§ 1.7. Механикалық толқындар

Заттың немесе өрістің кеңістікте таралатын тербелісі толқындар деп аталады. Заттың тербелісі серпімді толқындарды тудырады (ерекше жағдай - дыбыс).

Механикалық толқынортадағы бөлшектердің тербелістерінің уақыт бойынша таралуы.

Толқындар бөлшектердің өзара әрекеттесуіне байланысты үздіксіз ортада таралады. Егер қандай да бір бөлшек тербелмелі қозғалысқа түссе, онда серпімділік байланысының арқасында бұл қозғалыс көрші бөлшектерге беріледі де, толқын таралады. Бұл жағдайда тербелмелі бөлшектердің өзі толқынмен бірге қозғалмайды, бірақ тартынуолардың жанында тепе-теңдік позициялары.

Бойлық толқындар– бұл x бөлшектердің тербеліс бағыты толқынның таралу бағытымен сәйкес келетін толқындар. . Бойлық толқындар газдарда, сұйықтарда және қатты денелерде таралады.

П
оперативті толқындар– бұл бөлшектердің тербеліс бағыты толқынның таралу бағытына перпендикуляр болатын толқындар . Көлденең толқындар тек қатты ортада таралады.

Толқындардың қос мерзімділігі бар - уақыт пен кеңістікте. Уақыт бойынша периодтылық дегеніміз ортаның әрбір бөлшегі өзінің тепе-теңдік күйінің айналасында тербеліс жасауын және бұл қозғалыстың Т тербеліс периодымен қайталануын білдіреді.Кеңістіктегі периодтылық орта бөлшектерінің тербелмелі қозғалысының олардың арасындағы белгілі бір қашықтықта қайталануын білдіреді.

Кеңістіктегі толқындық процестің кезеңділігі толқын ұзындығы деп аталатын шамамен сипатталады және белгіленеді .

Толқын ұзындығы - бөлшектердің бір тербеліс периоды кезінде ортада толқын таралатын қашықтық .

Осы жерден
, Қайда - бөлшектердің тербеліс периоды, - тербеліс жиілігі, - ортаның қасиеттеріне байланысты толқынның таралу жылдамдығы.

TO Толқындық теңдеу қалай жазылады? О нүктесінде орналасқан сымның бөлігі (толқын көзі) косинус заңы бойынша тербелсін

Белгілі бір В нүктесі көзден x қашықтықта орналассын (О нүктесі). v жылдамдығымен таралатын толқын оған жету үшін уақыт қажет
. Бұл В нүктесінде тербелістер кейінірек басталады дегенді білдіреді
. Яғни. Өрнегін ауыстырғаннан кейін
және математикалық түрлендірулер қатарын аламыз

,
. Белгілеуді енгізейік:
. Содан кейін. В нүктесін таңдаудың еріктілігіне байланысты бұл теңдеу қалаған жазық толқын теңдеуі болады.
.

Косинус таңбасы астындағы өрнек толқындық фаза деп аталады
.

Е Егер екі нүкте толқын көзінен әртүрлі қашықтықта болса, онда олардың фазалары әртүрлі болады. Мысалы, қашықтықта орналасқан В және С нүктелерінің фазалары Және толқын көзінен сәйкесінше тең болады

В нүктесінде және С нүктесінде болатын тербеліс фазаларының айырмашылығы келесімен белгіленеді
және ол тең болады

Мұндай жағдайларда олар В және С нүктелерінде болатын тербелістердің арасында Δφ фазалық ығысу бар деп айтады. В және С нүктелеріндегі тербелістер фазада болады, егер
. Егер
, онда В және С нүктелеріндегі тербелістер антифазада болады. Барлық басқа жағдайларда, жай ғана фазалық ығысу бар.

«Толқын ұзындығы» ұғымын басқаша анықтауға болады:

Сондықтан k толқын саны деп аталады.

Белгілеуді енгіздік
және соны көрсетті
. Содан кейін

.

Толқын ұзындығы – толқынның бір тербеліс кезеңінде жүріп өткен жолы.

Толқындық теориядағы екі маңызды ұғымды анықтайық.

толқын бетібір фазада тербелетін ортадағы нүктелердің геометриялық орны. Толқын бетін ортаның кез келген нүктесі арқылы сызуға болады, сондықтан олардың шексіз саны бар.

Толқындық беттер кез келген пішінді болуы мүмкін және қарапайым жағдайда олар бір-біріне параллель жазықтықтар (егер толқындардың көзі шексіз жазықтық болса) немесе концентрлік шарлар жиынтығы (егер толқындардың көзі болса). нүкте).

Толқынды фронт(толқындық фронт) – уақыт мезетінде тербелістер жететін нүктелердің геометриялық орны . Толқындық фронт толқындық процеске қатысатын кеңістік бөлігін тербелістер әлі болмаған аймақтан бөледі. Сондықтан толқындық фронт толқындық беттердің бірі болып табылады. Ол екі аймақты бөледі: 1 – толқын t уақытында жеткен, 2 – жеткен жоқ.

Уақыттың әр сәтінде бір ғана толқындық фронт болады және ол барлық уақытта қозғалады, ал толқын беттері қозғалыссыз қалады (олар бір фазада тербелетін бөлшектердің тепе-теңдік позициялары арқылы өтеді).

Жазық толқынтолқын беттері (және толқын фронты) параллель жазықтықтар болатын толқын.

Сфералық толқынтолқын беттері концентрлі сфералар болатын толқын. Сфералық толқын теңдеуі:
.

Екі немесе одан да көп толқындар жеткен ортадағы әрбір нүкте әрбір толқын тудыратын тербелістерге жеке қатысады. Нәтижесінде ауытқу қандай болады? Бұл бірқатар факторларға, атап айтқанда, қоршаған ортаның қасиеттеріне байланысты. Егер ортаның қасиеттері толқынның таралу процесіне байланысты өзгермейтін болса, онда орта сызықтық деп аталады. Тәжірибе көрсеткендей, сызықтық ортада толқындар бір-бірінен тәуелсіз таралады. Біз толқындарды тек сызықтық ортада қарастырамыз. Екі толқын бір уақытта жеткен нүктенің тербелісі қандай болады? Бұл сұраққа жауап беру үшін осы қос әсерден туындаған тербелістің амплитудасы мен фазасын қалай табуға болатынын түсіну керек. Пайда болған тербелістің амплитудасы мен фазасын анықтау үшін әрбір толқын тудыратын орын ауыстыруларды тауып, содан кейін оларды қосу керек. Қалай? Геометриялық түрде!

Толқындардың суперпозициясы (суперпозициясы) принципі: сызықтық ортада бірнеше толқын тараған кезде олардың әрқайсысы басқа толқындар жоқ сияқты таралады және нәтижесінде ортаның бір бөлігінің кез келген уақытта орын ауыстыруы геометриялық қосындысына тең болады. толқындық процестердің әрбір құрамдас бөліктеріне қатысу арқылы бөлшектер алатын орын ауыстырулар.

Толқындар теориясының маңызды тұжырымдамасы концепция болып табылады когеренттілік – уақыт пен кеңістіктегі бірнеше тербелмелі немесе толқындық процестердің үйлестірілген пайда болуы. Егер бақылау нүктесіне келген толқындардың фазалық айырмашылығы уақытқа байланысты болмаса, онда мұндай толқындар деп аталады. когерентті. Жиілігі бірдей толқындар ғана когерентті бола алатыны анық.

