что такое упругие волны
Упругие волны
Упру́гие во́лны (звуковые волны) — волны, распространяющиеся в жидких, твёрдых и газообразных средах за счёт действия упругих сил.
Содержание
Классификация
В зависимости от частоты различают инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые упругие волны.
В жидких и газообразных средах может распространяться только один тип упругих волн — продольные волны. В волне этого типа движение частиц осуществляется в направлении распространения волны.
В твёрдых телах существуют касательные напряжения, что приводит к существованию других типов волн, в которых движение частиц осуществляется по более сложным траекториям.
Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, называют сейсмическими волнами.
Упругие волны в твёрдых телах
Наиболее распространёнными типами упругих волн в твёрдых телах являются:
Практическое применение
Упругие волны широко используются:
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Упругие волны» в других словарях:
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах, напр. волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звук. и ультразвук. волны в жидкостях, газах и тв. телах. При распространении У. в. в среде возникают… … Физическая энциклопедия
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — (см. (4)), распространяющиеся в среде, которая обладает (см.). Они возникают при колебаниях твёрдых тел, взрывах, землетрясениях и т. п. Скорость их распространения зависит от величины (см.) … Большая политехническая энциклопедия
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — УПРУГИЕ ВОЛНЫ, механические возмущения, распространяющиеся в упругой (твердой, жидкой или газообразной) среде. Возникают при колебаниях твердых тел, взрывах, землетрясениях; звук также является упругой волной … Современная энциклопедия
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — механические возмущения, распространяющиеся в упругой (твердой, жидкой или газообразной) среде. Возникают при колебаниях твердых тел, взрывах, землетрясениях; звук также является упругой волной … Большой Энциклопедический словарь
Упругие волны — – механические возмущения, распространяющиеся в упругой (твердой, жидкой или газообразной) среде; возникают при колебаниях твердых тел, взрывах, землетрясениях. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство»… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
упругие волны — механические возмущения, распространяющиеся в упругой (твёрдой, жидкой или газообразной) среде. Возникают при колебаниях твердых тел, взрывах, землетрясениях; звук также является упругой волной. * * * УПРУГИЕ ВОЛНЫ УПРУГИЕ ВОЛНЫ, механические… … Энциклопедический словарь
Упругие волны — упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Например, Волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях и газах и др. При распространении У. в. происходит… … Большая советская энциклопедия
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — механич. возмущения (деформации), распространяющиеся в среде, к рая обладает упругостью. Жидкости и газы обладают объёмной упругостью и не обладают упругостью формы. В них могут образовываться только продольные волны разрежения сжатия, в к рых… … Большой энциклопедический политехнический словарь
УПРУГИЕ ВОЛНЫ — механич. возмущения (деформации), распространяющиеся в тв., жидкой или газообразной среде. В жидкостях и газах, не обладающих упругостью формы, могут образовываться только продольные волны разрежения сжатия, в к рых частицы среды колеблются вдоль … Естествознание. Энциклопедический словарь
Упругие волны (механические волны).
Возмущения, распространяющиеся в пространстве, удаляясь от места их возникновения, называют волнами.
Упругие волны — это возмущения, распространяющиеся в твердой, жидкой и газообразной средах благодаря действию в них сил упругости.
Сами эти среды называют упругими. Возмущение упругой среды — это любое отклонение частиц этой среды от своего положения равновесия.
Возьмем, например, длинную веревку (или резиновую трубку) и прикрепим один из ее концов к стене. Туго натянув веревку, резким боковым движением руки создадим на ее незакрепленном конце кратковременное возмущение. Мы увидим, что это возмущение побежит вдоль веревки и, дойдя до стены, отразится назад.
Начальное возмущение среды, приводящее к появлению в ней волны, вызывается действием в ней какого-нибудь инородного тела, которое называют источником волны. Это может быть рука человека, ударившего по веревке, камешек, упавший в воду, и т. д. Если действие источника носит кратковременный характер, то в среде возникает так называемая одиночная волна. Если же источник волны совершает длительное колебательное движение, то волны в среде начинают идти одна за другой. Подобную картину можно увидеть, поместив над ванной с водой вибрирующую пластину, имеющую наконечник, опущенный в воду.
Необходимым условием возникновения упругой волны является появление в момент возникновения возмущения сил упругости, препятствующих этому возмущению. Эти силы стремятся сблизить соседние частицы среды, если они расходятся, и отдалить их, когда они сближаются. Действуя на все более удаленные от источника частицы среды, силы упругости начинают выводить их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды одна за другой вовлекаются в колебательное движение. Распространение этих колебаний и проявляется в виде волны.
