Golven omringen ons overal, want we leven in een wereld van beweging en geluid. Wat is de aard van het golfproces, wat is de essentie van de theorie van golfprocessen? Laten we dit bekijken met een voorbeeld van experimenten.
Het concept van golven in de natuurkunde
Een algemeen concept voor veel processen is de aanwezigheid van geluid. Geluid is per definitie het resultaat van snelle oscillerende bewegingen die worden gecreëerd door lucht of een ander medium dat wordt waargenomen door onze gehoororganen. Als we deze definitie kennen, kunnen we overgaan tot het beschouwen van het concept "golfproces". Er zijn een aantal experimenten waarmee u dit fenomeen visueel kunt bekijken.
De bestudeerde golfprocessen in de natuurkunde kunnen worden waargenomen in de vorm van radiogolven, geluidsgolven, compressiegolven bij gebruik van de stembanden. Ze verspreiden zich door de lucht.
Om het concept visueel te definiëren, gooi je een steen in een plas en karakteriseer je de verspreiding van effecten. Dit is een voorbeeld van een zwaartekrachtgolf. Het treedt op als gevolg van het stijgen en dalen van de vloeistof.
Akoestiek
Een hele sectie genaamd "Akoestiek" is gewijd aan de studie van de eigenschappen van geluid in de natuurkunde. Laten we eens kijken wat het kenmerkt. Laten we ons concentreren op dingen enprocessen waarin nog niet alles duidelijk is, over problemen die nog wachten om opgelost te worden.
Akoestiek heeft, net als andere takken van de natuurkunde, nog veel onopgeloste mysteries. Ze moeten nog worden geopend. Laten we eens kijken naar het golfproces in de akoestiek.
Geluid
Dit concept wordt geassocieerd met de aanwezigheid van oscillerende bewegingen, die worden geproduceerd door de deeltjes van het medium. Geluid is een reeks oscillerende processen die samenhangen met het verschijnen van golven. Tijdens het vormingsproces in het medium van compressie en verdunning treedt een golfproces op.
De golflengte-indicatoren zijn afhankelijk van de aard van het medium waar oscillerende processen plaatsvinden. Bijna alle verschijnselen die in de natuur voorkomen, worden geassocieerd met de aanwezigheid van geluidstrillingen en geluidsgolven die zich in de omgeving voortplanten.
Voorbeelden van het bepalen van het golfproces in de natuur
Deze bewegingen kunnen informatie geven over het fenomeen van het golfproces. Hoogfrequente geluidsgolven kunnen duizenden kilometers afleggen, zoals wanneer een vulkaan uitbarst.
Bij een aardbeving treden sterke akoestische en geo-akoestische trillingen op, die kunnen worden geregistreerd door speciale geluidsontvangers.
Tijdens een aardbeving onder water vindt een interessant en verschrikkelijk fenomeen plaats - een tsunami, een enorme golf die ontstond tijdens een krachtige ondergrondse of onderwatermanifestatie van de elementen.
Dankzij de akoestiek kun je informatie krijgen dat er een tsunami nadert. Veel van deze verschijnselen zijn al lang bekend. Maar tot nu toe, enkele concepten van de natuurkundezorgvuldige studie vereisen. Daarom, voor de studie van mysteries die nog niet zijn opgelost, zijn het geluidsgolven die te hulp komen.
Theorie van de tektoniek
In de 18e eeuw werd de 'catastrofehypothese' geboren. In die tijd waren de begrippen "element" en "regelmatigheid" niet met elkaar verbonden. Toen ontdekten ze dat de leeftijd van de oceaanbodem veel jonger is dan die van het land, en dit oppervlak wordt voortdurend bijgewerkt.
Het was in deze tijd, dankzij een nieuwe kijk op de aarde, die gekke hypothese uitgroeide tot de theorie van "Tektoniek van de lithosferische platen", die stelt dat de aardmantel beweegt en het firmament zweeft. Zo'n proces is vergelijkbaar met de beweging van eeuwig ijs.
Om het beschreven proces te begrijpen, is het belangrijk om stereotypen en gebruikelijke opvattingen te verwijderen, om andere vormen van zijn te realiseren.
Verdere vorderingen in de wetenschap
Geologisch leven op aarde heeft zijn eigen tijd en toestand van materie. De wetenschap is erin geslaagd de gelijkenis opnieuw te creëren. De bodem van de oceaan is constant in beweging en veroorzaakt scheuren en richels als nieuwe materie vanuit de diepten van de aarde naar de oppervlakte stijgt en geleidelijk afkoelt.
Op dit moment vinden op het land processen plaats wanneer kolossale platen van de lithosfeer op het oppervlak van de aardmantel drijven - de bovenste stenen schaal van de aarde, die de continenten en de zeebodem draagt.
