Jy kan jou voorstel wat meganiese golwe is deur 'n klip in die water te gooi. Die sirkels wat daarop verskyn en afwisselende trôe en rante is, is 'n voorbeeld van meganiese golwe. Wat is hul essensie? Meganiese golwe is die proses van vibrasievoortplanting in elastiese media.
Golwe op vloeibare oppervlaktes
Sulke meganiese golwe bestaan as gevolg van die invloed van intermolekulêre kragte en swaartekrag op die deeltjies van 'n vloeistof. Mense bestudeer hierdie verskynsel al lank. Die opvallendste is die see- en seegolwe. Soos die windspoed toeneem, verander hulle en hul hoogte neem toe. Die vorm van die golwe self word ook meer ingewikkeld. In die see kan hulle skrikwekkende afmetings bereik. Een van die duidelikste voorbeelde van geweld is die tsoenami wat alles in sy pad wegvee.
Energie van see- en seegolwe
Wanneer jy die kus bereik, neem seegolwe toe met 'n skerp verandering in diepte. Hulle bereik soms 'n hoogte van 'n paar meter. Op sulke oomblikke word die kinetiese energie van 'n kolossale watermassa na kushindernisse oorgedra, wat vinnig onder die invloed daarvan vernietig word. Die sterkte van die branders bereik soms grootse waardes.
Elastiese golwe
In meganika word nie net vibrasies op die oppervlak van 'n vloeistof bestudeer nie, maar ook die sogenaamde elastiese golwe. Dit is versteurings wat in verskillende media voortplant onder die werking van elastiese kragte daarin. So 'n versteuring is enige afwyking van die deeltjies van 'n gegewe medium vanaf die ewewigsposisie. 'n Goeie voorbeeld van elastiese golwe is 'n lang tou of rubberbuis wat aan die een kant aan iets vasgemaak is. As jy dit styf trek, en dan 'n steuring by sy tweede (onvaste) punt skep met 'n laterale skerp beweging, kan jy sien hoe dit oor die hele lengte van die tou tot by die stut “loop” en teruggekaats word.
Bron van meganiese golwe
Die aanvanklike versteuring lei tot die voorkoms van 'n golf in die medium. Dit word veroorsaak deur die werking van een of ander vreemde liggaam, wat in fisika die bron van die golf genoem word. Dit kan die hand wees van 'n persoon wat 'n tou swaai, of 'n klippie wat in die water gegooi word. In die geval wanneer die werking van die bron van korte duur is, verskyn 'n eensame golf dikwels in die medium. Wanneer die "versteurer" lang ossillerende bewegings maak, begin golwe een na die ander verskyn.
Voorwaardes vir die voorkoms van meganiese golwe
Hierdie soort ossillasie word nie altyd gevorm nie. 'N Noodsaaklike voorwaarde vir hul voorkoms is die voorkoms op die oomblik van versteuring van die medium van kragte wat dit verhoed, veral elastisiteit. Hulle is geneig om naburige deeltjies nader aan mekaar te bring wanneer hulle uitmekaar beweeg, en stoot hulle weg van mekaar wanneer hulle mekaar nader. Elastiese kragte wat inwerk op ver vanbron van versteuring van die deeltjie, begin om hulle uit balans te bring. Met verloop van tyd is alle deeltjies van die medium betrokke by een ossillerende beweging. Die voortplanting van sulke ossillasies is die golf.
Meganiese golwe in 'n elastiese medium
In 'n elastiese golf is daar 2 soorte beweging gelyktydig: deeltjie-ossillasies en versteuringsvoortplanting. 'n Longitudinale golf is 'n meganiese golf waarvan die deeltjies in die rigting van sy voortplanting ossilleer. 'n Dwarsgolf is 'n golf waarvan die medium deeltjies oor die rigting van sy voortplanting ossilleer.
Eienskappe van meganiese golwe
Perturbasies in 'n longitudinale golf is rafaksie en kompressie, en in 'n transversale golf is dit verskuiwings (verplasings) van sommige lae van die medium relatief tot ander. Die kompressie vervorming gaan gepaard met die voorkoms van elastiese kragte. In hierdie geval word skuifvervorming geassosieer met die voorkoms van elastiese kragte uitsluitlik in vaste stowwe. In gasvormige en vloeibare media gaan die verskuiwing van die lae van hierdie media nie gepaard met die voorkoms van die genoemde krag nie. As gevolg van hul eienskappe kan longitudinale golwe in enige media voortplant, terwyl dwarsgolwe slegs in vaste stowwe kan voortplant.