Р Кеңістіктің белгілі бір нүктесіне (бақылау нүктесіне) келген екі когерентті толқынды қосудың нәтижесі қандай болатынын қарастырайық B. Математикалық есептеулерді жеңілдету үшін S 1 және S 2 көздері шығаратын толқындар бар деп есептейміз бірдей амплитудасы мен бастапқы фазалары нөлге тең. Бақылау нүктесінде (В нүктесінде) S 1 және S 2 көздерінен келетін толқындар орта бөлшектерінің тербелістерін тудырады:
Және
. В нүктесінде пайда болған тербелісті қосынды түрінде табамыз.

Әдетте, бақылау нүктесінде пайда болатын тербелістің амплитудасы мен фазасы векторлық диаграмма әдісі арқылы табылады, әрбір тербеліс ω бұрыштық жылдамдықпен айналатын вектор ретінде көрсетіледі. Вектордың ұзындығы тербеліс амплитудасына тең. Бастапқыда бұл вектор тербелістердің бастапқы фазасына тең таңдалған бағыты бар бұрышты құрайды. Содан кейін алынған тербелістің амплитудасы формула бойынша анықталады.

Амплитудалары бар екі тербелісті қосу жағдайымыз үшін
,
және фазалар
,

.

Демек, В нүктесінде болатын тербелістердің амплитудасы жолдар айырмашылығына байланысты.
әрбір толқын көзден бақылау нүктесіне дейін бөлек өтеді (
– бақылау нүктесіне келетін толқындардың жолындағы айырмашылық). Интерференция минимумдары немесе максимумдары сол нүктелерде байқалуы мүмкін
. Бұл S 1 және S 2 нүктелеріндегі фокустары бар гиперболаның теңдеуі.

Кеңістіктегі сол нүктелерде
, нәтижесінде пайда болатын тербелістердің амплитудасы максималды және тең болады
. Өйткені
, онда тербеліс амплитудасы сол нүктелерде максималды болады.

кеңістіктегі сол нүктелерде
, нәтижесінде пайда болатын тербелістердің амплитудасы минималды және тең болады
.Тербелістер амплитудасы сол нүктелерде минималды болады.

Когерентті толқындардың шектеулі санының қосылуы нәтижесінде пайда болатын энергияның қайта бөліну құбылысы интерференция деп аталады.

Толқындардың кедергілерді айналып иілу құбылысы дифракция деп аталады.

Кейде дифракция геометриялық оптика заңдарынан кедергілердің жанында толқындардың таралуының кез келген ауытқуы деп аталады (егер кедергілердің өлшемі толқын ұзындығына сәйкес болса).

Б
Дифракцияның арқасында толқындар геометриялық көлеңке аймағына түсуі, кедергілерді айналып өтуі, экрандардағы кішкене тесіктерден өтуі және т.б. Геометриялық көлеңке аймағына толқындардың түсуін қалай түсіндіруге болады? Дифракция құбылысын Гюйгенс принципі арқылы түсіндіруге болады: толқын жеткен әрбір нүкте қайталама толқындардың көзі болып табылады (біртекті сфералық ортада), ал бұл толқындардың қабығы келесі сәтте толқын фронтының орнын белгілейді. уақытында.

Жарық кедергілерінен кірістіру пайдалы болуы мүмкін екенін қараңыз

Толқынтербелістердің кеңістікте таралу процесі деп аталады.

толқын беті- бұл тербеліс бір фазада болатын нүктелердің геометриялық орны.

Толқынды фронтуақыттың белгілі бір нүктесінде толқын жететін нүктелердің геометриялық орны т. Толқындық фронт толқын процесіне қатысатын кеңістік бөлігін тербелістер әлі пайда болмаған аймақтан бөледі.

Нүктелік көз үшін толқын фронты S көзінің орнында центрленген сфералық бет болып табылады. 1, 2, 3 - толқындық беттер; 1 - толқындық фронт. Көзден шығатын сәуле бойымен таралатын сфералық толқынның теңдеуі: . Мұнда - толқынның таралу жылдамдығы; - толқын ұзындығы; А- тербелістердің амплитудасы; - тербелістердің айналмалы (циклдік) жиілігі; - t уақытындағы нүкте көзінен қашықтықта орналасқан нүктенің тепе-теңдік күйінен орын ауыстыруы.

Жазық толқынжазық толқын фронты бар толқын. Оң ось бағыты бойынша таралатын жазық толқынның теңдеуі ж:
, Қайда x- t уақытында көзден y қашықтықта орналасқан нүктенің тепе-теңдік күйінен орын ауыстыруы.

Бірыңғай мемлекеттік емтихан кодификаторының тақырыптары: механикалық толқындар, толқын ұзындығы, дыбыс.

Механикалық толқындар серпімді орта (қатты, сұйық немесе газ тәрізді) бөлшектерінің дірілінің кеңістікте таралу процесі болып табылады.

Ортада серпімділік қасиеттерінің болуы толқындардың таралуының қажетті шарты болып табылады: кез келген жерде болатын деформация көршілес бөлшектердің әрекеттесуінен ортаның бір нүктесінен екінші нүктесіне дәйекті түрде беріледі. Деформациялардың әртүрлі түрлері толқындардың әртүрлі түрлеріне сәйкес келеді.

Бойлық және көлденең толқындар.

Толқын деп аталады бойлық, егер ортаның бөлшектері толқынның таралу бағытына параллель тербелсе. Бойлық толқын ауыспалы созылу және қысу деформацияларынан тұрады. Суретте. 1-суретте ортаның жазық қабаттарының тербелісін көрсететін бойлық толқын көрсетілген; қабаттардың тербелетін бағыты толқынның таралу бағытымен сәйкес келеді (яғни қабаттарға перпендикуляр).

Ортаның бөлшектері толқынның таралу бағытына перпендикуляр тербелсе, толқын көлденең деп аталады. Көлденең толқын ортаның бір қабатының екіншісіне қатысты ығысу деформацияларынан туындайды. Суретте. 2, әрбір қабат өзі бойымен тербеледі, ал толқын қабаттарға перпендикуляр болады.

Бойлық толқындар қатты денелерде, сұйықтарда және газдарда тарай алады: бұл орталардың барлығында қысуға серпімді реакция жүреді, соның нәтижесінде ортаның қысылуы мен сирекленуі бірінен соң бірі жүріп жатқан көрінеді.

Бірақ сұйықтар мен газдар қатты денелерден айырмашылығы қабаттардың ығысуына қатысты серпімділікке ие емес. Сондықтан көлденең толқындар қатты денелерде тарай алады, бірақ сұйықтар мен газдардың ішінде таралмайды*.

Толқын өткен кезде ортаның бөлшектері өзгермеген тепе-теңдік позицияларына жақын тербелетінін атап өткен жөн, яғни орта есеппен олар өз орындарында қалады. Толқын осылай жүзеге асады
заттың тасымалдануымен қатар жүрмейтін энергияның берілуі.

Үйрену оңай гармоникалық толқындар. Олар гармоникалық заң бойынша өзгеріп, қоршаған ортаға сыртқы әсерлерден туындайды. Гармоникалық толқын тараған кезде ортаның бөлшектері сыртқы әсердің жиілігіне тең жиілікпен гармоникалық тербелістер жасайды. Бұдан әрі біз гармоникалық толқындармен шектелеміз.