Het aantal van dergelijke platen is ongeveer tien. De mantel is rusteloos, dus de lithosferische platen beginnen te bewegen. Onder laboratoriumomstandigheden ziet dit proces eruit als een sierlijke ervaring.
In de natuur dreigt het een geologische ramp- aardbeving. De reden voor de beweging van lithosferische platen zijn de globale convectieprocessen die plaatsvinden in de diepten van de aarde. Het resultaat van het zieden zal een tsunami zijn.
Japan
Naast andere seismisch gevaarlijke gebieden op aarde neemt Japan een speciale plaats in, deze keten van eilanden wordt de "brandgordel" genoemd.
Nauw de adem van het aardse firmament volgend, kan men de naderende catastrofe voorspellen. Om oscillerende processen te bestuderen, werd een ultradiepe boorinstallatie in de dikte van de aarde gebracht. Het drong door tot een diepte van 12 km en stelde wetenschappers in staat conclusies te trekken over de aanwezigheid van bepaalde rotsen in de aarde.
De snelheid van een elektromagnetische golf wordt bestudeerd tijdens natuurkundelessen in klas 9. Ervaring tonen met gewichten die zich op gelijke afstand van elkaar bevinden. Ze zijn verbonden door identieke veren van de gebruikelijke vorm.
Als je het eerste gewicht een bepaalde afstand naar rechts verschuift, blijft het tweede een tijdje in dezelfde positie, maar de veer begint al samen te drukken.
Definitie van de term "golf"
Sinds zo'n proces heeft plaatsgevonden, is er een elastische kracht ontstaan die het tweede gewicht zal duwen. Hij zal acceleratie krijgen, na een tijdje zal hij snelheid oppikken, in deze richting bewegen en de veer samendrukken tussen de tweede en derde gewichten. Op zijn beurt zal de derde versnelling ontvangen, beginnen te versnellen, verschuiven en de vierde veer beïnvloeden. En zo zal het proces plaatsvinden op alle elementen van het systeem.
In dit geval is de verplaatsing van de tweede lading meetijd zal later plaatsvinden dan de eerste. Het effect blijft altijd achter bij de oorzaak.
De verplaatsing van de tweede lading zal ook de verplaatsing van de derde met zich meebrengen. Dit proces heeft de neiging zich naar rechts te verspreiden.
Als het eerste gewicht begint te schommelen volgens de harmonische wet, zal dit proces zich uitbreiden naar het tweede gewicht, maar met een vertraagde reactie. Daarom, als je het eerste gewicht laat trillen, kun je een oscillatie krijgen die zich in de loop van de tijd in de ruimte zal verspreiden. Dit is de definitie van een golf.
Verscheidenheden van golven
Laten we ons een stof voorstellen die uit atomen bestaat, ze zijn:
- massa hebben - zoals de gewichten voorgesteld in het experiment;
- verbinden met elkaar en vormen een vast lichaam door middel van chemische bindingen (zoals besproken in het experiment met een veer).
Hieruit volgt dat materie een systeem is dat lijkt op een model uit ervaring. Het kan een mechanische golf voortplanten. Dit proces wordt geassocieerd met het ontstaan van elastische krachten. Dergelijke golven worden vaak "springerig" genoemd.
Er zijn twee soorten elastische golven. Om ze te bepalen, kunt u een lange veer nemen, deze aan één kant bevestigen en naar rechts uitrekken. Je kunt dus zien dat de voortplantingsrichting van de golf langs de veer is. De deeltjes van het medium bewegen in dezelfde richting.
In zo'n golf v alt de aard van de oscillatierichting van de deeltjes samen met de richting van de golfvoortplanting. Dit concept wordt "longitudinale golf" genoemd.
Als je de lente uitrekt en het tijd geeft om te komennaar een staat van rust, en dan de positie scherp in verticale richting verandert, zal men zien dat de golf zich langs de veer voortplant en vele malen wordt weerkaatst.
Maar de oscillatierichting van de deeltjes is nu verticaal en de golfvoortplanting is horizontaal. Dit is een transversale golf. Het kan alleen bestaan in vaste stoffen.
De snelheid van verschillende soorten elektromagnetische golven is anders. Deze eigenschap wordt met succes gebruikt door seismologen om de afstand tot bronnen van aardbevingen te bepalen.
Wanneer een golf zich voortplant, oscilleren deeltjes langs of over, maar dit gaat niet gepaard met de overdracht van materie, maar alleen door beweging. Dus het is aangegeven in het leerboek "Natuurkunde" Grade 9.