Kenmerke van golwe op die oppervlak van vloeistowwe
Golwe op die oppervlak van 'n vloeistof is nie longitudinaal nóg dwars nie. Hulle het 'n meer komplekse, sogenaamde longitudinaal-dwars karakter. In hierdie geval beweeg die vloeistofdeeltjies in 'n sirkel of langs langwerpige ellipse. Die sirkelbewegings van deeltjies op die oppervlak van 'n vloeistof, en veral tydens groot ossillasies, gaan gepaard met hul stadige maar aaneenlopendebeweeg in die rigting van golfvoortplanting. Dit is hierdie eienskappe van meganiese golwe in die water wat die voorkoms van verskeie seekos op die kus veroorsaak.
Meganiese golffrekwensie
As in 'n elastiese medium (vloeibaar, solied, gasvormig) vibrasie van sy deeltjies opgewek word, sal dit as gevolg van die interaksie tussen hulle teen 'n spoed u voortplant. Dus, as 'n ossillerende liggaam in 'n gasvormige of vloeibare medium is, sal sy beweging begin om oorgedra te word na alle deeltjies aangrensend daaraan. Hulle sal die volgende by die proses betrek en so meer. In hierdie geval sal absoluut alle punte van die medium met dieselfde frekwensie begin ossilleer, gelyk aan die frekwensie van die ossillerende liggaam. Dit is die frekwensie van die golf. Met ander woorde, hierdie waarde kan gekenmerk word as die ossillasiefrekwensie van punte in die medium waar die golf voortplant.
Dit is dalk nie onmiddellik duidelik hoe hierdie proses plaasvind nie. Meganiese golwe word geassosieer met die oordrag van energie van ossillerende beweging vanaf die bron na die omtrek van die medium. As gevolg hiervan ontstaan sogenaamde periodieke vervormings wat deur die golf van een punt na 'n ander gedra word. In hierdie geval beweeg die deeltjies van die medium self nie saam met die golf nie. Hulle ossilleer naby hul ewewigsposisie. Dit is hoekom die voortplanting van 'n meganiese golf nie gepaard gaan met die oordrag van materie van een plek na 'n ander nie. Meganiese golwe het verskillende frekwensies. Daarom is hulle in reekse verdeel en 'n spesiale skaal geskep. Frekwensie word gemeet in hertz (Hz).
Basiese Formules
Meganiese golwe, waarvan die berekeningsformules redelik eenvoudig is, is 'n interessante voorwerp om te bestudeer. Die golfspoed (υ) is die spoed van sy voorste beweging (die lokus van alle punte waarheen die ossillasie van die medium op die oomblik bereik het):
υ=√G/ ρ, waar ρ die digtheid van die medium is, G die elastisiteitsmodulus is.
Wanneer jy bereken, moenie die spoed van 'n meganiese golf in 'n medium verwar met die spoed van beweging van deeltjies van die medium wat by die golfproses betrokke is nie. So, byvoorbeeld, 'n klankgolf in lug voortplant met 'n gemiddelde vibrasiespoed van sy molekules van 10 m/s, terwyl die spoed van 'n klankgolf onder normale toestande 330 m/s is.
Golffront kom in baie vorms voor, waarvan die eenvoudigste is:
• Sferies - veroorsaak deur fluktuasies in 'n gasvormige of vloeibare medium. In hierdie geval neem die amplitude van die golf af met afstand vanaf die bron in omgekeerde verhouding tot die kwadraat van die afstand.
• Plat - is 'n vlak wat loodreg is op die rigting van golfvoortplanting. Dit kom byvoorbeeld in 'n geslote suiersilinder voor wanneer dit ossilleer. 'n Vlakgolf word gekenmerk deur 'n byna konstante amplitude. Die effense afname met die afstand vanaf die bron van versteuring word geassosieer met die graad van viskositeit van die gasvormige of vloeibare medium.
golflengte
Onder die golflengte word die afstand verstaan waaroor sy voorkant sal beweeg in die tyd watis gelyk aan die periode van ossillasie van die deeltjies van die medium:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, waar T die ossillasieperiode is, υ die golfspoed is, ω die sikliese frekwensie is, ν die ossillasiefrekwensie van die mediumpunte is.
Aangesien die voortplantingspoed van 'n meganiese golf heeltemal afhanklik is van die eienskappe van die medium, verander sy lengte λ tydens die oorgang van een medium na 'n ander. In hierdie geval bly die ossillasiefrekwensie ν altyd dieselfde. Meganiese en elektromagnetiese golwe is soortgelyk deurdat wanneer hulle voortplant, energie oorgedra word, maar geen materie word oorgedra nie.