Толқынның таралу процесін толығырақ қарастырайық. Ортаның қандай да бір бөлшегі (бөлшек) периодпен тербеле бастады деп алайық. Көрші бөлшекке әсер ете отырып, ол оны өзімен бірге тартады. Бөлшек өз кезегінде бөлшекті өзімен бірге тартады және т.б. Бұл барлық бөлшектер периодпен тербелетін толқын жасайды.

Дегенмен, бөлшектердің массасы бар, яғни олар инертті. Олардың жылдамдығын өзгерту үшін біраз уақыт қажет. Демек, оның қозғалысы кезінде бөлшек бөлшектен біршама артта қалады, бөлшек бөлшектен артта қалады және т.б. Бөлшек өзінің бірінші тербелісін аяқтап, екіншісін бастағанда, бөлшектен белгілі бір қашықтықта орналасқан бөлшек өзінің қозғалысын бастайды. бірінші тербеліс.

Сонымен, бөлшектердің тербеліс периодына тең уақытта ортаның бұзылуы қашықтыққа таралады. Бұл қашықтық деп аталады толқын ұзындығы.Бөлшектің тербелісі бөлшектің тербелісімен бірдей болады, келесі бөлшектің тербелісі бөлшектің тербелісімен бірдей болады және т.б.. Тербеліс, өзін-өзі қашықтықта қайта шығаратын сияқты, біз деп атауға болады. тербелістің кеңістіктік периоды; уақыт кезеңімен қатар ол толқындық процестің ең маңызды сипаттамасы болып табылады. Бойлық толқында толқын ұзындығы көршілес қысулар немесе сиректеулер арасындағы қашықтыққа тең (1-сурет). Көлденең – іргелес өркештер немесе ойпаңдар арасындағы қашықтық (2-сурет). Жалпы алғанда, толқын ұзындығы бірдей тербелетін ортаның ең жақын екі бөлшектері арасындағы қашықтыққа (толқынның таралу бағыты бойынша) тең (яғни фазалар айырымы тең).

Толқындардың таралу жылдамдығы толқын ұзындығының орта бөлшектерінің тербеліс периодына қатынасы деп аталады:

Толқын жиілігі - бөлшектердің тербеліс жиілігі:

Осыдан толқын жылдамдығы, толқын ұзындығы және жиілік арасындағы байланысты аламыз:

. (1)

Дыбыс.

Дыбыс толқындары кең мағынада серпімді ортада таралатын кез келген толқындар деп аталады. Тар мағынада дыбысБұл адам құлағы арқылы қабылданатын 16 Гц-тен 20 кГц-ке дейінгі жиілік диапазонындағы дыбыс толқындары. Бұл диапазонның астында аймақ орналасқан инфрадыбыс, үстіңгі аймақ ультрадыбыстық

Негізгі дыбыс сипаттамаларына жатады көлеміЖәне биіктігі.
Дыбыс қаттылығы дыбыс толқынындағы қысымның ауытқу амплитудасымен анықталады және арнайы өлшем бірліктермен өлшенеді - децибел(дБ). Сонымен, 0 дБ дыбыс – естудің табалдырығы, 10 дБ – сағаттың тықылдауы, 50 дБ – қалыпты әңгіме, 80 дБ – айқай, 130 дБ – естудің жоғарғы шегі (деп аталатын ауырсыну шегі).

Тон гармоникалық тербелістерді орындайтын дене шығаратын дыбыс (мысалы, камертон немесе ішек). Тонның биіктігі осы тербелістердің жиілігімен анықталады: жиілік неғұрлым жоғары болса, дыбыс бізге соғұрлым жоғары болып көрінеді. Сонымен, жіпті қатайту арқылы біз оның тербелістерінің жиілігін және сәйкесінше дыбыстың биіктігін арттырамыз.

Әртүрлі ортадағы дыбыс жылдамдығы әртүрлі: орта неғұрлым серпімді болса, дыбыс соғұрлым ол арқылы жылдам таралады. Сұйықтарда дыбыс жылдамдығы газдарға қарағанда үлкен, ал қатты денелерде сұйықтарға қарағанда жоғары.
Мысалы, ауадағы дыбыс жылдамдығы шамамен 340 м/с («секундына километрдің үштен бірі» деп есте сақтау ыңғайлы)*. Суда дыбыс шамамен 1500 м/с, ал болатта шамамен 5000 м/с жылдамдықпен таралады.
байқа, бұл жиілігібарлық ортада берілген көзден шыққан дыбыс бірдей: ортаның бөлшектері дыбыс көзінің жиілігімен еріксіз тербеліс жасайды. Формула (1) бойынша, содан кейін біз бір ортадан екінші ортаға өткенде дыбыс жылдамдығымен бірге дыбыс толқынының ұзындығы өзгереді деген қорытындыға келеміз.

Суға тас лақтыру арқылы механикалық толқындардың қандай екенін елестете аласыз. Оның үстінде пайда болатын және кезектесіп жатқан ойыстар мен жоталар болып табылатын шеңберлер механикалық толқындардың мысалы болып табылады. Олардың мәні неде? Механикалық толқындар серпімді ортадағы тербелістердің таралу процесі.

Сұйық беттердегі толқындар

Мұндай механикалық толқындар сұйық бөлшектерге молекулааралық әсерлесу күштері мен ауырлық күшінің әсерінен болады. Адамдар бұл құбылысты ұзақ уақыт бойы зерттеп келеді. Ең көрнектілері – мұхит пен теңіз толқындары. Желдің жылдамдығы артқан сайын олар өзгеріп, биіктігі артады. Толқындардың пішіні де күрделене түседі. Мұхитта олар қорқынышты мөлшерге жетуі мүмкін. Күштің ең айқын мысалдарының бірі - жолындағы барлық нәрсені сыпыратын цунами.

Теңіз және мұхит толқындарының энергиясы

Жағаға жеткенде теңіз толқындары тереңдіктің күрт өзгеруімен артады. Олар кейде бірнеше метр биіктікке жетеді. Мұндай сәттерде судың үлкен массасы оның әсерінен тез жойылатын жағалаудағы кедергілерге ауысады. Серфингтің күші кейде орасан зор мәндерге жетеді.

Серпімді толқындар

Механикада олар тек сұйықтық бетіндегі тербелістерді ғана емес, сонымен қатар серпімді толқындар деп аталатындарды да зерттейді. Бұл әртүрлі ортада олардағы серпімді күштердің әсерінен таралатын бұзылулар. Мұндай бұзылу берілген орта бөлшектерінің тепе-теңдік күйінен кез келген ауытқуын білдіреді. Серпімді толқындардың айқын мысалы - бір ұшынан бір нәрсеге бекітілген ұзын арқан немесе резеңке түтік. Егер сіз оны мықтап тартсаңыз, содан кейін екінші (бекітілмеген) ұшында өткір бүйірлік қозғалыспен бұзылу жасасаңыз, оның арқанның бүкіл ұзындығы бойымен тірекке қалай «жүгіретінін» және кері шағылысқанын көруге болады.

Бастапқы бұзылу ортада толқынның пайда болуына әкеледі. Ол физикада толқын көзі деп аталатын қандай да бір бөгде дененің әрекетінен туындайды. Бұл арқанды сермеп тұрған адамның қолы немесе суға лақтырылған тас болуы мүмкін. Көздің әрекеті қысқа мерзімді болған жағдайда ортада бір толқын жиі пайда болады. «Мазалаушы» ұзын толқындар жасағанда, олар бірінен соң бірі пайда бола бастайды.

