Valovi nas okružuju posvuda, jer živimo u svijetu pokreta i zvuka. Koja je priroda valnog procesa, koja je bit teorije valnih procesa? Pogledajmo ovo s primjerom eksperimenata.
Koncept valova u fizici
Uobičajeni koncept za mnoge procese je prisutnost zvuka. Po definiciji, zvuk je rezultat brzih oscilatornih pokreta koje stvara zrak ili drugi medij koji percipiraju naši slušni organi. Poznavajući ovu definiciju, možemo nastaviti s razmatranjem koncepta "valnog procesa". Postoji niz eksperimenata koji vam omogućuju vizualno razmatranje ovog fenomena.
Proučavani valni procesi u fizici mogu se promatrati u obliku radio valova, zvučnih valova, valova kompresije pri korištenju glasnica. Šire se zrakom.
Da biste vizualno definirali koncept, bacite kamen u lokvicu i okarakterizirajte širenje efekata. Ovo je primjer gravitacijskog vala. Nastaje zbog porasta i pada tekućine.
Akustika
Cijeli dio pod nazivom "Akustika" posvećen je proučavanju svojstava zvuka u fizici. Pogledajmo što to karakterizira. Usredotočimo se na stvari iprocesi u kojima još nije sve jasno, o problemima koji još čekaju na rješavanje.
Akustika, kao i druge grane fizike, još uvijek ima mnogo neriješenih misterija. Oni se tek trebaju otvoriti. Razmotrimo valni proces u akustici.
Zvuk
Ovaj koncept je povezan s prisutnošću oscilatornih pokreta, koje proizvode čestice medija. Zvuk je niz oscilatornih procesa povezanih s pojavom valova. U procesu formiranja u mediju kompresije i razrjeđivanja dolazi do valnog procesa.
Indikatori valne duljine ovise o prirodi medija u kojem se odvijaju oscilatorni procesi. Gotovo sve pojave koje se događaju u prirodi povezane su s prisutnošću zvučnih vibracija i zvučnih valova koji se šire u okolišu.
Primjeri određivanja valnog procesa u prirodi
Ovi pokreti mogu informirati o fenomenu valnog procesa. Zvučni valovi visoke frekvencije mogu putovati tisućama kilometara, na primjer kada eruptira vulkan.
Kada se dogodi potres, javljaju se jake akustične i geoakustičke vibracije, koje se mogu registrirati posebnim prijemnicima zvuka.
Tijekom podvodnog potresa događa se zanimljiva i strašna pojava - tsunami, koji je ogroman val koji je nastao tijekom snažne podzemne ili podvodne manifestacije elemenata.
Zahvaljujući akustici možete dobiti informaciju da se približava tsunami. Mnogi od ovih fenomena poznati su već dugo vremena. Ali do sada, neki koncepti fizikezahtijevaju pažljivo proučavanje. Stoga, za proučavanje misterija koje još nisu riješene, u pomoć priskaču zvučni valovi.
Teorija tektonike
U 18. stoljeću rođena je "hipoteza katastrofe". U to vrijeme pojmovi "elementa" i "pravilnosti" nisu bili povezani. Zatim su otkrili da je starost oceanskog dna mnogo mlađa od kopna, a ova se površina stalno ažurira.
U to je vrijeme, zahvaljujući novom pogledu na zemlju, ta luda hipoteza prerasla u teoriju "Tektonike litosferskih ploča", koja kaže da se Zemljin omotač pomiče, a nebeski svod lebdi. Takav je proces sličan kretanju vječnog leda.
Za razumijevanje opisanog procesa važno je riješiti se stereotipa i uobičajenih pogleda, spoznati druge vrste bića.
Daljnji napredak u znanosti
Geološki život na zemlji ima svoje vrijeme i stanje materije. Znanost je uspjela ponovno stvoriti sličnost. Dno oceana se neprestano pomiče, uzrokujući puknuće i formiranje grebena dok se nova materija diže iz dubine zemlje na površinu i postupno se hladi.
U ovom trenutku na kopnu se događaju procesi kada kolosalne ploče litosfere plutaju na površini Zemljinog omotača - gornje kamene ljuske zemlje, koja nosi kontinente i morsko dno.
