Perambatan getaran pada medium elastis. Gelombang longitudinal dan transversal

Pekerjaan selesai

KERJA GELAR

Banyak yang telah berlalu dan sekarang Anda sudah lulus, jika tentu saja Anda menulis tesis tepat waktu. Tetapi hidup adalah sesuatu yang baru sekarang menjadi jelas bagi Anda bahwa, setelah berhenti menjadi pelajar, Anda akan kehilangan semua kegembiraan sebagai pelajar, banyak di antaranya belum pernah Anda coba, menunda segalanya dan menundanya sampai nanti. Dan sekarang, alih-alih mengejar ketinggalan, Anda malah mengerjakan tesis Anda? Ada solusi terbaik: unduh tesis yang Anda perlukan dari situs web kami - dan Anda akan langsung memiliki banyak waktu luang!
Tesis telah berhasil dipertahankan di universitas-universitas terkemuka di Republik Kazakhstan.
Biaya pengerjaan mulai 20.000 tenge

KURSUS BEKERJA

Proyek kursus adalah kerja praktek serius pertama. Dengan penulisan makalah itulah persiapan pengembangan proyek diploma dimulai. Jika seorang siswa belajar menyajikan dengan benar isi suatu topik dalam proyek kursus dan memformatnya dengan benar, maka di masa depan ia tidak akan mengalami masalah dalam menulis laporan, atau menyusun tesis, atau melakukan tugas-tugas praktis lainnya. Untuk membantu siswa dalam menulis karya siswa jenis ini dan untuk memperjelas pertanyaan-pertanyaan yang timbul selama persiapannya, sebenarnya bagian informasi ini dibuat.
Biaya pengerjaan mulai 2.500 tenge

DISERTASI MAGISTER

Saat ini, di lembaga pendidikan tinggi Kazakhstan dan negara-negara CIS, tingkat pendidikan profesional tinggi setelah gelar sarjana - gelar master - sangat umum. Pada program magister, mahasiswa belajar dengan tujuan memperoleh gelar magister, yang diakui di sebagian besar negara di dunia lebih dari sekadar gelar sarjana, dan juga diakui oleh pemberi kerja asing. Hasil studi magister merupakan pembelaan tesis master.
Kami akan memberi Anda materi analitis dan tekstual terkini; harga sudah termasuk 2 artikel ilmiah dan satu abstrak.
Biaya pengerjaan mulai 35.000 tenge

LAPORAN PRAKTIK

Setelah menyelesaikan semua jenis magang siswa (pendidikan, industri, pra-kelulusan), diperlukan laporan. Dokumen ini akan menjadi penegasan kerja praktek mahasiswa dan menjadi dasar pembentukan penilaian praktek. Biasanya, untuk menyusun laporan magang, Anda perlu mengumpulkan dan menganalisis informasi tentang perusahaan, mempertimbangkan struktur dan rutinitas kerja organisasi tempat magang berlangsung, menyusun rencana kalender, dan menjelaskan praktik Anda. kegiatan.
Kami akan membantu Anda menulis laporan magang Anda, dengan mempertimbangkan aktivitas spesifik perusahaan tertentu.

OK-9 Perambatan getaran pada medium elastis

Gerakan gelombang- gelombang mekanik, yaitu gelombang yang merambat hanya pada materi (laut, bunyi, gelombang dawai, gelombang gempa). Sumber gelombang adalah getaran vibrator.

penggetar- tubuh berosilasi. Menciptakan getaran dalam media elastis.

Melambai disebut getaran yang merambat di ruang seiring waktu.

permukaan gelombang- kedudukan geometri titik-titik dalam medium yang berosilasi dalam fase yang sama

L
aduh- garis yang garis singgungnya pada setiap titik berimpit dengan arah rambat gelombang.

Penyebab terjadinya gelombang pada medium elastis

Jika vibrator bergetar dalam medium elastis, maka ia bekerja pada partikel-partikel medium tersebut, menyebabkan partikel-partikel tersebut melakukan getaran paksa. Karena gaya interaksi antar partikel medium, getaran ditransmisikan dari satu partikel ke partikel lainnya.

