Mexanik toʻlqinlar nima ekanligini suvga tosh otish orqali tasavvur qilishingiz mumkin. Unda paydo bo'ladigan va o'zgaruvchan oluklar va tizmalar bo'lgan doiralar mexanik to'lqinlarga misoldir. Ularning mohiyati nimada? Mexanik to'lqinlar elastik muhitda tebranishning tarqalish jarayonidir.
Suyuqlik yuzalarida toʻlqinlar
Bunday mexanik toʻlqinlar suyuqlik zarrachalariga molekulalararo kuchlar va tortishishning taʼsiri tufayli mavjud. Odamlar bu hodisani uzoq vaqt davomida o'rganmoqdalar. Eng diqqatga sazovorlari okean va dengiz to'lqinlari. Shamol tezligi oshishi bilan ular o'zgaradi va balandligi ortadi. To'lqinlarning shakli ham murakkablashadi. Okeanda ular qo'rqinchli nisbatlarga erishishlari mumkin. Kuchning eng yorqin misollaridan biri tsunami bo'lib, u o'z yo'lidagi hamma narsani supurib tashlaydi.
Dengiz va okean toʻlqinlarining energiyasi
Sohilga yetganda dengiz toʻlqinlari chuqurlikning keskin oʻzgarishi bilan kuchayadi. Ba'zan ular bir necha metr balandlikka etadi. Bunday paytlarda ulkan suv massasining kinetik energiyasi qirg'oq to'siqlariga o'tadi, ular uning ta'siri ostida tezda yo'q qilinadi. Sörfning kuchi ba'zan ulkan qiymatlarga etadi.
Elastik toʻlqinlar
Mexanikada nafaqat suyuqlik yuzasidagi tebranishlar, balki elastik to'lqinlar deb ataladigan narsalar ham o'rganiladi. Bu turli muhitlarda ulardagi elastik kuchlar ta'sirida tarqaladigan buzilishlardir. Bunday tebranish ma'lum muhit zarralarining muvozanat holatidan har qanday og'ishidir. Elastik to'lqinlarning yaxshi namunasi - bir uchida biror narsaga biriktirilgan uzun arqon yoki kauchuk naycha. Agar siz uni qattiq tortsangiz va uning ikkinchi (tuzatilmagan) uchida lateral o'tkir harakat bilan bezovtalik yaratsangiz, uning arqonning butun uzunligi bo'ylab tayanchga qanday “yugurib” borishini va orqaga aks etishini ko'rishingiz mumkin.
Mexanik toʻlqinlar manbai
Dastlabki bezovtalanish muhitda toʻlqin paydo boʻlishiga olib keladi. Bu fizikada to'lqin manbai deb ataladigan ba'zi bir begona jismning ta'siridan kelib chiqadi. Bu arqonni silkitayotgan odamning qo'li yoki suvga tashlangan tosh bo'lishi mumkin. Manbaning ta'siri qisqa muddatli bo'lsa, muhitda ko'pincha yolg'iz to'lqin paydo bo'ladi. “Bezovta qiluvchi” uzoq tebranish harakatlarini qilganda, to‘lqinlar birin-ketin paydo bo‘la boshlaydi.
Mexanik toʻlqinlarning paydo boʻlish shartlari
Bunday tebranish har doim ham shakllanmaydi. Ularning paydo bo'lishining zaruriy sharti - bu unga to'sqinlik qiluvchi kuchlarning, xususan, egiluvchanlikning buzilishi paytida paydo bo'lishi. Ular bir-biridan uzoqlashganda qo'shni zarralarni bir-biriga yaqinlashtiradi va bir-biriga yaqinlashganda ularni bir-biridan uzoqlashtiradi. Uzoqqa ta'sir etuvchi elastik kuchlarzarrachaning bezovtalanish manbai, ularni muvozanatdan chiqarishni boshlang. Vaqt o'tishi bilan muhitning barcha zarralari bir tebranish harakatida ishtirok etadi. Bunday tebranishlarning tarqalishi to'lqindir.
Elastik muhitdagi mexanik toʻlqinlar
Elastik toʻlqinda bir vaqtning oʻzida 2 turdagi harakat mavjud: zarrachalar tebranishlari va buzilish tarqalishi. Uzunlamasına to'lqin - mexanik to'lqin, uning zarralari tarqalish yo'nalishi bo'yicha tebranadi. Ko'ndalang to'lqin - o'rta zarralari tarqalish yo'nalishi bo'ylab tebranadigan to'lqin.
Mexanik toʻlqinlarning xossalari
Bo`ylama to`lqindagi tebranishlar siyraklanish va siqilish, ko`ndalang to`lqinda esa muhitning ayrim qatlamlarining boshqalarga nisbatan siljishi (siljishi) bo`ladi. Siqilish deformatsiyasi elastik kuchlarning paydo bo'lishi bilan birga keladi. Bunday holda, kesish deformatsiyasi faqat qattiq jismlarda elastik kuchlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq. Gazsimon va suyuq muhitda bu muhitlar qatlamlarining siljishi ko'rsatilgan kuchning paydo bo'lishi bilan birga kelmaydi. Xususiyatlari tufayli bo'ylama to'lqinlar har qanday muhitda, ko'ndalang to'lqinlar esa faqat qattiq jismlarda tarqalishi mumkin.