Broj takvih ploča je desetak. Plašt je nemiran, pa se litosferne ploče počinju pomicati. U laboratorijskim uvjetima ovaj proces izgleda kao graciozan doživljaj.
U prirodi prijeti geološkom katastrofom- potres. Razlog pomicanja litosfernih ploča su globalni konvekcijski procesi koji se događaju u dubinama zemlje. Rezultat kipljenja bit će tsunami.
Japan
Među ostalim seizmički opasnim područjima zemlje, Japan zauzima posebno mjesto, ovaj lanac otoka naziva se "pojas vatre".
Pomno prateći dah zemaljskog svoda, može se predvidjeti nadolazeća katastrofa. Za proučavanje oscilatornih procesa u debljinu zemlje uvedena je ultra-duboka bušaća platforma. Prodro je do dubine od 12 km i omogućilo znanstvenicima da izvuku zaključke o prisutnosti određenih stijena unutar Zemlje.
Brzina elektromagnetskog vala proučava se na satu fizike u 9. razredu. Pokažite iskustvo s utezima koji se nalaze na jednakoj udaljenosti jedan od drugog. Spojeni su identičnim oprugama uobičajenog oblika.
Ako prvi uteg pomaknete udesno za određenu udaljenost, drugi ostaje u istom položaju neko vrijeme, ali opruga se već počinje stiskati.
Definicija pojma "val"
Budući da se takav proces dogodio, nastala je elastična sila koja će gurnuti drugu težinu. Dobit će ubrzanje, nakon nekog vremena će povećati brzinu, krenuti u tom smjeru i stisnuti oprugu između drugog i trećeg utega. Zauzvrat, treći će dobiti ubrzanje, početi ubrzavati, pomicati i utjecati na četvrtu oprugu. I tako će se proces odvijati na svim elementima sustava.
U ovom slučaju, pomak drugog tereta uzdužvrijeme će nastupiti kasnije od prvog. Posljedica uvijek zaostaje za uzrokom.
Također, pomak drugog tereta povlači za sobom pomak trećeg. Ovaj proces ima tendenciju da se širi udesno.
Ako je prva težina počela fluktuirati prema harmonijskom zakonu, tada će se ovaj proces proširiti na drugu težinu, ali sa zakašnjelom reakcijom. Stoga, ako prvi uteg učinite da vibrira, možete dobiti oscilaciju koja će se tijekom vremena širiti u prostoru. Ovo je definicija vala.
Varieties of waves
Zamislimo tvar koja se sastoji od atoma, to su:
- imaju masu - kao utezi predloženi u eksperimentu;
- pojedinite jedno s drugim, tvoreći čvrsto tijelo putem kemijskih veza (kao što se raspravljalo u eksperimentu s oprugom).
Iz toga slijedi da je materija sustav koji nalikuje modelu iz iskustva. Može širiti mehanički val. Ovaj proces je povezan s pojavom elastičnih sila. Takvi se valovi često nazivaju "poskakivanjem".
Postoje dvije vrste elastičnih valova. Da biste ih odredili, možete uzeti dugu oprugu, popraviti je s jedne strane i rastegnuti udesno. Dakle, možete vidjeti da je smjer širenja vala duž opruge. Čestice medija kreću se u istom smjeru.
U takvom valu, priroda smjera titranja čestica poklapa se sa smjerom širenja vala. Ovaj koncept se naziva "longitudinalni val".
Ako rastegnete oprugu i date joj vremena da dođeu stanje mirovanja, a zatim oštro promijenite položaj u okomitom smjeru, vidjet će se da se val širi duž opruge i reflektira mnogo puta.
Ali smjer titranja čestica je sada okomit, a širenje vala je horizontalno. Ovo je poprečni val. Može postojati samo u čvrstim tvarima.
Brzina elektromagnetskog vala različite vrste je različita. Ovo svojstvo seizmolozi uspješno koriste za određivanje udaljenosti do izvora potresa.
Kada se val širi, čestice osciliraju uzduž ili poprijeko, ali to nije popraćeno prijenosom materije, već samo kretanjem. Tako je navedeno u udžbeniku "Fizika" 9. razred.