T
jenis gelombang

Gelombang transversal

Gelombang yang getaran partikel mediumnya terjadi pada bidang yang tegak lurus arah rambat gelombang. Terjadi pada benda padat dan pada permukaan perapian.

P
gelombang bersalin

Osilasi terjadi sepanjang rambat gelombang. Dapat terjadi pada gas, cairan dan padatan.

Gelombang permukaan

DI DALAM
gelombang yang merambat pada antarmuka antara dua media. Gelombang pada batas antara air dan udara. Jika λ kurang dari kedalaman reservoir, maka setiap partikel air di permukaan dan di dekatnya bergerak sepanjang elips, yaitu. merupakan gabungan getaran dalam arah memanjang dan melintang. Di bagian bawah, gerakan memanjang murni diamati.

Gelombang pesawat

Gelombang yang permukaan gelombangnya merupakan bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

DENGAN gelombang bola

Gelombang yang permukaan gelombangnya berbentuk bola. Bola permukaan gelombang bersifat konsentris.

Ciri-ciri gerak gelombang

Panjang gelombang

Jarak terpendek antara dua ras yang berosilasi dalam satu fasa disebut panjang gelombang. Hanya bergantung pada media tempat gelombang merambat, pada frekuensi vibrator yang sama.

Frekuensi

Frekuensi ν gerak gelombang hanya bergantung pada frekuensi vibrator.

Kecepatan rambat gelombang

Kecepatan v= λν . Karena
, Itu
. Namun, kecepatan rambat gelombang bergantung pada jenis zat dan keadaannya; dari ν Dan λ , tidak tergantung.

Dalam gas ideal
, Di mana R- konstanta gas; M- massa molar; T- suhu absolut; γ - konstan untuk gas tertentu; ρ - kepadatan zat.

Gelombang transversal pada benda padat
, Di mana N- modulus geser; gelombang memanjang
, Di mana Q- modul kompresi serba. Dalam batang padat
Di mana E- Modulus Young.

Pada benda padat, gelombang transversal dan longitudinal merambat dengan kecepatan berbeda. Hal inilah yang menjadi dasar penentuan episentrum gempa.

Persamaan gelombang bidang

Penampilannya X=X 0 dosa ωt(T−aku/v) = X 0 dosa( ωt−kl), Di mana k= 2π /λ - nomor gelombang; aku- jarak yang ditempuh gelombang dari vibrator ke titik yang bersangkutan A.

Waktu tunda osilasi titik-titik dalam medium:
.

Penundaan fase osilasi titik-titik dalam medium:
.

Beda fasa antara dua titik berosilasi: ∆ φ =φ 2 −φ 1 = 2π (aku 2 −aku 1)/λ .

Energi gelombang

Gelombang mentransfer energi dari satu partikel yang bergetar ke partikel lainnya. Partikel hanya melakukan gerakan osilasi, tetapi tidak bergerak mengikuti gelombang: E=E k+ E P,

Di mana E k adalah energi kinetik partikel yang berosilasi; E n adalah energi potensial deformasi elastis medium.

Sampai batas tertentu V media elastis di mana gelombang dengan amplitudo merambat X 0 dan frekuensi siklik ω , ada energi rata-rata W, setara
, Di mana M- massa volume media yang dialokasikan.

Intensitas gelombang

Besaran fisis yang sama dengan energi yang dipindahkan gelombang per satuan waktu melalui satuan luas permukaan yang tegak lurus arah rambat gelombang disebut intensitas gelombang:
. Diketahui bahwa W Dan J~.

Kekuatan gelombang

Jika S adalah luas permukaan transversal yang dilalui energi oleh gelombang, dan J- intensitas gelombang, maka kekuatan gelombang sama dengan: P=jS.

OK-10 Gelombang suara

kamu Gelombang pegas yang menyebabkan seseorang merasakan bunyi disebut gelombang bunyi.

