Wellen umgeben uns überall, da wir in einer Welt der Bewegung und des Klangs leben. Was ist die Natur des Wellenprozesses, was ist das Wesen der Theorie der Wellenprozesse? Sehen wir uns das anhand eines Beispiels für Experimente an.
Das Konzept der Wellen in der Physik
Ein gemeinsames Konzept für viele Prozesse ist das Vorhandensein von Schall. Laut Definition ist Schall das Ergebnis schneller Schwingungsbewegungen, die durch Luft oder andere Medien erzeugt werden, die von unseren Hörorganen wahrgenommen werden. Wenn wir diese Definition kennen, können wir damit fortfahren, das Konzept des "Wellenprozesses" zu betrachten. Es gibt eine Reihe von Experimenten, mit denen Sie dieses Phänomen visuell betrachten können.
Die untersuchten Wellenprozesse in der Physik lassen sich in Form von Radiowellen, Schallwellen, Kompressionswellen beim Einsatz der Stimmbänder beobachten. Sie verbreiten sich durch die Luft.
Um das Konzept visuell zu definieren, wirf einen Stein in eine Pfütze und charakterisiere die Ausbreitung der Effekte. Dies ist ein Beispiel für eine Gravitationswelle. Es entsteht durch das Steigen und Sinken der Flüssigkeit.
Akustik
Ein ganzer Abschnitt mit dem Titel "Akustik" ist dem Studium der Eigenschaften von Schall in der Physik gewidmet. Mal sehen, was es charakterisiert. Konzentrieren wir uns auf die Dinge undProzessen, in denen noch nicht alles klar ist, auf Probleme, die noch auf ihre Lösung warten.
Akustik hat wie andere Bereiche der Physik noch viele ungelöste Geheimnisse. Sie müssen noch geöffnet werden. Betrachten wir den Wellenprozess in der Akustik.
Ton
Dieses Konzept ist mit dem Vorhandensein von Schwingungsbewegungen verbunden, die von den Partikeln des Mediums erzeugt werden. Schall ist eine Reihe von Schwingungsprozessen, die mit dem Auftreten von Wellen verbunden sind. Beim Entstehungsprozess im Medium der Verdichtung und Verdünnung findet ein Wellenprozess statt.
Die Wellenlängenindikatoren hängen von der Art des Mediums ab, in dem Schwingungsprozesse stattfinden. Fast alle in der Natur vorkommenden Phänomene sind mit dem Vorhandensein von Schallschwingungen und Schallwellen verbunden, die sich in der Umgebung ausbreiten.
Beispiele zur Bestimmung des Wellenprozesses in der Natur
Diese Bewegungen können Aufschluss über das Phänomen des Wellenprozesses geben. Hochfrequente Schallwellen können Tausende von Kilometern zurücklegen, beispielsweise wenn ein Vulkan ausbricht.
Bei einem Erdbeben treten starke akustische und geoakustische Schwingungen auf, die von speziellen Schallempfängern registriert werden können.
Während eines Erdbebens unter Wasser ereignet sich ein interessantes und schreckliches Phänomen - ein Tsunami, eine riesige Welle, die während einer mächtigen unterirdischen oder Unterwasser-Manifestation der Elemente entstand.
Dank der Akustik können Sie Informationen erh alten, dass sich ein Tsunami nähert. Viele dieser Phänomene sind seit langem bekannt. Aber bis jetzt, einige Konzepte der Physikbedürfen eines sorgfältigen Studiums. Daher sind es Schallwellen, die zur Erforschung von Rätseln, die noch nicht gelöst wurden, zur Rettung kommen.
Theorie der Tektonik
Im 18. Jahrhundert wurde die „Katastrophenhypothese“geboren. Damals waren die Begriffe „Element“und „Regelmäßigkeit“nicht miteinander verbunden. Dann entdeckten sie, dass das Alter des Meeresbodens viel jünger ist als das des Landes, und diese Oberfläche wird ständig aktualisiert.