Механикалық толқындардың пайда болу шарттары

Мұндай тербеліс әрқашан бола бермейді. Олардың пайда болуының қажетті шарты қоршаған ортаның бұзылуы кезінде оған кедергі келтіретін күштердің, атап айтқанда, серпімділіктің пайда болуы болып табылады. Олар бір-бірінен алыстаған кезде көрші бөлшектерді бір-біріне жақындатады, ал бір-біріне жақындағанда оларды бір-бірінен итереді. Қозғалыс көзінен қашықтағы бөлшектерге әсер ететін серпімді күштер оларды теңестіре бастайды. Уақыт өте келе ортаның барлық бөлшектері бір тербелмелі қозғалысқа қатысады. Мұндай тербелістердің таралуы толқын болып табылады.

Серпімді ортадағы механикалық толқындар

Серпімді толқында бір уақытта қозғалыстың 2 түрі болады: бөлшектердің тербелісі және бұзылулардың таралуы. Механикалық толқын бойлық деп аталады, оның бөлшектері таралу бағыты бойынша тербеледі. Көлденең толқын - бұл орта бөлшектері таралу бағыты бойынша тербелетін толқын.

Механикалық толқындардың қасиеттері

Бойлық толқындағы бұзылулар сиректеу мен қысылуды, ал көлденең толқында ортаның кейбір қабаттарының басқаларға қатысты ығысуын (орын ауыстыруын) білдіреді. Сығымдау деформациясы серпімді күштердің пайда болуымен бірге жүреді. Бұл жағдайда ол серпімді күштердің тек қатты денелерде пайда болуымен байланысты. Газ және сұйық орталарда бұл орталардың қабаттарының жылжуы аталған күштің пайда болуымен қатар жүрмейді. Өздерінің қасиеттеріне байланысты бойлық толқындар кез келген ортада тарала алады, ал көлденең толқындар тек қатты ортада тарай алады.

Сұйықтар бетіндегі толқындардың ерекшеліктері

Сұйықтың бетіндегі толқындар бойлық та, көлденең де емес. Олардың бойлық-көлденең деп аталатын күрделі сипаты бар. Бұл жағдайда сұйық бөлшектер шеңбер бойымен немесе ұзартылған эллипстер бойымен қозғалады. сұйық бетіндегі бөлшектер, әсіресе үлкен тербелістері толқынның таралу бағытында олардың баяу, бірақ үздіксіз қозғалысымен бірге жүреді. Жағада әртүрлі теңіз өнімдерінің пайда болуына себеп болатын судағы механикалық толқындардың дәл осы қасиеттері.

Механикалық толқын жиілігі

Егер оның бөлшектерінің тербелісі серпімді ортада (сұйық, қатты, газ тәріздес) қозған болса, онда олардың арасындағы өзара әрекеттесу нәтижесінде ол u жылдамдықпен таралады. Сонымен, егер газ немесе сұйық ортада тербелмелі дене болса, онда оның қозғалысы оған жақын орналасқан барлық бөлшектерге беріле бастайды. Олар келесілерді процеске тартады және т.б. Бұл жағдайда ортаның абсолютті барлық нүктелері тербелмелі дененің жиілігіне тең бірдей жиілікте тербеле бастайды. Бұл толқынның жиілігі. Басқаша айтқанда, бұл шаманы толқын таралатын ортадағы нүктелер ретінде сипаттауға болады.

Бұл процестің қалай жүретіні бірден түсініксіз болуы мүмкін. Механикалық толқындар тербеліс қозғалысы энергиясын оның көзінен ортаның шеткі бөлігіне берумен байланысты. Бұл процесс кезінде толқын арқылы бір нүктеден екінші нүктеге ауысатын мерзімді деформациялар пайда болады. Бұл жағдайда орта бөлшектерінің өзі толқынмен бірге қозғалмайды. Олар тепе-теңдік күйіне жақын тербеледі. Сондықтан механикалық толқынның таралуы материяның бір жерден екінші орынға ауысуымен қатар жүрмейді. Механикалық толқындардың жиілігі әртүрлі. Сондықтан олар диапазондарға бөлініп, арнайы шкала жасалды. Жиілік Герцпен (Гц) өлшенеді.

Негізгі формулалар

Есептеу формулалары өте қарапайым механикалық толқындар зерттеуге қызықты объект болып табылады. Толқынның жылдамдығы (υ) - оның фронтының қозғалыс жылдамдығы (белгілі бір сәтте ортаның тербелісі жеткен барлық нүктелердің геометриялық орны):

мұндағы ρ – ортаның тығыздығы, G – серпімділік модулі.

Есептеу кезінде ортадағы механикалық толқынның жылдамдығын процеске қатысатын орта бөлшектерінің қозғалыс жылдамдығымен шатастырмау керек.Сонымен, мысалы, ауадағы дыбыс толқыны орташа тербеліс жылдамдығымен таралады. оның молекулалары 10 м/с, ал қалыпты жағдайда дыбыс толқынының жылдамдығы 330 м/с.

Толқындық фронттың әртүрлі түрлері бар, олардың ең қарапайымы:

Сфералық – газ немесе сұйық ортадағы тербелістерден туындайды. Толқынның амплитудасы көзден қашықтыққа қарай қашықтықтың квадратына кері пропорционалды түрде азаяды.

Жазық – толқынның таралу бағытына перпендикуляр болатын жазықтық. Ол, мысалы, жабық поршеньді цилиндрде тербелмелі қозғалыстарды орындаған кезде пайда болады. Жазық толқын дерлік тұрақты амплитудамен сипатталады. Оның бұзылу көзінен қашықтығымен шамалы төмендеуі газ тәрізді немесе сұйық ортаның тұтқырлық дәрежесімен байланысты.

Толқын ұзындығы

Орта бөлшектерінің тербеліс периодына тең уақыт ішінде оның фронты қозғалатын қашықтықты білдіреді:

λ = υT = υ/v = 2πυ/ ω,

Мұндағы T – тербеліс периоды, υ – толқын жылдамдығы, ω – циклдік жиілік, ν – ортадағы нүктелердің тербеліс жиілігі.

Механикалық толқынның таралу жылдамдығы толығымен ортаның қасиеттеріне байланысты болғандықтан, оның ұзындығы λ бір ортадан екіншісіне өту кезінде өзгереді. Бұл жағдайда тербеліс жиілігі ν әрқашан өзгеріссіз қалады. Механикалық және ұқсас, өйткені олардың таралуы кезінде энергия тасымалданады, бірақ зат тасымалданбайды.

Дәріс – 14. Механикалық толқындар.

2. Механикалық толқын.

3. Механикалық толқындардың көзі.

4. Толқындардың нүктелік көзі.

5. Көлденең толқын.

6. Бойлық толқын.

7. Толқынды фронт.

9. Периодтық толқындар.

10. Гармоникалық толқын.

11. Толқын ұзындығы.

12. Таралу жылдамдығы.

13. Толқын жылдамдығының ортаның қасиеттеріне тәуелділігі.

14. Гюйгенс принципі.

15. Толқындардың шағылысу және сынуы.

16. Толқындардың шағылу заңы.

17. Толқынның сыну заңы.

18. Жазық толқын теңдеуі.

19. Толқынның энергиясы мен қарқындылығы.

