Механические волны (ЕГЭ-ОГЭ)
Механи́ческие во́лны — это волны, образующиеся вследствие колебаний материи и переносящие энергию через материальную среду.
Хотя волны способны распространяться на значительные расстояния, частицы среды при этом не перемещаются на соответствующие дистанции: иными словами, колеблющиеся элементы материи остаются рядом со своим исходным положением равновесия. Механические волны могут возникать исключительно в средах, обладающих упругостью (эластичностью) и инерцией. Выделяют три типа механических волн: поперечные волны, продольные волны и поверхностные волны.
К примерам можно отнести волны на воде, звуковые волны и сейсмические волны.
Механические волны транспортируют энергию вдоль направления своего распространения. Для их возбуждения, как и для любой другой волны, необходим первоначальный запас энергии. Они продолжают распространяться до тех пор, пока вся начальная энергия не рассеивается в процессе диссипации в материальной среде (при отсутствии внешней вынуждающей силы). В этом механические волны отличаются от, например, электромагнитных, для которых среда не требуется.
Виды волн
Поперечная волна
Поперечная волна — тип волны, при котором частицы среды совершают колебания в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны.
При этом свет, будучи электромагнитным излучением, также проявляет свойства поперечной волны.
Продольная волна
В продольных волнах частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны. Они состоят из чередующихся областей сжатия и разрежения. Разрежение — это наибольшее расстояние между частицами среды, а сжатие — самое близкое их расположение. Скорость продольной волны повышается в средах с большим показателем преломления среды, объясняемым более плотным расположением атомов в данной сжимаемой среде. Звук — это продольная волна.
Поверхностная волна
Данный тип волн распространяется вдоль границы между двумя средами, то есть по поверхности. Визуально поверхностные волны можно наблюдать в бассейне, океане, озере или других водоёмах, хотя считать их строго поверхностными нельзя. Различают два вида поверхностных волн: волны Рэлея и волны Лява, которые могут появляться и на границах твёрдых тел и жидкостей (газов).
Волны Рэлея, или крен грунта, распространяются в виде ряби, напоминающей движение волн на поверхности воды. Они значительно медленнее объемных волн. При этом волны Рэлея теряют энергию лишь в двух измерениях и, следовательно, оказываются более разрушительными при землетрясениях, чем обычные объемные волны, такие как P-волны и S-волны, которые рассеивают энергию во всех трёх направлениях.
Волна Лява — поверхностная волна с горизонтальными колебаниями, являющимися сдвиговыми (поперечными) по отношению к направлению распространения. Обычно такие волны распространяются несколько быстрее волн Рэлея (примерно на 90% скорости объемной волны) и обладают наибольшей амплитудой.
Литература
- Яворский Б. М. Детлаф, А. А. Курс физики. Том III. Волновые процессы, оптика, атомная и ядерная физика. — Москва : Высшая школа, 1972.
- Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 томах. Том 1. Механика — Москва : Лань, 2022.
- Трубецков Д. И., Рожнев А. Г. Линейные колебания и волны : учебное. пособие для студентов вузов. — Москва : Издательство физико-математической литературы, 2001.