Es war zu dieser Zeit, dank eines neuen Blicks auf die Erde, dass aus dieser verrückten Hypothese die Theorie der "Tektonik der Lithosphärenplatten" wurde, die besagt, dass sich der Erdmantel bewegt und das Firmament schwebt. Ein solcher Vorgang ähnelt der Bewegung des ewigen Eises.
Um den beschriebenen Prozess zu verstehen, ist es wichtig, sich von Stereotypen und gewohnten Ansichten zu befreien, andere Arten des Seins zu erkennen.
Weitere Fortschritte in der Wissenschaft
Geologisches Leben auf der Erde hat seine eigene Zeit und seinen eigenen Aggregatzustand. Der Wissenschaft ist es gelungen, die Ähnlichkeit wiederherzustellen. Der Meeresboden bewegt sich ständig und verursacht Brüche und Gratbildungen, wenn neue Materie aus den Tiefen der Erde an die Oberfläche steigt und allmählich abkühlt.
In dieser Zeit finden an Land Prozesse statt, wenn kolossale Platten der Lithosphäre auf der Oberfläche des Erdmantels schwimmen - der obersten Steinhülle der Erde, die die Kontinente und den Meeresboden trägt.
Die Anzahl solcher Platten beträgt ungefähr zehn. Der Mantel ist unruhig, also beginnen sich die Lithosphärenplatten zu bewegen. Unter Laborbedingungen wirkt dieser Vorgang wie ein anmutiges Erlebnis.
In der Natur droht eine geologische Katastrophe- Erdbeben. Der Grund für die Bewegung der Lithosphärenplatten sind die globalen Konvektionsprozesse, die in den Tiefen der Erde stattfinden. Das Ergebnis des Siedens wird ein Tsunami sein.
Japan
Unter anderen seismisch gefährlichen Gebieten der Erde nimmt Japan einen besonderen Platz ein, diese Inselkette wird "Feuergürtel" genannt.
Dem Atem des Erdhimmels genau folgend, kann man die bevorstehende Katastrophe vorhersagen. Um oszillierende Prozesse zu untersuchen, wurde eine ultratiefe Bohranlage in die Tiefe der Erde eingeführt. Es drang bis in eine Tiefe von 12 km vor und erlaubte Wissenschaftlern, Rückschlüsse auf das Vorhandensein bestimmter Gesteine im Erdinneren zu ziehen.
Die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle wird im Physikunterricht der 9. Klasse untersucht. Zeigen Sie Erfahrung mit Gewichten, die sich in gleichem Abstand voneinander befinden. Sie sind durch identische Federn der üblichen Form verbunden.
Verschiebt man das erste Gewicht eine gewisse Strecke nach rechts, bleibt das zweite noch eine Weile in der gleichen Position, aber die Feder beginnt sich schon zu komprimieren.
Definition des Begriffs "Welle"
Seit einem solchen Vorgang ist eine elastische Kraft entstanden, die das zweite Gewicht drückt. Er wird beschleunigt, nach einer Weile nimmt er Geschwindigkeit auf, bewegt sich in diese Richtung und drückt die Feder zwischen dem zweiten und dritten Gewicht zusammen. Der dritte erhält wiederum Beschleunigung, beginnt zu beschleunigen, sch altet und beeinflusst die vierte Feder. Und so wird der Prozess auf allen Elementen des Systems stattfinden.
In diesem Fall die Verschiebung der zweiten Ladung entlangZeit wird später als die erste auftreten. Die Wirkung hinkt der Ursache immer hinterher.
Außerdem zieht die Verschiebung der zweiten Ladung die Verschiebung der dritten nach sich. Dieser Prozess breitet sich tendenziell nach rechts aus.
