Toʻlqinlar bizni hamma joyda oʻrab oladi, chunki biz harakat va tovush dunyosida yashaymiz. To'lqin jarayonining tabiati, to'lqin jarayonlari nazariyasining mohiyati nimada? Keling, buni tajribalar misolida ko'rib chiqaylik.
Fizikadagi toʻlqinlar tushunchasi
Ko'pgina jarayonlar uchun umumiy tushuncha - bu tovush mavjudligi. Ta'rifga ko'ra, tovush havo yoki eshitish organlari tomonidan qabul qilinadigan boshqa vosita tomonidan yaratilgan tez tebranish harakatlarining natijasidir. Ushbu ta'rifni bilib, biz "to'lqin jarayoni" tushunchasini ko'rib chiqishga kirishamiz. Bu hodisani vizual ko‘rib chiqish imkonini beruvchi bir qator tajribalar mavjud.
Fizikada oʻrganilayotgan toʻlqin jarayonlarini ovoz paychalaridan foydalanganda radiotoʻlqinlar, tovush toʻlqinlari, siqish toʻlqinlari koʻrinishida kuzatish mumkin. Ular havo orqali tarqaladi.
Tushunchani vizual tarzda aniqlash uchun koʻlmakka tosh tashlang va effektlarning tarqalishini tavsiflang. Bu tortishish to'lqiniga misol. Bu suyuqlikning ko'tarilishi va tushishi tufayli yuzaga keladi.
Akustika
"Akustika" deb nomlangan butun bo'lim fizikada tovush xususiyatlarini o'rganishga bag'ishlangan. Keling, u nimani tavsiflashini ko'rib chiqaylik. Keling, narsalarga e'tibor qarataylik vaHammasi hali aniq bo'lmagan jarayonlar, hali hal qilinishini kutayotgan muammolar haqida.
Akustika, fizikaning boshqa sohalari kabi, haligacha ochilmagan sirlarga ega. Ular hali ochilishi kerak. Keling, akustikadagi to'lqin jarayonini ko'rib chiqaylik.
Ovoz
Bu tushuncha muhit zarralari tomonidan ishlab chiqariladigan tebranish harakatlarining mavjudligi bilan bog'liq. Ovoz - bu to'lqinlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq bo'lgan tebranish jarayonlari. Siqilish va siyraklanish muhitida hosil bo'lish jarayonida to'lqin jarayoni sodir bo'ladi.
To'lqin uzunligi ko'rsatkichlari tebranish jarayonlari sodir bo'ladigan muhitning tabiatiga bog'liq. Tabiatda yuzaga keladigan deyarli barcha hodisalar atrof-muhitda tarqaladigan tovush tebranishlari va tovush to'lqinlarining mavjudligi bilan bog'liq.
Tabiatdagi toʻlqin jarayonini aniqlashga misollar
Bu harakatlar toʻlqin jarayoni hodisasi haqida maʼlumot berishi mumkin. Yuqori chastotali tovush toʻlqinlari minglab kilometr masofani bosib oʻtishi mumkin, masalan, vulqon otilishi.
Zilzilada kuchli akustik va geoakustik tebranishlar yuzaga keladi, ularni maxsus ovoz qabul qiluvchilar qayd etishi mumkin.
Suv ostidagi zilzila paytida qiziqarli va dahshatli hodisa ro'y beradi - tsunami, bu elementlarning kuchli er osti yoki suv ostida namoyon bo'lishi paytida paydo bo'lgan ulkan to'lqin.
Akustika tufayli siz tsunami yaqinlashayotgani haqida ma'lumot olishingiz mumkin. Ushbu hodisalarning aksariyati uzoq vaqtdan beri ma'lum. Ammo hozirgacha fizikaning ba'zi tushunchalaridiqqat bilan o'rganishni talab qiladi. Shu sababli, hali ochilmagan sirlarni o'rganish uchun tovush to'lqinlari yordamga keladi.
Tektonika nazariyasi
XVIII asrda "halokat gipotezasi" tug'ildi. O'sha paytda "element" va "regularlik" tushunchalari bir-biriga bog'lanmagan edi. Keyin ular okean tubining yoshi quruqlikdan ancha yosh ekanligini va bu sirt doimiy ravishda yangilanib turishini aniqladilar.