20. Суперпозиция принципі.

21. Когерентті тербелістер.

22. Когерентті толқындар.

23. Толқындардың интерференциясы. а) кедергінің максимум шарты, б) кедергінің минимум шарты.

24. Интерференция және энергияның сақталу заңы.

25. Толқындардың дифракциясы.

26. Гюйгенс-Френель принципі.

27. Поляризацияланған толқын.

29. Дыбыс деңгейі.

30. Дыбыс биіктігі.

31. Дыбыс тембрі.

32. УДЗ.

33. Инфрадыбыс.

34. Доплер эффектісі.

1.Толқын -Бұл кез келген физикалық шамадағы тербелістердің кеңістікте таралу процесі. Мысалы, газдардағы немесе сұйықтардағы дыбыс толқындары осы ортадағы қысым мен тығыздық ауытқуларының таралуын білдіреді. Электромагниттік толқын дегеніміз – кеңістіктегі электр магнит өрісінің күшіндегі тербелістердің таралу процесі.

Энергия мен импульс кеңістікте материяның тасымалдануы арқылы берілуі мүмкін. Кез келген қозғалыстағы дененің кинетикалық энергиясы болады. Сондықтан ол кинетикалық энергияны заттарды тасымалдау арқылы тасымалдайды. Сол дене қызған кезде кеңістікте қозғалып, жылу энергиясын тасымалдайды, материяны тасымалдайды.

Серпімді ортаның бөлшектері өзара байланысқан. Бұзушылықтар, яғни. бір бөлшектің тепе-теңдік күйінен ауытқулар көрші бөлшектерге беріледі, яғни. энергия мен импульс бір бөлшектен көрші бөлшектерге ауысады, ал әрбір бөлшек тепе-теңдік күйіне жақын қалады. Осылайша, энергия мен импульс тізбек бойымен бір бөлшектен екінші бөлшекке тасымалданады және заттың тасымалдануы болмайды.

Сонымен, толқындық процесс дегеніміз – энергия мен импульстің кеңістікте заттың тасымалданбай берілу процесі.

2. Механикалық толқын немесе серпімді толқын– серпімді ортада таралатын бұзылу (тербеліс). Механикалық толқындар таралатын серпімді орта – ауа, су, ағаш, металдар және басқа серпімді заттар. Серпімді толқындар дыбыс толқындары деп аталады.

3. Механикалық толқындардың көзі- серпімді ортада болған кезде тербелмелі қозғалысты орындайтын дене, мысалы, тербелмелі камертондар, ішектер, дауыс сымдары.

4. Нүктелік толқын көзі –толқын өтетін қашықтықпен салыстырғанда өлшемін ескермеуге болатын толқын көзі.

5. Көлденең толқын –ортаның бөлшектері толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта тербелетін толқын. Мысалы, су бетіндегі толқындар көлденең толқындар, өйткені су бөлшектерінің тербелісі су бетінің бағытына перпендикуляр бағытта пайда болады, ал толқын су беті бойымен таралады. Көлденең толқын сымның бойымен таралады, оның бір ұшы бекітілген, екіншісі тік жазықтықта тербеледі.

Көлденең толқын әртүрлі орталар арасындағы интерфейс бойымен ғана тарай алады.

6. Бойлық толқын –толқынның таралу бағытында тербелістер болатын толқын. Ұзын бұрандалы серіппеде бойлық толқын пайда болады, егер бір ұшы серіппе бойымен бағытталған мерзімді бұзылуларға ұшыраса. Серіппе бойымен өтетін серпімді толқын қысу мен ұзартудың таралу тізбегін білдіреді (Cурет 88)

Бойлық толқын тек серпімді ортаның ішінде, мысалы, ауада, суда тарай алады. Қатты денелерде және сұйықтарда көлденең және бойлық толқындар бір уақытта тарай алады, өйткені қатты және сұйық әрқашан бетпен шектеледі - екі орта арасындағы интерфейс. Мысалы, егер болат өзек ұшы балғамен соғылса, онда серпімді деформация тарай бастайды. Таяқшаның бетімен көлденең толқын өтеді, ал оның ішінде бойлық толқын (ортаның қысылуы және сирекленуі) таралады (89-сурет).

7. Толқындық фронт (толқын беті)– бірдей фазаларда тербелетін нүктелердің геометриялық орны. Толқындық бетінде қарастырылып отырған уақыт моментіндегі тербелмелі нүктелердің фазалары бірдей мәнге ие болады. Егер сіз тыныш көлге тас лақтырсаңыз, онда шеңбер түріндегі көлденең толқындар көлдің құлаған жерінен, орталығы тас құлаған жерде болады. Бұл мысалда толқын фронты шеңбер болып табылады.

Сфералық толқында толқын фронты шар болып табылады. Мұндай толқындар нүктелік көздерден туындайды.

Көзден өте үлкен қашықтықта фронттың қисаюын елемеуге болады және толқындық фронтты тегіс деп санауға болады. Бұл жағдайда толқын жазықтық деп аталады.

8. Арқалық – түзутолқын бетіне нормаль сызық. Сфералық толқында сәулелер толқындар көзі орналасқан орталықтан шарлардың радиустары бойынша бағытталады (90-сурет).

Жазық толқында сәулелер алдыңғы бетке перпендикуляр бағытталған (91-сурет).

9. Периодты толқындар.Толқындар туралы айтқанда, біз кеңістікте таралатын жалғыз бұзылуды білдірдік.

Егер толқындар көзі үздіксіз тербелістерді орындаса, онда ортада бірінен соң бірі таралатын серпімді толқындар пайда болады. Мұндай толқындар мерзімді деп аталады.

10. Гармоникалық толқын– гармоникалық тербелістер нәтижесінде пайда болатын толқын. Егер толқын көзі гармоникалық тербелістерді орындаса, онда гармоникалық толқындар – гармоникалық заң бойынша бөлшектер тербелетін толқындар пайда болады.

11. Толқын ұзындығы.Гармоникалық толқын OX осі бойымен таралсын, ал ондағы тербелістер OY осі бағытында пайда болсын. Бұл толқын көлденең және синустық толқын ретінде бейнеленуі мүмкін (92-сурет).

Мұндай толқынды сымның бос ұшының тік жазықтығында тербеліс туғызу арқылы алуға болады.

Толқын ұзындығы - ең жақын екі нүкте арасындағы қашықтық А және В,бірдей фазаларда тербеледі (92-сурет).

12. Толқындардың таралу жылдамдығы– кеңістіктегі тербелістердің таралу жылдамдығына сандық түрде тең физикалық шама. Суреттен. 92 тербеліс нүктеден нүктеге таралатын уақыт деген қорытынды шығады АНүктеге IN, яғни. қашықтықта толқын ұзындығы тербеліс периодына тең. Сондықтан толқынның таралу жылдамдығы тең

13. Толқынның таралу жылдамдығының ортаның қасиеттеріне тәуелділігі. Толқын пайда болған кездегі тербеліс жиілігі тек толқын көзінің қасиеттеріне байланысты және ортаның қасиеттеріне тәуелді емес. Толқынның таралу жылдамдығы ортаның қасиеттеріне байланысты. Сондықтан екі түрлі орта арасындағы интерфейсті кесіп өткенде толқын ұзындығы өзгереді. Толқынның жылдамдығы ортаның атомдары мен молекулалары арасындағы байланысқа байланысты. Сұйықтар мен қатты денелердегі атомдар мен молекулалар арасындағы байланыс газдарға қарағанда әлдеқайда тығыз. Сондықтан сұйықтар мен қатты денелердегі дыбыс толқындарының жылдамдығы газдарға қарағанда әлдеқайда үлкен. Ауада қалыпты жағдайда дыбыс жылдамдығы 340, суда 1500, болатта 6000.