Wenn das erste Gewicht gemäß dem harmonischen Gesetz zu schwanken begann, dann wird dieser Vorgang auf das zweite Gewicht übergreifen, jedoch mit einer verzögerten Reaktion. Wenn Sie also das erste Gewicht zum Schwingen bringen, können Sie eine Schwingung erh alten, die sich mit der Zeit im Raum ausbreitet. Dies ist die Definition einer Welle.
Wellenarten
Stellen wir uns eine Substanz vor, die aus Atomen besteht, sie sind:
- Masse haben - wie die im Experiment vorgeschlagenen Gewichte;
- verbinden sich miteinander und bilden durch chemische Bindungen einen festen Körper (wie im Experiment mit einer Feder besprochen).
Daraus folgt, dass Materie ein System ist, das einem Erfahrungsmodell ähnelt. Es kann eine mechanische Welle ausbreiten. Dieser Vorgang ist mit der Entstehung elastischer Kräfte verbunden. Solche Wellen werden oft als "federnd" bezeichnet.
Es gibt zwei Arten von elastischen Wellen. Um sie zu bestimmen, können Sie eine lange Feder nehmen, sie auf einer Seite befestigen und nach rechts strecken. Sie können also sehen, dass die Ausbreitungsrichtung der Welle entlang der Quelle verläuft. Die Teilchen des Mediums bewegen sich in die gleiche Richtung.
In einer solchen Welle stimmt die Richtung der Teilchenschwingung mit der Richtung der Wellenausbreitung überein. Dieses Konzept wird "Längswelle" genannt.
Wenn du die Feder dehnst und ihr Zeit gibst zu kommenin einen Ruhezustand zu versetzen und dann die Position in vertikaler Richtung scharf zu ändern, sieht man, dass sich die Welle entlang der Feder ausbreitet und viele Male reflektiert wird.
Aber die Teilchenschwingungsrichtung ist jetzt vertikal und die Wellenausbreitung horizontal. Das ist eine Transversalwelle. Es kann nur in Festkörpern existieren.
Die Geschwindigkeit elektromagnetischer Wellen unterschiedlicher Art ist unterschiedlich. Diese Eigenschaft wird von Seismologen erfolgreich genutzt, um die Entfernung zu Erdbebenquellen zu bestimmen.
Wenn sich eine Welle ausbreitet, schwingen Teilchen entlang oder quer, aber dies ist nicht mit einer Übertragung von Materie verbunden, sondern nur mit Bewegung. So steht es im Lehrbuch "Physik" Klasse 9.
Charakterisierung der Wellengleichung
Die Wellengleichung in der Physik ist eine Art lineare hyperbolische Differentialgleichung. Es wird auch für andere Bereiche der Theoretischen Physik verwendet. Dies ist eine der Gleichungen, die die mathematische Physik für Berechnungen verwendet. Insbesondere werden Gravitationswellen beschrieben. Wird verwendet, um Prozesse zu beschreiben:
- in der Akustik in der Regel linearer Typ;
- in der Elektrodynamik.
Wellenprozesse werden in der Berechnung für den mehrdimensionalen Fall einer homogenen Wellengleichung dargestellt.
Der Unterschied zwischen einer Welle und einer Schaukel
Bemerkenswerte Entdeckungen entstehen, wenn man über ein gewöhnliches Phänomen nachdenkt. Galileo nahm den Schlag seines Herzens als Maßstab für die Zeit. So wurde die Konstanz des Prozesses der Pendelschwingungen entdeckt - eine der Hauptbestimmungen der Mechanik. Esabsolut nur für ein mathematisches Pendel - ein ideales Schwingungssystem, das gekennzeichnet ist durch:
- Gleichgewichtsposition;
- Kraft, die den Körper bei Abweichungen in seine Gleichgewichtslage zurückführt;
- Energieübergänge bei Schwankungen.
Um das System aus dem Gleichgewicht zu bringen, ist die Bedingung für das Auftreten von Schwingungen notwendig. Dabei wird eine bestimmte Energie gemeldet. Unterschiedliche Schwingungssysteme benötigen unterschiedliche Energiearten.
