąjį svorį. Jis gaus pagreitį, po kurio laiko padidins greitį, judės šia kryptimi ir suspaus spyruoklę tarp antro ir trečio svarmenų. Savo ruožtu trečiasis gaus pagreitį, pradės greitėti, pasislinks ir paveiks ketvirtą spyruoklę. Taigi procesas vyks visuose sistemos elementuose.
Šiuo atveju antrosios apkrovos poslinkis išilgailaikas įvyks vėliau nei pirmasis. Poveikis visada atsilieka nuo priežasties.
Be to, antrosios apkrovos poslinkis lems ir trečiojo poslinkį. Šis procesas linkęs plisti į dešinę.
Jei pirmasis svoris pradėjo svyruoti pagal harmonikos dėsnį, tada šis procesas persimes į antrąjį svorį, bet su uždelsta reakcija. Todėl, jei pirmą svarmenį priversite vibruoti, galite gauti svyravimą, kuris laikui bėgant pasklis erdvėje. Tai yra bangos apibrėžimas.
Bangų įvairovė
Įsivaizduokime medžiagą, kurią sudaro atomai, jie yra:
- turi masę – kaip ir eksperimente siūlomi svoriai;
- susiekite vienas su kitu, sudarydami tvirtą kūną cheminiais ryšiais (kaip aptarta eksperimente su spyruokle).
Iš to išplaukia, kad materija yra sistema, primenanti patirties modelį. Jis gali skleisti mechaninę bangą. Šis procesas yra susijęs su tamprumo jėgų atsiradimu. Tokios bangos dažnai vadinamos „šokančiomis“.
Yra dviejų tipų elastinės bangos. Norėdami juos nustatyti, galite paimti ilgą spyruoklę, pritvirtinti ją vienoje pusėje ir ištempti į dešinę. Taigi matote, kad bangos sklidimo kryptis yra išilgai spyruoklės. Terpės dalelės juda ta pačia kryptimi.
Tokioje bangoje dalelių virpesių krypties pobūdis sutampa su bangos sklidimo kryptimi. Ši sąvoka vadinama „išilgine banga“.
Jei ištempsite spyruoklę ir duosite jai laiko ateitiį ramybės būseną, o tada staigiai pakeiskite padėtį vertikalia kryptimi, pamatysite, kad banga sklinda išilgai spyruoklės ir daug kartų atsispindi.
Tačiau dalelių virpesių kryptis dabar yra vertikali, o bangos sklidimas yra horizontalus. Tai skersinė banga. Jis gali egzistuoti tik kietose kūno dalyse.
Įvairių rūšių elektromagnetinių bangų greitis skiriasi. Šią savybę seismologai sėkmingai naudoja norėdami nustatyti atstumą iki žemės drebėjimo š altinių.
Bangai sklindant, dalelės svyruoja išilgai arba skersai, tačiau tai nelydi medžiagos pernešimas, o tik judėjimas. Taigi nurodyta vadovėlyje „Fizika“9 klasė.
Bangos lygties apibūdinimas
Fizikos mokslo bangų lygtis yra tam tikra tiesinė hiperbolinė diferencialinė lygtis. Jis taip pat naudojamas kitose teorinės fizikos srityse. Tai viena iš lygčių, kurią matematinė fizika naudoja skaičiavimams. Visų pirma aprašomos gravitacinės bangos. Naudojama procesams apibūdinti:
- akustikoje, kaip taisyklė, linijinis;
- elektrodinamikoje.
Bangų procesai rodomi skaičiuojant daugiamatį vienalytės bangos lygties atvejį.
Skirtumas tarp bangos ir siūbavimo
Neįtikėtini atradimai atsiranda galvojant apie įprastą reiškinį. Galilėjus laiko etalonu savo širdies plakimą. Taip buvo atrastas švytuoklės svyravimų proceso pastovumas – viena pagrindinių mechanikos nuostatų. Taiabsoliučiai tik matematinei švytuoklei – idealiai svyruojančiai sistemai, kuriai būdinga:
- balanso pozicija;
- jėga, kuri grąžina kūną į pusiausvyros padėtį, kai jis nukrypsta;
- energijos perėjimai, kai vyksta svyravimai.