Газдардағы молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы температураның төмендеуімен азаяды және нәтижесінде газдардағы толқынның таралу жылдамдығы төмендейді. Тығызырақ, демек, инерттірек ортада толқын жылдамдығы төмен болады. Егер дыбыс ауада таралса, оның жылдамдығы ауаның тығыздығына байланысты. Ауа тығыздығы жоғары болған жерде дыбыс жылдамдығы аз болады. Және керісінше, ауа тығыздығы аз жерде дыбыс жылдамдығы жоғары болады. Нәтижесінде дыбыс тараған кезде толқындық фронт бұзылады. Батпақ үстінде немесе көл үстінде, әсіресе кешкі уақытта су буының әсерінен жер бетіне жақын ауаның тығыздығы белгілі бір биіктіктен жоғары болады. Сондықтан су бетіне жақын жерде дыбыс жылдамдығы белгілі биіктікке қарағанда аз. Соның нәтижесінде толқын фронты алдыңғы жағының жоғарғы бөлігі көл бетіне қарай көбірек иілетіндей етіп бұрылады. Көл бетімен таралатын толқынның энергиясы мен көл бетіне бұрыш жасап жүрген толқынның энергиясы қосылатыны белгілі болды. Сондықтан кешке дыбыс көл бойымен жақсы таралады. Қарсы жағада тұрып тыныш әңгіменің өзі де естіледі.

14. Гюйгенс принципі– берілген сәтте толқын жеткен беттегі әрбір нүкте екінші реттік толқындардың көзі болып табылады. Барлық екінші реттік толқындардың фронттарына беттік жанама сызу арқылы біз толқын фронтын уақыттың келесі сәтінде аламыз.

Мысалы, бір нүктеден су беті бойымен таралатын толқынды қарастырайық ТУРАЛЫ(Cурет 93) Уақыт моментінде болсын талдыңғы жағында радиусы бар шеңбердің пішіні болды Рнүктесінде орталықтандырылған ТУРАЛЫ. Уақыттың келесі сәтінде әрбір қайталама толқынның радиусы шеңбері тәрізді фронты болады, мұнда В– толқынның таралу жылдамдығы. Екінші реттік толқындардың фронттарына беттік жанама сыза отырып, уақыт моментіндегі толқындық фронтты аламыз (93-сурет)

Егер толқын үздіксіз ортада таралатын болса, онда толқын фронты шар болады.

15. Толқындардың шағылысу және сынуы.Екі түрлі ортаның интерфейсіне толқын түскенде, бұл беттің әрбір нүктесі Гюйгенс принципі бойынша беттің екі жағында таралатын екінші реттік толқындардың көзіне айналады. Сондықтан екі ортаның арасындағы интерфейсті кесіп өткенде толқын ішінара шағылысып, ішінара осы бет арқылы өтеді. Өйткені Бұқаралық ақпарат құралдары әртүрлі болғандықтан, олардағы толқындардың жылдамдығы да әртүрлі. Сондықтан, екі орта арасындағы интерфейсті кесіп өткенде, толқынның таралу бағыты өзгереді, яғни. толқынның сынуы пайда болады. Гюйгенс принципі негізінде шағылу және сыну процесі мен заңдарын қарастырайық.

16. Толқындардың шағылысу заңы. Жазық толқын екі түрлі орта арасындағы жазық интерфейске түссін. Екі сәуленің арасындағы аумақты таңдап алайық және (94-сурет)

Түсу бұрышы - түскен сәуле мен түсу нүктесіндегі интерфейске перпендикуляр арасындағы бұрыш.

Шағылу бұрышы - шағылған сәуле мен түсу нүктесіндегі интерфейске перпендикуляр арасындағы бұрыш.

Сәуле нүктедегі интерфейске жеткен кезде бұл нүкте екінші толқындардың көзіне айналады. Толқын фронты осы сәтте түзу сызық сегментімен белгіленген AC(Cурет 94). Демек, осы сәтте сәуле әлі де интерфейске баратын жолмен жүруі керек NE. Сәуле осы жолмен уақытында жүрсін. Түскен және шағылған сәулелер интерфейстің бір жағында таралады, сондықтан олардың жылдамдықтары бірдей және тең. В.Содан кейін.

Уақыт ішінде нүктеден екінші реттік толқын Ажолмен жүреді. Сондықтан. Тікбұрышты үшбұрыштар тең, себебі... - жалпы гипотенуза және аяқ. Үшбұрыштардың теңдігінен бұрыштардың теңдігі шығады . Бірақ сонымен бірге, яғни. .

Енді толқынның шағылысу заңын тұжырымдаймыз: түскен сәуле, шағылысқан сәуле , екі ортаның арасындағы интерфейске перпендикуляр, түсу нүктесінде қалпына келтірілген, олар бір жазықтықта жатады; түсу бұрышы шағылу бұрышына тең.

17. Толқынның сыну заңы. Жазық толқын екі орта арасындағы жазық интерфейс арқылы өтсін. Оның үстінетүсу бұрышы нөлден өзгеше (95-сурет).

Сыну бұрышы деп сынған сәуле мен түсу нүктесінде қалпына келтірілген перпендикуляр шекара арасындағы бұрышты айтады.

1 және 2 ортадағы толқындардың таралу жылдамдығын да белгілейік. Сәуле нүктедегі интерфейске жеткен кезде. А, бұл нүкте екінші ортада - сәуледе таралатын толқындардың көзіне айналады, ал сәуле әлі де беттің бетіне өтуі керек. Сәуленің жүруіне кететін уақыт болсын NE,Содан кейін. Сол уақытта екінші ортада сәуле жол бойымен жүреді. Өйткені , содан кейін және .

Ортақ гипотенузасы бар үшбұрыштар мен тіктөртбұрыштар, және =, қабырғалары өзара перпендикуляр бұрыштар сияқты. Бұрыштар үшін және біз келесі теңдіктерді жазамыз

.

Осыны ескере отырып, , аламыз

Енді толқынның сыну заңын тұжырымдаймыз: Түсу нүктесінде қалпына келтірілген түскен сәуле, сынған сәуле және екі орта арасындағы интерфейске перпендикуляр бір жазықтықта жатады; түсу бұрышы синусының сыну бұрышының синусына қатынасы берілген екі орта үшін тұрақты шама болып табылады және берілген екі орта үшін салыстырмалы сыну көрсеткіші деп аталады.

18. Жазық толқын теңдеуі.Қашықтықта орналасқан ортаның бөлшектері Столқындар көзінен толқын оған жеткенде ғана тербеле бастайды. Егер Втолқынның таралу жылдамдығы болса, онда тербелістер уақыт кідірісімен басталады

Егер толқындар көзі гармоникалық заң бойынша тербелсе, онда қашықтықта орналасқан бөлшек үшін Скөзінен тербеліс заңын түрінде жазамыз

.

Мәнді енгізейік , толқын саны деп аталады. Ол ұзындық бірліктеріне тең қашықтықта қанша толқын ұзындығы сәйкес келетінін көрсетеді. Енді қашықтықта орналасқан орта бөлшектерінің тербеліс заңы Скөзден біз пішінде жазамыз

.

