Вы видите, что в ходе колебаний грузиков вверх и вниз гребень волны движется вперед. Эта модель волны может быть связана с тем, что происходит с камнем, брошенным в воду. Большая часть энергии камня передается молекулам воды в месте его падения. Они начинают колебаться вверх и вниз, как грузик на конце пружины.

Вместе с тем каждая частица связана с окружающими ее частицами силами притяжения, и поэтому эти частицы также начинают колебаться, но несколько позже. Они, в свою очередь, воздействуют на близлежащие частицы. Таким образом волна распространяется от места падения. Ясно, что это будет концентрическая волна.

Длина волны

При изучении рисунка 1 могут быть отмечены некоторые важные наблюдения. Грузики Р, Q и R находятся в фазе, поскольку все они на вершине колебания (на гребне волны), и начнут движение в одном направлении.

Расстояние между двумя последующими гребнями известно как длина волны λ.

Это также и расстояние между двумя последующими грузиками, колеблющимися в фазе. Вам будет нетрудно определить грузики, находящиеся в фазе (не только те, что находятся на гребне или во впадине), и заметить, что расстояние между любыми двумя последующими грузиками в фазе всегда одинаково и равно одной длине волны λ.

Скорость волны

По рисунку 1 вы также можете увидеть, что в течение некоторого времени грузик Р завершает одно колебание, гребень волны движется от Р к Q. Таким образом, за время Т гребень волны проходит расстояние λ, и скорость волны с определяется по формуле с = ^λ/_T. Однако T = ¹/_f следовательно, c = fλ. Такой вывод можно сделать также на основании того, что расстояние, пройденное волной за одно колебание, составляет длину волны λ.

За 1с происходит f колебаний, поэтому за 1с волна проходит расстояние fλ. Отсюда скорость с = fλ. Для любого волнового движения скорость = частотах х длина волны. Это очень важная формула.

Поперечные бегущие волны

Волна, изображенная на рисунке 1, является поперечной бегущей волной. Она называется поперечной, поскольку направление движения грузиков (частиц) перпендикулярно направлению движения волны, и бегущей, потому что гребень волны движется вперед.

Теперь вы должны понять, почему созданная в результате бросания камня в воду волна не подталкивает кораблик к берегу. Движение кораблика аналогично движению частиц воды под ним: он лишь подпрыгивает вверх-вниз. Некоторые считают, что направление движения частиц в поперечной волне должно быть вертикальным. Это не так.

Представьте волну, идущую из плоскости чертежа (рис. 2). Все направления движения, показанные стрелками, находятся в плоскости бумаги и поэтому перпендикулярны направлению движения волны. Как вы можете видеть, существует много возможных мод колебаний в поперечной волне.

Давление в поперечной волне

Когда распространяется поперечная волна (т. е. передается энергия), то частицы лишь колеблются в направлении, перпендикулярном направлению движения волны. Среднее расстояние между частицами не изменяется, поэтому число частиц на единицу объема остается постоянным и давление не меняется. Виды поперечных волн. Волны на поверхности воды - это поперечные волны.

Таковыми же являются все виды электромагнитных волн, например радиоволны, телевизионные, лазерные, инфракрасные, видимый свет, гамма-лучи и рентгеновские лучи. Когда ударяют по струнам фортепиано или натягивают струны скрипки, то по ним также начинает двигаться поперечная волна.

Продольные волны

Продольные волны образуются, когда частица колеблется вдоль направления движения волны (рис. 3). Этот процесс обычно труднее для понимания, чем в случае с поперечной волной. На рисунке 3,а показаны частицы в положении перед началом волнового движения. Частицы затем начинают колебаться таким образом, что каждая из них опережает по фазе последующую на 90°, или ^Π/₂.

На рисунке 3,б показаны положения частиц, запаздывающих на одну четверть периода ¹/₄T. Для того чтобы проще было разобраться в схеме, каждая частица нарисована отдельно от соседней. Вы видите, что по мере колебаний частиц взаиморасположение их меняется. Там, где частицы находятся близко друг от друга, давление несколько возрастает, и эти участки называются сжатиями. Там, где частицы дальше отстоят друг от друга, давление уменьшается. Эти участки называются разрежениями. Сжатия и разрежения равно расположены.

На рисунке 3,6 - д показано, что при отклонениях каждой частицы от среднего положения сжатия и разрежения передвигаются вперед. Волнообразные линии были проведены для того, чтобы показать, что при движении вперед сжатий и разрежений волна также движется вперед. Этот вид волны известен как продольная бегущая волна. Она названа продольной, потому что направление колебаний частиц одинаково с направлением движения волны, и бегущей, потому что, хотя частицы и колеблются относительно их среднего положения, сжатия и разрежения и, следовательно, волна тоже движутся вперед.

Частицы A, В, С на рисунке 3 всегда находятся в фазе. На рисунке 3,в каждая из них находится в центре сжатия, на рисунке 3,д - в центре разрежения. Таким образом, расстояние между А и В составляет одну длину волны λ. Расстояние между В и С также составляет λ, т. е. расстояние между двумя последующими сжатиями составляет одну длину волны, так же как и расстояние между двумя последующими разрежениями. На этой схеме каждая частица осуществляет одно колебание.

Продольные волны трудно наглядно показать, поэтому для этого используется обычная волнообразная линия. Обратите внимание, что сжатия и разрежения не являются гребнями и впадинами. Они находятся в средних положениях. Так же как и в случае с поперечными волнами, c = fλ, т. е. скорость = частотах длина х волны.