Karakterisatie van de golfvergelijking
De golfvergelijking in de natuurkunde is een soort lineaire hyperbolische differentiaalvergelijking. Het wordt ook gebruikt voor andere gebieden die onder de theoretische natuurkunde vallen. Dit is een van de vergelijkingen die de wiskundige natuurkunde gebruikt voor berekeningen. In het bijzonder worden zwaartekrachtsgolven beschreven. Gebruikt om processen te beschrijven:
- in akoestiek, in de regel lineair type;
- in elektrodynamica.
Golfprocessen worden weergegeven in de berekening voor het multidimensionale geval van een homogene golfvergelijking.
Het verschil tussen een golf en een schommel
Opmerkelijke ontdekkingen komen voort uit het denken aan een gewoon fenomeen. Galileo nam het kloppen van zijn hart als maatstaf voor de tijd. Zo werd de constantheid van het proces van slingertrillingen ontdekt - een van de belangrijkste voorzieningen van de mechanica. Hetabsoluut alleen voor een wiskundige slinger - een ideaal oscillerend systeem, dat wordt gekenmerkt door:
- balanspositie;
- kracht die het lichaam terugbrengt naar zijn evenwichtspositie wanneer het afwijkt;
- transities van energie wanneer fluctuatie optreedt.
Om het systeem uit balans te brengen, is de voorwaarde voor het optreden van oscillaties noodzakelijk. In dit geval wordt een bepaalde energie gerapporteerd. Verschillende trilsystemen vereisen verschillende soorten energie.
Oscillatie is een proces dat wordt gekenmerkt door een constante herhaling van bewegingen of toestanden van het systeem in bepaalde perioden. Een duidelijke demonstratie van het oscillerende proces is het voorbeeld van een slingerende slinger.
Oscillerende en golfprocessen worden waargenomen in bijna alle natuurlijke fenomenen. Golf heeft de functie om de toestand van het medium te verstoren of te veranderen, zich voort te planten in de ruimte en energie te transporteren zonder de noodzaak om materie over te dragen. Dit is een onderscheidende eigenschap van golfprocessen; ze zijn al lang bestudeerd in de natuurkunde. Tijdens het onderzoek kun je de golflengte markeren.
Geluidsgolven kunnen in alle sferen bestaan, ze bestaan niet alleen in een vacuüm. Elektromagnetische golven hebben bijzondere eigenschappen. Ze kunnen overal bestaan, zelfs in een vacuüm.
De energie van een golf hangt af van zijn amplitude. De cirkelvormige golf, die zich voortplant vanuit de bron, verstrooit energie in de ruimte, zodat de amplitude snel afneemt.
Een lineaire golf heeft interessante eigenschappen. Zijn energie wordt daarom niet in de ruimte gedissipeerdde amplitude van dergelijke golven neemt alleen af door de wrijvingskracht.
De richting van golfvoortplanting wordt weergegeven door stralen - lijnen die loodrecht op het golffront staan.
De hoek tussen de invallende straal en de normaal is de invalshoek. Tussen de normaal en de gereflecteerde bundel is de hoek van reflectie. De gelijkheid van deze hoeken blijft behouden op elke positie van het obstakel ten opzichte van het golffront.
Wanneer golven die in tegengestelde richting bewegen elkaar ontmoeten, kan zich een staande golf vormen.
Resultaten
Deeltjes van het medium tussen aangrenzende knopen van een staande golf oscilleren in dezelfde fase. Dit zijn de parameters van het golfproces vastgelegd in de golfvergelijkingen. Wanneer golven elkaar ontmoeten, kunnen zowel toenames als afnames in hun amplitude worden waargenomen.
Als je de belangrijkste kenmerken van het golfproces kent, is het mogelijk om de amplitude van de resulterende golf op een bepaald punt te bepalen. Laten we bepalen in welke fase de golf van de eerste en tweede bron op dit punt zal aankomen. Bovendien zijn de fasen tegengesteld.
Als het padverschil een oneven aantal halve golven is, zal de amplitude van de resulterende golf op dit punt minimaal zijn. Als het padverschil gelijk is aan nul of een geheel aantal golflengten, zal op het ontmoetingspunt een toename van de amplitude van de resulterende golf worden waargenomen. Dit is een interferentiepatroon wanneer golven van twee bronnen worden toegevoegd.
De frequentie van elektromagnetische golven ligt vast in moderne technologie. Het ontvangende apparaat moet zwakke elektromagnetische golven registreren. Als je een reflector plaatst, komt er meer golfenergie in de ontvanger. Het reflectorsysteem is zo geïnstalleerd dat het de maximalesignaal op het ontvangende apparaat.
Kenmerken van het golfproces liggen ten grondslag aan moderne ideeën over de aard van licht en de structuur van materie. Dus als je ze bestudeert in een natuurkundeboek van de 9e klas, kun je met succes leren hoe je problemen op het gebied van mechanica kunt oplossen.