Бұл теңдеу толқын көзінен уақыт пен қашықтыққа байланысты тербелмелі нүктенің орын ауыстыруын анықтайды және жазық толқын теңдеуі деп аталады.

19. Толқынның энергиясы мен қарқындылығы. Толқын жеткен әрбір бөлшек дірілдейді, сондықтан энергиясы болады. Серпімді ортаның белгілі бір көлемінде амплитудасы бар толқын таралсын Ажәне циклдік жиілік. Бұл осы көлемдегі орташа тербеліс энергиясы тең екенін білдіреді

Қайда м –ортаның бөлінген көлемінің массасы.

Орташа энергия тығыздығы (көлемдегі орташа) ортаның көлем бірлігіне келетін толқындық энергия болып табылады

, мұндағы ортаның тығыздығы.

Толқынның қарқындылығы– толқынның таралу бағытына перпендикуляр жазықтықтың бірлік ауданы арқылы уақыт бірлігінде толқын беретін энергияға сандық түрде тең физикалық шама (толқын фронтының бірлік ауданы арқылы), яғни.

.

Толқынның орташа қуаты - бұл толқынның ауданы бар бет арқылы уақыт бірлігінде тасымалдайтын орташа жалпы энергия С. Толқынның қарқындылығын ауданға көбейту арқылы орташа толқын қуатын аламыз С

20.Суперпозиция (қабаттасу) принципі.Егер екі немесе одан да көп көздерден шыққан толқындар серпімді ортада таралса, онда бақылаулар көрсеткендей, толқындар бір-біріне мүлдем әсер етпестен бір-бірінен өтеді. Басқаша айтқанда, толқындар бір-бірімен әсерлеспейді. Бұл серпімді деформация шегінде бір бағыттағы сығылу және созылу басқа бағыттағы серпімділік қасиеттеріне ешқандай әсер етпейтіндігімен түсіндіріледі.

Осылайша, екі немесе одан да көп толқындар келетін ортадағы әрбір нүкте әрбір толқын тудыратын тербелістерге қатысады. Бұл жағдайда ортаның кез келген уақыттағы бір бөлігінің орын ауыстыруы әрбір тербелмелі процестерден туындаған орын ауыстырулардың геометриялық қосындысына тең болады. Бұл тербелістердің суперпозициясы немесе суперпозициясы принципінің мәні.

Тербелістерді қосу нәтижесі туындайтын тербелмелі процестердің амплитудасына, жиілігіне және фазалар айырмашылығына байланысты.

21. Когерентті тербелістер –бірдей жиіліктегі және уақыт бойынша тұрақты фазалар айырмашылығы бар тербелістер.

22.Когерентті толқындар– кеңістіктің берілген нүктесінде фазалар айырымы уақыт бойынша тұрақты болып қалатын жиілігі бірдей немесе толқын ұзындығы бірдей толқындар.

23.Толқындық интерференция– екі немесе одан да көп когерентті толқындар қабаттасқан кезде пайда болатын толқын амплитудасының ұлғаюы немесе азаюы құбылысы.

A) . Интерференцияның максималды шарттары.Екі когерентті көзден келетін толқындар бір нүктеде кездессін А(Cурет 96).

Орташа бөлшектердің нүктедегі орын ауыстырулары А, әрбір толқынның тудырғанын бөлек, толқын теңдеуіне сәйкес түрінде жазамыз

қайда және , , - нүктедегі толқындар тудыратын тербелістердің амплитудасы мен фазасы А, және нүктенің қашықтықтары, - бұл қашықтықтардың айырмашылығы немесе толқындардың жүруінің айырмашылығы.

Толқындардың жүруінің айырмашылығына байланысты бірінші толқынмен салыстырғанда екінші толқын кешіктіріледі. Бұл бірінші толқындағы тербеліс фазасы екінші толқындағы тербеліс фазасынан озып кеткенін білдіреді, яғни. . Олардың фазалық айырмашылығы уақыт өте тұрақты болып қалады.

Нүктеге жету үшін Абөлшектер максималды амплитудамен тербеледі, екі толқынның шыңдары немесе олардың шұңқырлары нүктеге жетуі керек Абір мезгілде бірдей фазаларда немесе тең фазалар айырмасымен, мұндағы n –бүтін сан, және - синус пен косинус функцияларының периоды,

Сондықтан мұнда интерференция максимумының шартын түрінде жазамыз

Бүтін сан қайда.

Сонымен, когерентті толқындар қабаттасқан кезде, толқын жолдарындағы айырмашылық толқын ұзындығының бүтін санына тең болса, нәтижесінде тербелістің амплитудасы максималды болады.

б) Интерференцияның минималды шарты. Нүктедегі алынған тербелістің амплитудасы АЕгер екі когерентті толқынның шыңы мен ойығы осы нүктеге бір уақытта келсе, ол минималды болады. Бұл антифазада осы нүктеге жүз толқын келетінін білдіреді, яғни. олардың фазалар айырмасы немесе тең , мұндағы бүтін сан.

Алгебралық түрлендірулерді орындау арқылы интерференцияның минималды шартын аламыз:

Осылайша, екі когерентті толқындар қабаттасқан кездегі тербеліс амплитудасы, егер толқын жолдарының айырмашылығы жарты толқындардың тақ санына тең болса, минималды болады.

24. Интерференция және энергияның сақталу заңы.Толқындар интерференциялық минимумдар орындарында интерференция жасағанда, пайда болатын тербелістердің энергиясы кедергі жасайтын толқындардың энергиясынан аз болады. Бірақ интерференция максимумдарының орындарында пайда болатын тербелістердің энергиясы интерференциялық толқындардың энергияларының қосындысынан, интерференция минимумдары орындарындағы энергияның азайған шамасына дейін артады.

Толқындар кедергі жасағанда тербеліс энергиясы кеңістікте қайта бөлінеді, бірақ сақталу заңы қатаң сақталады.

25.Толқын дифракциясы– толқынның кедергіні айналып иілу құбылысы, т.б. түзу сызықты толқынның таралуынан ауытқу.

Дифракция әсіресе кедергінің өлшемі толқын ұзындығынан кіші немесе онымен салыстырылатын кезде байқалады. Жазық толқынның таралу жолында диаметрі толқын ұзындығымен салыстырылатын тесігі бар экран болсын (97-сурет).

Гюйгенс принципі бойынша тесіктің әрбір нүктесі бірдей толқындардың көзіне айналады. Шұңқырдың көлемі соншалықты кішкентай, екінші реттік толқындардың барлық көздері бір-біріне жақын орналасқандықтан, олардың барлығын бір нүкте – екінші реттік толқындардың бір көзі деп санауға болады.

Егер толқынның жолына өлшемі толқын ұзындығымен салыстырылатын кедергі қойылса, онда Гюйгенс принципі бойынша шеттер екінші реттік толқындардың көзіне айналады. Бірақ кедергінің мөлшері соншалықты кішкентай, оның шеттерін сәйкес деп санауға болады, яғни. кедергінің өзі қайталама толқындардың нүктелік көзі болып табылады (97-сурет).

Су бетінде толқындар тараған кезде дифракция құбылысы оңай байқалады. Толқын жіңішке, қозғалмайтын таяқшаға жеткенде, ол толқындардың көзіне айналады (99-сурет).