Mana shu vaqtda, yerga yangicha qarash tufayli, aqldan ozgan gipoteza yer mantiyasi harakatlanishi va falakning suzishini bildiruvchi "Litosfera plitalari tektonikasi" nazariyasiga aylandi. Bunday jarayon abadiy muzning harakatiga o'xshaydi.
Ta'riflangan jarayonni tushunish uchun stereotiplar va odatiy qarashlardan xalos bo'lish, borliqning boshqa turlarini amalga oshirish muhimdir.
Fandagi keyingi yutuqlar
Yerdagi geologik hayotning o'z vaqti va materiya holati mavjud. Ilm o'xshashlikni qayta tiklashga muvaffaq bo'ldi. Okean tubi doimiy ravishda harakatlanib, yorilishlar va tizma hosil bo'lishiga olib keladi, chunki yer tubidan yer yuzasiga yangi moddalar ko'tariladi va asta-sekin soviydi.
Bu vaqtda quruqlikda litosferaning ulkan plitalari yer mantiyasi yuzasida - qit'alar va dengiz tubini olib yuruvchi yerning yuqori tosh qobig'ida suzib yurganda jarayonlar sodir bo'ladi.
Bunday plitalar soni oʻnga yaqin. Mantiya notinch, shuning uchun litosfera plitalari harakatlana boshlaydi. Laboratoriya sharoitida bu jarayon ajoyib tajribaga ega.
Tabiatda u geologik ofat tahdid soladi- zilzila. Litosfera plitalari harakatining sababi er qa'rida sodir bo'ladigan global konveksiya jarayonlaridir. Qovurish natijasida tsunami bo'ladi.
Yaponiya
Yerning boshqa seysmik xavfli hududlari orasida Yaponiya alohida oʻrin tutadi, bu orollar zanjiri “yongʻin kamari” deb ataladi.
Yer gumbazining nafasini yaqindan kuzatib, yaqinlashib kelayotgan falokatni bashorat qilish mumkin. Tebranish jarayonlarini o'rganish uchun erning qalinligida o'ta chuqur burg'ulash qurilmasi kiritildi. U 12 km chuqurlikka kirib, olimlarga yerning ichida maʼlum jinslar borligi haqida xulosa chiqarish imkonini berdi.
Elektromagnit toʻlqin tezligi 9-sinfda fizika darslarida oʻrganiladi. Bir-biridan teng masofada joylashgan og'irliklar bilan tajriba ko'rsating. Ular odatiy shakldagi bir xil buloqlar bilan bog'langan.
Agar siz birinchi og'irlikni ma'lum masofaga o'ngga siljitsangiz, ikkinchisi bir muncha vaqt o'sha holatda qoladi, lekin bahor allaqachon siqila boshlagan.
"to'lqin" atamasining ta'rifi
Bunday jarayon sodir boʻlganidan beri ikkinchi ogʻirlikni itaruvchi elastik kuch paydo boʻldi. U tezlanish oladi, bir muncha vaqt o'tgach, u tezlikni oshiradi, bu yo'nalishda harakat qiladi va ikkinchi va uchinchi og'irliklar orasidagi bahorni siqib chiqaradi. O'z navbatida, uchinchisi tezlanishni oladi, tezlasha boshlaydi, siljiydi va to'rtinchi bahorga ta'sir qiladi. Shunday qilib, jarayon tizimning barcha elementlarida amalga oshiriladi.
Bu holda ikkinchi yukning bo`ylab siljishivaqt birinchisidan kechroq sodir bo'ladi. Ta'sir har doim sababdan orqada qoladi.
Shuningdek, ikkinchi yukning siljishi uchinchi yukning siljishiga olib keladi. Bu jarayon odatda o‘ngga tarqaladi.
Agar birinchi og'irlik garmonik qonun bo'yicha o'zgara boshlagan bo'lsa, u holda bu jarayon ikkinchi vaznga o'tadi, lekin kechikkan reaktsiya bilan. Shuning uchun, agar siz birinchi og'irlikni tebranish qilsangiz, vaqt o'tishi bilan kosmosda tarqaladigan tebranish olishingiz mumkin. Bu toʻlqinning taʼrifi.