Norint išvesti sistemą iš pusiausvyros, būtina sąlyga, kad atsirastų virpesiai. Šiuo atveju pranešama apie tam tikrą energiją. Skirtingoms vibracinėms sistemoms reikia skirtingų energijos rūšių.
Svyravimas – tai procesas, kuriam būdingas nuolatinis judesių ar sistemos būsenų pasikartojimas tam tikrais laikotarpiais. Aiškus svyravimo proceso įrodymas yra siūbuojančios švytuoklės pavyzdys.
Svyravimo ir bangų procesai stebimi beveik visuose gamtos reiškiniuose. Banga atlieka trikdymo arba terpės būsenos keitimo funkciją, sklinda erdvėje ir perneša energiją be būtinybės perduoti materiją. Tai išskirtinė banginių procesų savybė, fizikoje jie buvo tyrinėjami ilgą laiką. Tirdami galite paryškinti bangos ilgį.
Garso bangos gali egzistuoti visose sferose, jos neegzistuoja tik vakuume. Elektromagnetinės bangos turi ypatingų savybių. Jie gali egzistuoti visur, net ir vakuume.
Bangos energija priklauso nuo jos amplitudės. Apvali banga, sklindanti iš š altinio, išsklaido energiją erdvėje, todėl jos amplitudė greitai mažėja.
Tiesinė banga turi įdomių savybių. Todėl jo energija erdvėje neišsisklaidotokių bangų amplitudė mažėja tik dėl trinties jėgos.
Bangos sklidimo kryptis pavaizduota spinduliais – linijomis, statmenomis bangos frontui.
Kampas tarp krintančio spindulio ir normalaus yra kritimo kampas. Tarp normalaus ir atspindėto pluošto yra atspindžio kampas. Šių kampų lygybė išsaugoma bet kurioje kliūties padėtyje bangos fronto atžvilgiu.
Kai susitinka priešingomis kryptimis judančios bangos, gali susidaryti stovinčioji banga.
Rezultatai
Terpės dalelės tarp gretimų stovinčios bangos mazgų svyruoja toje pačioje fazėje. Tai banginio proceso parametrai, fiksuoti bangų lygtyse. Kai bangos susitinka, jų amplitudės didėja ir mažėja.
Žinant pagrindines bangavimo proceso charakteristikas, galima nustatyti gaunamos bangos amplitudę tam tikrame taške. Nustatykime, kokioje fazėje į šį tašką pasieks pirmojo ir antrojo š altinių banga. Be to, fazės yra priešingos.
Jei kelio skirtumas yra nelyginis pusinių bangų skaičius, gautos bangos amplitudė šiuo metu bus minimali. Jei kelio skirtumas yra lygus nuliui arba sveikam bangos ilgių skaičiui, susitikimo taške bus stebimas gautos bangos amplitudės padidėjimas. Tai yra trukdžių modelis, kai pridedamos bangos iš dviejų š altinių.
Šiuolaikinėse technologijose elektromagnetinių bangų dažnis yra fiksuotas. Priėmimo įrenginys turi registruoti silpnas elektromagnetines bangas. Jei įdėsite atšvaitą, į imtuvą pateks daugiau bangos energijos. Atšvaitų sistema sumontuota taip, kad sukurtų maksimaliaisignalą priimančiame įrenginyje.
Bangų proceso charakteristikos yra šiuolaikinių idėjų apie šviesos prigimtį ir materijos struktūrą pagrindas. Taigi, studijuodami juos 9 klasės fizikos vadovėlyje, galite sėkmingai išmokti spręsti uždavinius iš mechanikos srities.
