Распространение и отражение возмущений

Известно, что возмущение части натянутой резиновой трубки или пружины перемещается по ее длине. Когда возмущение достигает конца трубки, то оно отражается вне зависимости от того, закреплен конец трубки или свободен. На рисунке один конец резиновой трубки жестко закреплен в стене, а другой конец находится в руке.

Свободные и вынужденные колебания

Когда телу придан исходный импульс, оно начинает колебаться и колеблется после прекращения действия импульса. Частота, с которой оно колеблется, называется собственной частотой колебаний. К многочисленным примерам этого явления относятся качели с сидящим на них ребенком, которого подтолкнули лишь раз, тренировочная груша после одного удара, простой маятник и камертон после удара.

Непосредственно измерение скорости звука требует лишь двух замеров: расстояния источника от наблюдателя и времени, за которое звук покрывает это расстояние. Тогда скорость может быть подсчитана по формуле скорость = расстояние / время. В древности скорость звука измеряли, ставя пушку на одной стороне долины, а наблюдатель располагался на другой ее стороне. Замерялось расстояние между пушкой и наблюдателем.

Формы волн

Волновые формы, могут рассматриваться как продольные звуковые волны. Волны на рисунках а, б и д имеют одинаковую частоту, так же как и на рисунках в и г.

Высота звука определяется его частотой, поэтому звуки, образованные волнами на рисунках а, б и д, имеют одинаковую частоту. Длина волн на рисунках в и г равна половине длины других волн, и поэтому их частота, а следовательно, и высота удвоены. Говорят, что эти тона (ноты) на одну октаву выше остальных.

И продольные, и поперечные волны могут быть представлены определенными волновыми формами. Оба вида волн могут:

а) быть отраженными;

б) быть преломленными;

в) интерферировать;

г) дифрагировать.

Уравнение c = fλ применимо ко всем видам волн, и, таким образом, происходят повсюду. В кювете уменьшились скорость и длина волн. А что же произошло с частотой? Частота волн та же, что и частота волно-образователя, которая остается неизменной. Волны изменяют свою частоту только тогда, когда ее изменяет их источник. Вообще же когда волны переходят из одной среды в другую (в волновой кювете изменение глубины эквивалентно изменению среды), то происходит изменение скорости, но не частоты. 

Образование волновых импульсов и волн может быть продемонстрировано при помощи длинной резиновой трубки и гибкой пружины. На рисунке 1,а показан поперечный импульс, перемещающийся вдоль длинной резиновой трубки.

Он образуется резким рывком за конец в направлении, перпендикулярном длине трубки, и возвращением его в исходное положение. На рисунке 1,б и в показаны поперечные волны, образованные движением конца непрерывно из стороны в сторону.