Морські хвилі далеко не всі приклади хвиль. І довжина хвилі — це не серферська характеристика, а цілком собі фізична величина. Сьогодні розберемося, що таке хвиля та як її охарактеризувати.
Хвиля: поздовжня та поперечна
Почнемо з того, що хвиля — це поширення коливання у просторі.
Хвилі бувають механічними та електромагнітними.
Механічні хвилі — це ті хвилі, коливання яких можна відчути фізично, тому що вони розповсюджуються в пружному середовищі
- Наприклад, звук. Коли звук поширюється всередині якоїсь речовини, ми можемо відчути його дотиком.
Уявіть, що ви стоїте на залізничних коліях. Ні, ви не Ганна Кареніна, ви експериментатор.
Якщо до вас наближається поїзд, ви рано чи пізно його почуєте. Точніше, почуйте, як тільки звукова хвиля зі швидкістю ? = 330 м/с досягне ваших вух.
Якщо прикласти вухо до рейки, це станеться значно швидше, тому що швидкість звуку в твердому тілі більша, ніж у повітрі. До речі, під водою швидкість звуку більша, ніж у повітрі, але менша, ніж у твердих тілах.
Якщо ви коли-небудь чіпали музичну колонку, то знаєте, що звук відчувається і на дотик.
- Електромагнітні хвилі — це ті хвилі, які ми не можемо доторкнутися.Наприклад, радіохвилі, Wi-Fi і світло.
Для них працюють ті самі закони, просто їх швидкість значно більша і дорівнює швидкості світла c=3 · 108 м/с. І джерела вони різні.
Хвилі також прийнято ділити на поздовжні та поперечні:
Поздовжні — це ті хвилі, у яких коливання відбувається вздовж напрямку поширення хвилі.
- Тремтіння вікон під час грому або сейсмічні хвилі (землетруси) – це приклад поздовжніх хвиль.
Поперечні — хвилі, у яких коливання відбувається поперек напряму поширення хвилі.
- Уявіть, що ви запустили хвилю з людей на стадіоні – вона буде поперечною.
- Мачне світло і тремтіння гітарної струни — теж поперечні хвилі.
Морська хвиля – поздовжня чи поперечна? Насправді в ній є і поздовжня і поперечна складові, тому її не можна віднести до конкретного типу.
Довжина хвилі: визначення та розрахунок
Звичайно, будь-яка хвиля має характеристики. Одна з таких характеристик — це довжина хвилі.
- λ — довжина хвилі [м]
Довжиною хвилі< /strong>називається відстань між двома точками цієї хвилі, що коливаються в одній фазі. Якщо простіше, то це відстань між двома «гребенями».
Ще довжиною хвилі можна назвати відстань, пройдена хвилею, за один період коливання.
Період – це час, за який відбувається одне коливання. Тобто, якщо даний час поширення хвилі та кількість коливань, можна розрахувати період.
| Формула періоду коливання хвилі T=t/N T — період [с] t — час [с] N — кількість коливань [—] |
Зв’язок зі швидкістю
Щоб вивести формулу швидкості через довжину хвилі, потрібно згадати формулу швидкості з кінематики – це розділ фізики, в якому вивчається рух тіл без урахування зовнішнього впливу).
Формула швидкості ? = S/t ? — швидкість [м/с] S — шлях [м] t — час [с] |
Переходячи до хвиль, можна провести наступні аналогії:
- шлях – довжина хвилі
- час – період
А для швидкості навіть аналогія не потрібна – швидкість і в Африці швидкість .
| Формула швидкості хвилі ? = λ/T ? — швидкість [м/с] λ — довжина хвилі [м] T — період [с] |
Завдання
Човен здійснює коливання на хвилях. За 40 секунд вона зробила 10 коливань. Яка швидкість розповсюдження хвилі, якщо відстань між сусідніми гребенями хвилі дорівнює 1 м?
Вирішення:
- Візьмемо формулу швидкості:
? = λ/T
- Нам відома довжина хвилі, але не надано періоду. Період обчислюється за формулою:
T = t/N
T = 40/10 = 4 с
- Тепер підставляємо величини у формулу
? = λ/T
? = ¼ = 0,25 м/с
Відповідь: ? = 0,25 м/с
Резонанс
Якщо голосно говорити в одному приміщенні з гітарою — можна почути, як на ній почав грати примара. Насправді частота струни співпала з частотою голосу і виник резонанс.
На графіці нижче можна побачити, що на деякій частоті різко збільшується амплітуда. Ця частота називається частотою резонансу.
Частота — це величина, обернена до періоду. Вона показує, за який час відбувається одне вагання.
| Формула частоти ν = N/t ν — частота [Гц] t — час [с] N — кількість коливань [—] |
У світі існує дуже багато історій про те, як солдати йшли в ногу мостом, він впав у резонанс і всі провалилися. А ось ще одна історія про гідрологів — як то кажуть, з перших вуст.
Через річку був протягнутий мотузковий міст, а по центру мосту стояла лебідка, яка допомагає підняти пробу води з річки, не спускаючись до неї.
Одного дня експедиції почався сильний, майже штормовий, вітер. Дослідники працювали на мосту, а коли зрозуміли, що перебувати на мотузковій конструкції у такий сильний вітер небезпечно, почали з нього йти. Щойно остання людина з команди зробив крок із мосту на землю, міст разом із лебідкою рознесло в тріски. Це сталося через те, що частота вітру збіглася з власною частотою мосту, що розгойдується. Добре, що історія закінчилася саме так.