Karakterizacija valne jednadžbe
Valna jednadžba u fizikalnoj znanosti je vrsta linearne hiperboličke diferencijalne jednadžbe. Također se koristi za druga područja koja pokriva teorijska fizika. Ovo je jedna od jednadžbi koje matematička fizika koristi za izračune. Posebno su opisani gravitacijski valovi. Koristi se za opisivanje procesa:
- u akustici, u pravilu, linearni tip;
- u elektrodinamici.
Valni procesi prikazani su u izračunu za višedimenzionalni slučaj homogene valne jednadžbe.
Razlika između vala i ljuljačke
Izuzetna otkrića dolaze iz razmišljanja o običnom fenomenu. Galileo je otkucaje svog srca uzeo kao mjerilo vremena. Tako je otkrivena postojanost procesa oscilacija njihala - jedna od glavnih odredbi mehanike. Toapsolutno samo za matematičko njihalo - idealan oscilatorni sustav, koji karakterizira:
- položaj ravnoteže;
- sila koja vraća tijelo u njegov ravnotežni položaj kada odstupi;
- prijelazi energije kada dođe do fluktuacije.
Za izvođenje sustava iz ravnoteže nužan je uvjet za pojavu oscilacija. U ovom slučaju se javlja određena energija. Različiti vibracijski sustavi zahtijevaju različite vrste energije.
Oscilacija je proces koji je karakteriziran stalnim ponavljanjem kretanja ili stanja sustava u određenim vremenskim razdobljima. Jasna demonstracija oscilatornog procesa je primjer njihajućeg njihala.
Oscilatorni i valni procesi promatraju se u gotovo svim prirodnim pojavama. Val ima funkciju poremećaja ili promjene stanja medija, širenja u prostoru i prenosa energije bez potrebe za prijenosom materije. To je karakteristično svojstvo valnih procesa; oni su dugo proučavani u fizici. Prilikom istraživanja možete istaknuti valnu duljinu.
Zvučni valovi mogu postojati u svim sferama, oni ne postoje samo u vakuumu. Elektromagnetski valovi imaju posebna svojstva. Mogu postojati posvuda, čak i u vakuumu.
Energija vala ovisi o njegovoj amplitudi. Kružni val, šireći se od izvora, raspršuje energiju u prostoru, pa se njegova amplituda brzo smanjuje.
Linearni val ima zanimljiva svojstva. Stoga se njegova energija ne raspršuje u prostoruamplituda takvih valova smanjuje se samo zbog sile trenja.
Smjer širenja vala prikazan je zrakama - linijama koje su okomite na frontu vala.
Kut između upadne zrake i normale je upadni kut. Između normalne i reflektirane zrake nalazi se kut refleksije. Jednakost ovih kutova je očuvana na bilo kojem položaju prepreke u odnosu na front vala.
Kada se susreću valovi koji se kreću u suprotnim smjerovima, može nastati stajaći val.
Rezultati
Čestice medija između susjednih čvorova stajaćeg vala osciliraju u istoj fazi. Ovo su parametri valnog procesa fiksirani u valnim jednadžbama. Kada se valovi sretnu, može se primijetiti i povećanje i smanjenje njihovih amplituda.
Poznavajući glavne karakteristike valnog procesa, moguće je odrediti amplitudu rezultirajućeg vala u danoj točki. Odredimo u kojoj će fazi val iz prvog i drugog izvora stići u ovu točku. Štoviše, faze su suprotne.
Ako je razlika puta neparan broj poluvalova, amplituda rezultirajućeg vala u ovoj točki bit će minimalna. Ako je razlika puta jednaka nuli ili cijelom broju valnih duljina, na mjestu susreta će se primijetiti povećanje amplitude rezultirajućeg vala. Ovo je interferentni uzorak kada se dodaju valovi iz dva izvora.
Frekvencija elektromagnetskih valova fiksirana je modernom tehnologijom. Prijemni uređaj mora registrirati slabe elektromagnetske valove. Ako stavite reflektor, više energije valova će ući u prijemnik. Reflektorski sustav je instaliran tako da stvara maksimumsignal na prijemnom uređaju.
Karakteristike valnog procesa su u osnovi modernih ideja o prirodi svjetlosti i strukturi materije. Dakle, proučavajući ih u udžbeniku fizike za 9. razred, možete uspješno naučiti rješavati zadatke iz područja mehanike.
