Механические волны (ЕГЭ-ОГЭ)

Материал ОГЭ/ЕГЭ

Экспертиза РАН

Проводится экспертиза
Российской Академией Наук

Подробнее

Механи́ческие во́лны — волны, представляющие собой колебание материи и передающая энергию через материальную среду.

Волны могут перемещаться на значительные расстояния, однако перемещения материальной среды на эти расстояния не происходит, другими словами, колеблющаяся материя не не удаляется от своего начального положения равновесия далеко. Механические волны могут возникать только в средах, обладающих упругостью (эластичностью) и инерцией. Существует три типа механических волн: поперечные волны, продольные волны и поверхностные волны.

Примеры: волны на воде, звуковые волны, сейсмические волны.

Механические волны переносят энергию в направлении распространения волны. Для создания механической волны, как и любой другой, требуется начальная энергия. Механические волны распространяются до тех пор, пока вся начальная энергия не израсходуется на диссипацию в материальной среде (в отсутствие внешней вынуждающей силы). Этим механические волны отличаются от, например, электромагнитных, которым для распространения среда не требуется.

Виды волн

Поперечная волна

Поперечная волна - это форма волны, при которой частицы среды колеблются относительно своего среднего положения, перпендикулярного направлению движения волны.

Свет также обладает свойствами поперечной волны, хотя это электромагнитная волна.

Продольная волна

Продольные волны заставляют среду вибрировать параллельно направлению волны. Она состоит из множественных сжатий и разрежения. Разрежение - это наименьшее расстояние друг от друга в продольной волне, а сжатие - самое близкое расстояние друг от друга. Скорость продольной волны увеличивается из-за более высокого показателя преломления из-за более близкого расположения атомов в сжимаемой среде. Звук - это продольная волна.

Поверхностная волна

Этот тип волн распространяется вдоль поверхности или границы между двумя средами. Примером поверхностной волны могут быть волны в бассейне, океане, озере или любом другом типе водоема. Существует два типа поверхностных волн, а именно волны Рэлея и волны Лява.

Волны Рэлея, также известные как крен грунта, представляют собой волны, которые распространяются в виде ряби с движением, подобным движению волн на поверхности воды. Такие волны намного медленнее, чем объемные волны. Волны Рэлея теряют энергию только в двух измерениях и, следовательно, более разрушительны при землетрясениях, чем обычные объемные волны, такие как P-волны и S-волны, которые теряют энергию во всех трех направлениях.

Волна Лява — это поверхностная волна, имеющая горизонтальные волны, которые являются сдвиговыми или поперечными направлению распространения. Обычно они распространяются немного быстрее волн Рэлея, примерно на 90% от скорости объемной волны, и имеют наибольшую амплитуду.

Примеры поверхностных волн: сейсмические волны, звуковые волны, ветровые волны на морях и озерах, вибрация.

Литература

Яворский Б. М. Детлаф, А. А. Курс физики. Том III. Волновые процессы, оптика, атомная и ядерная физика. — М. : Высшая школа, 1972.
Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 томах. Том 1. Механика – М. : Лань, 2022.
Трубецков Д. И. Рожнев А. Г. Линейные колебания и волны : учебное. пособие для студентов вузов. — М. : Издательство физико-математической литературы, 2001.