Suyuqliklar yuzasida toʻlqinlarning xususiyatlari
Suyuqlik yuzasidagi toʻlqinlar boʻylama ham, koʻndalang ham emas. Ular yanada murakkab, uzunlamasına-ko'ndalang xarakterga ega. Bunda suyuqlik zarralari aylana bo'ylab yoki cho'zilgan ellipslar bo'ylab harakatlanadi. Suyuqlik yuzasida va ayniqsa katta tebranishlar paytida zarrachalarning aylanma harakatlari ularning sekin, lekin uzluksizligi bilan birga keladi.to'lqinlarning tarqalish yo'nalishi bo'yicha harakatlanadi. Aynan suvdagi mexanik to‘lqinlarning shu xossalari qirg‘oqda turli dengiz mahsulotlari paydo bo‘lishiga sabab bo‘ladi.
Mexanik toʻlqin chastotasi
Agar elastik muhitda (suyuq, qattiq, gazsimon) uning zarrachalarining tebranishi qoʻzgʻatilgan boʻlsa, ular orasidagi oʻzaro taʼsir tufayli u u tezlikda tarqaladi. Demak, agar tebranuvchi jism gazsimon yoki suyuq muhitda bo'lsa, u holda uning harakati unga qo'shni barcha zarrachalarga uzatila boshlaydi. Ular keyingilarni jarayonga jalb qiladilar va hokazo. Bunday holda, muhitning mutlaqo barcha nuqtalari tebranuvchi jismning chastotasiga teng bo'lgan bir xil chastotada tebranishni boshlaydi. Bu to'lqinning chastotasi. Boshqacha qilib aytganda, bu qiymat to‘lqin tarqaladigan muhitdagi nuqtalarning tebranish chastotasi sifatida tavsiflanishi mumkin.
Ushbu jarayon qanday sodir boʻlishi darhol aniq boʻlmasligi mumkin. Mexanik to'lqinlar tebranish harakati energiyasini uning manbasidan muhitning chetiga o'tkazish bilan bog'liq. Natijada, davriy deformatsiyalar paydo bo'ladi, ular to'lqin tomonidan bir nuqtadan ikkinchisiga o'tkaziladi. Bunday holda, muhit zarralari o'zlari to'lqin bilan birga harakat qilmaydi. Ular muvozanat holatiga yaqin tebranadilar. Shuning uchun mexanik to'lqinning tarqalishi materiyaning bir joydan ikkinchi joyga o'tishi bilan birga kelmaydi. Mexanik to'lqinlar turli chastotalarga ega. Shuning uchun ular diapazonlarga bo'lingan va maxsus masshtab yaratgan. Chastota gerts (Hz) da o'lchanadi.
Asosiy formulalar
Hisoblash formulalari juda oddiy boʻlgan mexanik toʻlqinlar oʻrganish uchun qiziqarli obʼyekt hisoblanadi. To'lqin tezligi (y) - bu uning oldingi harakatining tezligi (hozirgi vaqtda muhitning tebranishi erishgan barcha nuqtalarning joylashuvi):
y=√G/ r, bu yerda r - muhitning zichligi, G - elastiklik moduli.
Hisoblashda muhitdagi mexanik toʻlqin tezligini toʻlqin jarayonida ishtirok etuvchi muhit zarrachalarining harakat tezligi bilan aralashtirib yubormang. Shunday qilib, masalan, havodagi tovush to'lqini o'z molekulalarining o'rtacha tebranish tezligi 10 m/s bilan tarqaladi, normal sharoitda tovush to'lqinining tezligi esa 330 m/s.
Toʻlqin jabhasi koʻp shakllarda boʻladi, ularning eng oddiylari:
• Sferik - gazsimon yoki suyuq muhitdagi tebranishlardan kelib chiqadi. Bunday holda, to'lqinning amplitudasi manbadan masofa bilan masofa kvadratiga teskari mutanosib ravishda kamayadi.
• Yassi - toʻlqin tarqalish yoʻnalishiga perpendikulyar boʻlgan tekislik. Bu, masalan, tebranish paytida yopiq pistonli silindrda paydo bo'ladi. Tekis to'lqin deyarli doimiy amplituda bilan tavsiflanadi. Bezovtalanish manbasidan uzoqlashganda uning biroz kamayishi gaz yoki suyuq muhitning yopishqoqlik darajasi bilan bog'liq.
To'lqinbo'yi
To'lqin uzunligi ostida uning old qismi shu vaqt ichida harakatlanadigan masofa tushuniladi.muhit zarralarining tebranish davriga teng:
l=yT=y/v=2py/ ō, bu erda T - tebranish davri, y - to'lqin tezligi, ō - tsiklik chastota, n - o'rta nuqtalarning tebranish chastotasi.
Mexanik toʻlqinning tarqalish tezligi toʻliq muhit xossalariga bogʻliq boʻlganligi uchun uning uzunligi l bir muhitdan ikkinchi muhitga oʻtishda oʻzgaradi. Bunday holda, tebranish chastotasi n har doim bir xil bo'lib qoladi. Mexanik va elektromagnit to'lqinlar o'xshash bo'lib, ular tarqalganda energiya uzatiladi, lekin hech qanday materiya o'tkazilmaydi.