Oszillation ist ein Vorgang, der durch eine ständige Wiederholung von Bewegungen oder Zuständen des Systems in bestimmten Zeiträumen gekennzeichnet ist. Eine anschauliche Demonstration des Schwingungsvorgangs ist das Beispiel eines schwingenden Pendels.
Schwingungs- und Wellenprozesse werden bei fast allen natürlichen Phänomenen beobachtet. Wellen haben die Funktion, den Zustand des Mediums zu stören oder zu verändern, sich im Raum auszubreiten und Energie zu transportieren, ohne dass Materie übertragen werden muss. Dies ist eine charakteristische Eigenschaft von Wellenprozessen, die in der Physik seit langem untersucht werden. Bei der Recherche können Sie die Wellenlänge hervorheben.
Schallwellen können in allen Sphären existieren, sie existieren nicht nur im Vakuum. Elektromagnetische Wellen haben besondere Eigenschaften. Sie können überall existieren, sogar in einem Vakuum.
Die Energie einer Welle hängt von ihrer Amplitude ab. Die kreisförmige Welle, die sich von der Quelle ausbreitet, streut Energie im Raum, sodass ihre Amplitude schnell abnimmt.
Eine lineare Welle hat interessante Eigenschaften. Seine Energie wird daher nicht im Raum dissipiertdie Amplitude solcher Wellen nimmt nur aufgrund der Reibungskraft ab.
Die Richtung der Wellenausbreitung wird durch Strahlen dargestellt - Linien, die senkrecht zur Wellenfront stehen.
Der Winkel zwischen dem einfallenden Strahl und der Normalen ist der Einfallswinkel. Zwischen dem senkrechten und dem reflektierten Strahl liegt der Reflexionswinkel. Die Gleichheit dieser Winkel bleibt bei jeder Position des Hindernisses relativ zur Wellenfront erh alten.
Wenn sich gegenläufige Wellen treffen, kann sich eine stehende Welle bilden.
Ergebnisse
Partikel des Mediums zwischen benachbarten Knoten einer stehenden Welle schwingen in der gleichen Phase. Das sind die in den Wellengleichungen festgelegten Parameter des Wellenprozesses. Wenn sich Wellen treffen, können sowohl Zunahmen als auch Abnahmen ihrer Amplituden beobachtet werden.
Wenn man die Hauptmerkmale des Wellenprozesses kennt, ist es möglich, die Amplitude der resultierenden Welle an einem bestimmten Punkt zu bestimmen. Lassen Sie uns bestimmen, in welcher Phase die Welle von der ersten und zweiten Quelle an diesem Punkt ankommen wird. Außerdem sind die Phasen entgegengesetzt.
Beträgt der Gangunterschied eine ungerade Anzahl von Halbwellen, so ist die Amplitude der resultierenden Welle an dieser Stelle minimal. Wenn der Gangunterschied gleich Null oder einer ganzzahligen Anzahl von Wellenlängen ist, wird am Treffpunkt eine Zunahme der Amplitude der resultierenden Welle beobachtet. Dies ist ein Interferenzmuster, wenn Wellen von zwei Quellen addiert werden.
Die Frequenz elektromagnetischer Wellen ist in der modernen Technik festgelegt. Das Empfangsgerät muss schwache elektromagnetische Wellen registrieren. Wenn Sie einen Reflektor einsetzen, gelangt mehr Wellenenergie in den Empfänger. Das Reflektorsystem ist so installiert, dass es das Maximum schafftSignal auf dem Empfangsgerät.
Eigenschaften des Wellenprozesses liegen modernen Vorstellungen über die Natur des Lichts und die Struktur der Materie zugrunde. Wenn Sie sie also in einem Physiklehrbuch der 9. Klasse studieren, können Sie erfolgreich lernen, Probleme aus dem Bereich der Mechanik zu lösen.