Toʻlqinlarning xilma-xilligi
Atomlardan tashkil topgan moddani tasavvur qilaylik, ular:
- massaga ega - tajribada taklif qilingan og'irliklar kabi;
- kimyoviy bogʻlanishlar orqali qattiq jismni hosil qilib, bir-biriga bogʻlanadi (buloq bilan tajribada muhokama qilinganidek).
Bundan kelib chiqadiki, materiya tajribadan olingan modelga o'xshash tizimdir. U mexanik to'lqinni tarqatishi mumkin. Bu jarayon elastik kuchlarning paydo bo'lishi bilan bog'liq. Bunday to'lqinlar ko'pincha "bouncy" deb ataladi.
Elastik toʻlqinlarning ikki turi mavjud. Ularni aniqlash uchun siz uzun buloqni olishingiz, uni bir tomonga mahkamlashingiz va o'ng tomonga cho'zishingiz mumkin. Shunday qilib, siz to'lqinning tarqalish yo'nalishi bahor bo'ylab ekanligini ko'rishingiz mumkin. Muhit zarralari bir xil yo'nalishda harakatlanadi.
Bunday toʻlqinda zarracha tebranish yoʻnalishining tabiati toʻlqin tarqalish yoʻnalishiga toʻgʻri keladi. Bu tushuncha "bo'ylama to'lqin" deb ataladi.
Bahorni cho'zib, kelishiga vaqt bersangdam olish holatiga o'tkazing va keyin vertikal yo'nalishdagi pozitsiyani keskin o'zgartiring, to'lqin bahor bo'ylab tarqalib, ko'p marta aks etishi ko'rinadi.
Ammo zarrachaning tebranish yoʻnalishi endi vertikal, toʻlqin tarqalishi esa gorizontal. Bu ko'ndalang to'lqin. U faqat qattiq jismlarda bo'lishi mumkin.
Har xil turdagi elektromagnit toʻlqinlarning tezligi har xil. Bu xususiyat seysmologlar tomonidan zilzila manbalarigacha boʻlgan masofani aniqlashda muvaffaqiyatli foydalanilmoqda.
Toʻlqin tarqalayotganda zarralar boʻylab yoki boʻylab tebranadi, lekin bu moddaning oʻtishi bilan emas, balki faqat harakat bilan birga boʻladi. Demak, bu 9-sinf "Fizika" darsligida ko'rsatilgan.
Toʻlqin tenglamasining xarakteristikasi
Fizika fanidagi toʻlqin tenglamasi chiziqli giperbolik differensial tenglamaning bir turidir. U nazariy fizika bilan qamrab olingan boshqa sohalar uchun ham qo'llaniladi. Bu matematik fizika hisob-kitoblar uchun foydalanadigan tenglamalardan biridir. Xususan, tortishish to'lqinlari tasvirlangan. Jarayonlarni tavsiflash uchun ishlatiladi:
- akustikada, qoida tariqasida, chiziqli turi;
- elektrodinamikada.
Toʻlqin jarayonlari bir jinsli toʻlqin tenglamasining koʻp oʻlchovli holati uchun hisoblashda koʻrsatiladi.
Toʻlqin va belanchak oʻrtasidagi farq
Ajoyib kashfiyotlar oddiy hodisa haqida fikr yuritish natijasida yuzaga keladi. Galiley yurak urishini vaqt mezoni sifatida qabul qildi. Shunday qilib, mexanikaning asosiy qoidalaridan biri bo'lgan mayatnik tebranishlari jarayonining doimiyligi aniqlandi. Bumutlaqo faqat matematik mayatnik uchun - ideal tebranish tizimi, u bilan tavsiflanadi:
- balans holati;
- tana og'ishda uni muvozanat holatiga qaytaradigan kuch;
- tebranish sodir bo'lganda energiyaning o'tishlari.
Tizimni muvozanatdan chiqarish uchun tebranishlar yuzaga kelishi sharti zarur. Bunday holda, ma'lum bir energiya haqida xabar beriladi. Turli tebranish tizimlari har xil turdagi energiya talab qiladi.