В любой упругой среде одновременно существуют два вида движения: колебания частиц среды и распространение возмущения. Волна, в которой частицы среды колеблются вдоль направления ее распространения, называется продольной, а волна, в которой частицы среды колеблются поперек направления ее распространения, называется поперечной.
Продольная волна.
Волна, в которой колебания происходят вдоль направления распространения волны, называется продольной.
В упругой продольной волне возмущения представляют собой сжатия и разрежения среды. Деформация сжатия сопровождается возникновением сил упругости в любой среде. Поэтому продольные волны могут распространяться во всех средах (и в жидких, и в твердых, и в газообразных).
Пример распространения продольной упругой волны изображен на рисунке а и б выше. По левому концу длинной пружины, подвешенной на нитях, ударяют рукой. От удара несколько витков сближаются, возникает сила упругости, под действием которой эти витки начинают расходиться. Продолжая движение по инерции, они будут продолжать расходиться, минуя положение равновесия и образуя в этом месте разрежение (рисунок б). При ритмичном воздействии витки на конце пружины будут то сближаться, то отходить друг от друга, т. е. колебаться возле своего положения равновесия. Эти колебания постепенно передадутся от витка к витку вдоль всей пружины. По пружине распространятся сгущения и разрежения витков, или упругая волна.
Волны, в которых колебания происходят перпендикулярно направлению их распространения, называются поперечными. В поперечной упругой волне возмущения представляют собой смещения (сдвиги) одних слоев среды относительно других.
Деформация сдвига приводит к появлению сил упругости только в твердых телах: сдвиг слоев в газах и жидкостях возникновением сил упругости не сопровождается. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердых телах.
Плоская волна — это волна, у которой направление распространения одинаково во всех точках пространства.
В такой волне амплитуда не меняется со временем (по мере удаления от источника). Получить такую волну можно, если большую пластину, находящуюся в сплошной однородной упругой среде, заставить колебаться перпендикулярно плоскости. Тогда все точки среды, примыкающей к пластине, будут колебаться с одинаковыми амплитудами и одинаковыми фазами. Распространяться эти колебания будут в виде воли в направлении нормали к пластине, причем все частицы среды, лежащие в плоскостях, параллельных пластине, будут колебаться с одинаковыми фазами.
Геометрическое место точек, в которых фаза колебаний имеет одно и то же значение, называется волновой поверхностью, или фронтом волны.
С этой точки зрения плоской волне можно дать и следующее определение:
Волна называется плоской, если ее волновые поверхности представляют совокупность плоскостей, параллельных друг другу.
Линия, нормальная к волновой поверхности, называется лучом. Вдоль лучей происходит перенос энергии волны. Для плоских волн лучи — это параллельные прямые.
Уравнение плоской синусоидальной волны имеет вид:
где s — смещение колеблющейся точки, sm — амплитуда колебаний, ω — циклическая частота, t — время, х — текущая координата, v — скорость распространения колебаний или скорость волны, φ0 — начальная фаза колебаний.
Сферической называется волна, волновые поверхности которой имеют вид концентрических сфер. Центр этих сфер называется центром волны.
Лучи в такой волне направлены вдоль радиусов, расходящихся от центра волны. На рисунке источником волны является пульсирующая сфера.
Амплитуда колебаний частиц в сферической волне обязательно убывает по мере удаления от источника. Энергия, излучаемая источником, равномерно распределяется по поверхности сферы, радиус которой непрерывно увеличивается по мере распространения волны. Уравнение сферической волны имеет вид:
.
Упругие волны и упругая среда в физике, какие волны являются упругими
Содержание:
Расположенное в упругой среде тело, или само являющееся таковой, деформируется под воздействием колебательных движений. Процесс распространения в ней колебательного движения называется волной. В жизни такие процессы проявляются в виде вибраций и звуков. Рассмотрим, какие волны являются упругими, как они классифицируются. Разберёмся, чем отличаются, где, при каких условиях возникают.
Теория
Смещения элементарных частиц пропорциональны силе удара, если она небольшая, не оставляет после себя невозвратных деформаций – вмятин.
Упругие (механические) волны распространяются только в линейной среде. Вызывающее их тело называется источником волн либо колебаний. При таких движениях масса вещества остаётся статичной, ведь атомы колеблются возле своих стационарных мест, как и в состоянии покоя, но с большей амплитудой. Среднее их положение остаётся неизменным.