25. Гюйгенс-Френель принципі.Егер тесіктің өлшемдері толқын ұзындығынан айтарлықтай асып кетсе, онда тесік арқылы өтетін толқын түзу сызықта таралады (100-сурет).

Егер кедергінің өлшемі толқын ұзындығынан айтарлықтай асып кетсе, онда кедергінің артында көлеңкелі аймақ пайда болады (101-сурет). Бұл тәжірибелер Гюйгенс принципіне қайшы келеді. Француз физигі Френель Гюйгенс принципін екінші реттік толқындардың когеренттігі идеясымен толықтырды. Толқын келген әрбір нүкте бірдей толқындардың көзіне айналады, яғни. екіншілік когерентті толқындар. Демек, толқындар интерференциялық минимум шарттары екінші реттік толқындар үшін орындалатын жерлерде ғана болмайды.

26. Поляризацияланған толқын– барлық бөлшектер бір жазықтықта тербелетін көлденең толқын. Егер сымның бос ұшы бір жазықтықта тербелсе, онда сым бойымен жазық поляризацияланған толқын таралады. Егер сымның бос ұшы әртүрлі бағытта тербелсе, онда сым бойымен таралатын толқын поляризацияланбайды. Егер поляризацияланбаған толқынның жолына тар саңылау түріндегі кедергі қойылса, онда саңылаудан өткеннен кейін толқын поляризацияланады, өйткені ұясы сымның тербелістерін оның бойымен өткізуге мүмкіндік береді.

Егер біріншіге параллель поляризацияланған толқынның жолына екінші саңылау қойылса, онда толқын ол арқылы еркін өтеді (102-сурет).

Егер екінші саңылау біріншіге тік бұрышта орналасса, онда өгіздің таралуы тоқтайды. Белгілі бір жазықтықта болатын тербелістерді таңдайтын құрылғы поляризатор (бірінші саңылау) деп аталады. Поляризация жазықтығын анықтайтын құрылғы анализатор деп аталады.

27.Дыбыс -Бұл серпімді ортада, мысалы, газда, сұйықта немесе металдарда сығылудың және сиректендірудің таралу процесі. Сығылу мен сиректендірудің таралуы молекулалардың соқтығысуы нәтижесінде пайда болады.

28. Дыбыс деңгейіБұл дыбыс қысымының әсерінен пайда болатын адам құлағының құлақ қалқанындағы дыбыс толқынының күші.

Дыбыс қысымы – Бұл дыбыс толқыны тараған кезде газда немесе сұйықтықта пайда болатын қосымша қысым.Дыбыс қысымы дыбыс көзінің тербеліс амплитудасына байланысты. Жеңіл соққымен тюнинг форк дыбысын шығарсақ, біз бірдей дыбысты аламыз. Бірақ, егер тюнинг шанышқы қаттырақ соғылса, оның тербелістерінің амплитудасы артып, қаттырақ естіледі. Осылайша, дыбыстың қаттылығы дыбыс көзінің тербеліс амплитудасымен анықталады, яғни. дыбыс қысымының ауытқуының амплитудасы.

29. Дыбыс биіктігітербеліс жиілігімен анықталады. Дыбыс жиілігі неғұрлым жоғары болса, дыбыс соғұрлым жоғары болады.

Гармониялық заң бойынша пайда болатын дыбыс тербелісі музыкалық тон ретінде қабылданады. Әдетте дыбыс күрделі дыбыс болып табылады, ол жиіліктері ұқсас тербелістердің жиынтығы.

Күрделі дыбыстың негізгі үні – берілген дыбыстың жиіліктер жиынындағы ең төменгі жиілікке сәйкес келетін тон. Күрделі дыбыстың басқа жиіліктеріне сәйкес келетін тондар овертондар деп аталады.

30. Дыбыс тембрі. Негізгі реңктері бірдей дыбыстар тембр бойынша ерекшеленеді, ол обертондар жиынтығымен анықталады.

Әр адамның өзіне тән тембрі болады. Сондықтан біз әрқашан бір адамның дауысын екінші адамның дауысынан, тіпті олардың негізгі реңктері бірдей болса да ажырата аламыз.

31.Ультрадыбыстық. Адамның құлағы жиілігі 20 Гц-тен 20 000 Гц-ке дейінгі дыбыстарды қабылдайды.

Жиілігі 20 000 Гц-тен жоғары дыбыстар ультрадыбыс деп аталады. Ультрадыбыстар тар сәулелер түрінде таралады және сонар мен ақауларды анықтауда қолданылады. Ультрадыбыспен теңіз түбінің тереңдігін анықтауға және әртүрлі бөліктердегі ақауларды анықтауға болады.

Мысалы, рельсте жарықтар болмаса, рельстің бір шетінен шығарылған, оның екінші ұшынан шағылысқан ультрадыбыстық бір ғана жаңғырық береді. Егер жарықтар болса, онда ультрадыбыстық жарықтардан шағылысады және аспаптар бірнеше жаңғырықты жазады. Ультрадыбыстық суасты қайықтары мен балықтардың үйірмелерін анықтау үшін қолданылады. Жарғанат ультрадыбысты пайдаланып ғарышта шарлайды.

32. Инфрадыбыс– жиілігі 20 Гц-тен төмен дыбыс. Бұл дыбыстарды кейбір жануарлар қабылдайды. Олардың көзі көбінесе жер сілкінісі кезінде жер қыртысының тербелісі болып табылады.

33. Доплер эффектісіқабылданатын толқын жиілігінің толқындар көзінің немесе қабылдаушысының қозғалысына тәуелділігі болып табылады.

Қайық көл бетінде тұрсын және толқындар белгілі бір жиілікпен оның бүйіріне соқсын. Егер қайық толқынның таралу бағытына қарсы қозғала бастаса, онда қайықтың бүйіріне соғылған толқындардың жиілігі артады. Оның үстіне қайықтың жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым бүйірге соғылған толқындардың жиілігі артады. Керісінше, қайық толқынның таралу бағытында қозғалғанда, соғу жиілігі азаяды. Бұл тұжырымдарды суреттен оңай түсінуге болады. 103.

Қарсы келе жатқан көлік қозғалысының жылдамдығы неғұрлым жоғары болса, соғұрлым ең жақын екі жотаның арасындағы қашықтықты жабуға аз уақыт жұмсалады, т.б. толқынның периоды неғұрлым қысқа болса және қайыққа қатысты толқынның жиілігі соғұрлым көп болады.

Егер бақылаушы қозғалыссыз болса, бірақ толқындардың көзі қозғалса, онда бақылаушы қабылдайтын толқынның жиілігі көздің қозғалысына байланысты.

Бақылаушыға қарай тайыз көлді кесіп өтсін. Ол аяғын суға салған сайын бұл жерден толқындар шеңбер болып таралады. Ал бірінші және соңғы толқындар арасындағы қашықтық азайған сайын, яғни. Қысқарақ қашықтықта жоталар мен ойпаттардың көбірек саны төселеді. Демек, бөртпе қай бағытта жүріп келе жатқан стационарлық бақылаушы үшін жиілік артады. Және керісінше, үлкенірек қашықтықта диаметральді қарама-қарсы нүктеде орналасқан стационарлық бақылаушы үшін қырлар мен шұңқырлардың саны бірдей болады. Демек, бұл бақылаушы үшін жиілік төмендейді (Cурет 104).