Tebranish - bu muayyan vaqt oralig'ida tizim harakatlari yoki holatlarining doimiy takrorlanishi bilan tavsiflangan jarayon. Tebranish jarayonining yaqqol namoyon bo'lishi - tebranish mayatnikining misolidir.
Deyarli barcha tabiat hodisalarida tebranish va toʻlqin jarayonlari kuzatiladi. Toʻlqin muhitni bezovta qilish yoki holatini oʻzgartirish, kosmosda tarqalish va moddani koʻchirishga hojat qoldirmasdan energiya olib yurish funksiyalariga ega. Bu to'lqin jarayonlarining o'ziga xos xususiyati bo'lib, ular fizikada uzoq vaqt davomida o'rganilgan. Tadqiqot paytida siz toʻlqin uzunligini ajratib koʻrsatishingiz mumkin.
Ovoz to'lqinlari barcha sohalarda mavjud bo'lishi mumkin, ular faqat vakuumda mavjud emas. Elektromagnit to'lqinlar maxsus xususiyatlarga ega. Ular hamma joyda, hatto vakuumda ham mavjud bo'lishi mumkin.
Toʻlqinning energiyasi uning amplitudasiga bogʻliq. Manbadan tarqaladigan aylana to'lqin energiyani kosmosga sochadi, shuning uchun uning amplitudasi tez kamayadi.
Chiziqli toʻlqin qiziqarli xususiyatlarga ega. Shuning uchun uning energiyasi kosmosda tarqalmaydibunday to'lqinlarning amplitudasi faqat ishqalanish kuchi tufayli kamayadi.
To'lqinning tarqalish yo'nalishi nurlar - to'lqin old qismiga perpendikulyar bo'lgan chiziqlar bilan tasvirlangan.
Tushgan nur va normal nur orasidagi burchak tushish burchagidir. Oddiy va aks ettirilgan nur o'rtasida aks etish burchagi mavjud. Bu burchaklarning tengligi to‘lqinning old qismiga nisbatan to‘siqning istalgan holatida saqlanadi.
Qarama-qarshi yoʻnalishda harakatlanuvchi toʻlqinlar uchrashganda, turgan toʻlqin paydo boʻlishi mumkin.
Natijalar
Turuvchi toʻlqinning qoʻshni tugunlari orasidagi muhit zarralari bir xil fazada tebranadi. Bular to'lqin tenglamalarida belgilangan to'lqin jarayonining parametrlari. Toʻlqinlar toʻqnashganda ularning amplitudasining ortishi ham, kamayishi ham kuzatilishi mumkin.
Toʻlqin jarayonining asosiy xarakteristikalarini bilib, berilgan nuqtada hosil boʻladigan toʻlqinning amplitudasini aniqlash mumkin. Keling, birinchi va ikkinchi manbalardan to'lqin qaysi bosqichda shu nuqtaga kelishini aniqlaylik. Bundan tashqari, fazalar qarama-qarshidir.
Agar yo'l farqi yarim to'lqinlarning toq soni bo'lsa, bu nuqtada hosil bo'lgan to'lqinning amplitudasi minimal bo'ladi. Agar yo'l farqi nolga yoki to'lqin uzunliklarining butun soniga teng bo'lsa, yig'ilish nuqtasida hosil bo'lgan to'lqin amplitudasining ortishi kuzatiladi. Bu ikki manbadan toʻlqinlar qoʻshilganda interferentsiya namunasidir.
Elektromagnit to'lqinlarning chastotasi zamonaviy texnologiyada qat'iy belgilangan. Qabul qiluvchi qurilma zaif elektromagnit to'lqinlarni qayd etishi kerak. Agar siz reflektor qo'ysangiz, qabul qilgichga ko'proq to'lqin energiyasi kiradi. Reflektor tizimi maksimal darajada yaratilishi uchun o'rnatiladiqabul qiluvchi qurilmadagi signal.
Toʻlqin jarayonining oʻziga xos xususiyatlari yorugʻlik tabiati va materiya tuzilishi haqidagi zamonaviy gʻoyalar asosida yotadi. Shunday qilib, ularni 9-sinf fizika darsligida o'rganayotganda, siz mexanika sohasidagi muammolarni qanday hal qilishni muvaffaqiyatli o'rganishingiz mumkin.