Виды колебаний
При продольном распространении волн (в газах и жидкостях распространяются только они) шары смещаются вдоль цепочек, пружины при этом то растягиваются, то сжимаются, передавая механическое усилие от одного элемента к другому. Продольные волны распространяются быстрее иных, первыми регистрируются сейсмографами, их до возникновения землетрясения чувствуют животные. Называются волнами сжатия, потому что газы с жидкостями при этом локально незначительно разрежаются или уплотняются. Процесс присущ и твёрдым телам, но в незначительных масштабах, которыми преимущественно пренебрегают.
Звуки – продольные волны.
Поперечные волны возникают, когда шары под действием внешних сил начинают смещаться перпендикулярно пружинкам – образуется сдвиг или деформация сдвига. Распространяются только в твёрдых предметах, газам и жидкостям не присущи. Пример – бегущая по струнам волна.
Поверхностные колебания – комбинация двух предыдущих, встречаются вдоль и поперёк направления распространения волны.
Также волны разделяют на бегущие – переносят энергию и стоячие – появляются вследствие встречи пары бегущих волн, энергию не переносят.
Расскажите, какие волны называются упругими, какие их виды существуют.
Укажите, какие из приведенных ниже волн являются упругими:
В каких средах распространяются механические волны?
Продольные волны являются волнами…
Упругие волны
Упругие волны — процесс распространения в упругой среде механических деформаций. Различают два вида упругих волн — продольные и поперечные.
Продольными называются волны, в которых колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны. Упругие продольные волны связаны с объемной деформацией упругой среды и поэтому могут возникать в любых средах — твердых, жидких и газообразных.
Поперечными называются такие волны, в которых колебания частиц среды происходят в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны. Упругие поперечные волны могут распространяться лишь в средах, обладающих упругой деформацией сдвига, т.е. в твердых телах. Исключением из этого являются высокочастотные (n
10 10 Гц) гиперзвуковые волны, возбуждаемые в жидкостях, которые (см. § 10.2) при таких частотах ведут себя как твердые тела, и поверхностные волны, возникающие на границе раздела двух жидких или жидкой и газообразной фаз.
Найдем уравнение гармонической одномерной упругой волны называемой часто бегущей волной.
Пусть источник волн S колеблется в упругой среде по гармоническому закону
 Рис. 22.1 |
,
где x – смещение от положения равновесия в момент времени t.
Колебания в точке M, отстоящей от источника на расстояние x (рис. 22.1), совершаются по закону 
.
где 
— время, в течение которого волновой фронт достигает точки M.
Таким образом,  . | (22.1) |
Это и есть уравнение бегущей волны. Здесь x — смещение от положения равновесия в точке пространства с координатой x в момент времени t.
Длиной волны называется расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющейся в одинаковой фазе. Длина волны численно равна пути, который проходит передний фронт волны за время, равное периоду колебаний
.
Преобразуем выражение для фазы волны следующим образом:
.
Тогда уравнение волны можно представить в виде
 . | (22.2) |
Уравнения (22.1) и (22.2) эквивалентны.
Продифференцируем уравнение (22.1) дважды по координате x и по времени t:
 ;  ; | (22.3) |
 ;  ; | (22.4) |
Из (22.3) и (22.4) следует
 . | (22.5) |
Дифференциальное уравнение (22.5) называется волновым уравнением. Решением этого уравнения может быть любая волна с произвольной формой фронта.
Вопросы § 28
Физика А.В. Перышкин
1.Что называется волнами?
Волнами называются возмущения, распространяющиеся в пространстве и удаляющиеся от места их возникновения.
2. В чём заключается основное свойство бегущих волн любой природы? Происходит ли в бегущей волне перенос вещества?
В бегущей волне любой природы происходит перенос энергии без переноса вещества.
3. Что такое упругие волны?
Упругие волны — это механические волны распространяющиеся в упругой среде.
4. Приведите пример волн, не относящихся к упругим.
Электромагнитные волны, волны на поверхности воды.
5. Какие волны называются продольными; поперечными? Приведите примеры
Продольными волнами называются такие волны, в которых колебания частиц происходят вдоль направления их распространения, например, колебания витков в пружине, звуковые (акустические) волны.
Перечными волнами называются такие волны, в которых колебания частиц происходят перпендикулярно направлению их распространения, например, волны на поверхности воды, электромагнитные волны.
6. Какие волны — поперечные или продольные — являются волнами сдвига; волнами сжатия и разрежения?
Волнами сдвига являются поперечные волны. Волнами сжатия и растяжения являются продольные волны.
7. Почему поперечные волны не распространяются в жидких и газообразных средах?
Упругие поперечные волны могут распространятся только в твердой среде. Упругие продольные волны могут распространятся в твердой, жидкой или газообразной среде.
В жидкой и газообразных средах не возникают упругие силы при сдвиге.