16 –2∙10 4 Hz - suara yang terdengar;

kurang dari 16 Hz - infrasonik;

lebih dari 2∙10 4 Hz - ultrasonik.

TENTANG
Prasyarat terjadinya gelombang bunyi adalah adanya medium elastis.

M
Mekanisme pembangkitan gelombang bunyi mirip dengan pembangkitan gelombang mekanik pada medium elastis. Bergetar dalam medium elastis, vibrator mempengaruhi partikel medium.

Suara dihasilkan oleh sumber suara periodik jangka panjang. Misalnya musikal: senar, garpu tala, siulan, nyanyian.

Kebisingan diciptakan oleh sumber suara jangka panjang, tetapi tidak berkala: hujan, laut, keramaian.

Kecepatan suara

Tergantung pada medium dan keadaannya, seperti halnya gelombang mekanis apa pun:

.

Pada T= 0°C air v = 1430 m/s, baja v = 5000 m/s, udara v = 331 m/s.

Penerima gelombang suara

1. Buatan: mikrofon mengubah getaran suara mekanis menjadi getaran listrik. Ditandai dengan sensitivitas σ :
,σ tergantung pada ν z.v. .

2. Alami: telinga.

Sensitivitasnya merasakan suara pada ∆ P= 10 −6 Pa.

Semakin rendah frekuensinya ν gelombang suara, semakin berkurang sensitivitasnya σ telinga. Jika ν z.v. berkurang dari 1000 menjadi 100 Hz, lalu σ telinga berkurang 1000 kali lipat.

Selektivitas luar biasa: konduktor menangkap suara masing-masing instrumen.

Ciri-ciri fisik bunyi

Tujuan

1. Tekanan bunyi adalah tekanan yang diberikan oleh gelombang bunyi pada suatu rintangan di depannya.

2. Spektrum suara adalah penguraian gelombang suara kompleks menjadi frekuensi komponennya.

3. Intensitas gelombang suara:
, Di mana S- luas permukaan; W- energi gelombang suara; T- waktu;
.

Subyektif

Volume, Seperti halnya ketinggian, suara diasosiasikan dengan sensasi yang muncul dalam pikiran manusia, serta dengan intensitas gelombang.

Telinga manusia mampu menangkap suara dengan intensitas dari 10 −12 (ambang batas pendengaran) hingga 1 (ambang nyeri).

G

Kenyaringan tidak berbanding lurus dengan intensitas. Untuk mendapatkan suara 2 kali lebih keras, Anda perlu meningkatkan intensitasnya sebanyak 10 kali. Gelombang dengan intensitas 10 −2 W/m 2 berbunyi 4 kali lebih keras dibandingkan gelombang dengan intensitas 10 −4 W/m 2 . Karena hubungan antara sensasi obyektif dari kenyaringan dan intensitas suara, skala logaritmik digunakan.

Satuan skala ini adalah bel (B) atau desibel (dB), (1 dB = 0,1 B), dinamai menurut nama fisikawan Heinrich Behl. Tingkat volume dinyatakan dalam nada:
, Di mana SAYA 0 = 10 −12 ambang pendengaran (rata-rata).

E
jika SAYA= 10 −2 , Itu
.

Suara keras berbahaya bagi tubuh kita. Standar sanitasi adalah 30–40 dB. Ini adalah volume percakapan yang tenang dan hening.

Penyakit kebisingan: tekanan darah tinggi, rangsangan saraf, gangguan pendengaran, kelelahan, kurang tidur.

Intensitas dan volume suara dari berbagai sumber: pesawat jet - 140 dB, 100 W/m2; musik rock di dalam ruangan - 120 dB, 1 W/m2; percakapan normal (50 cm darinya) - 65 dB, 3,2∙10 −6 W/m 2.

Melempar tergantung pada frekuensi osilasi: dari > ν , semakin tinggi suaranya.

T
timbre suara memungkinkan Anda membedakan dua suara dengan nada dan volume yang sama yang dihasilkan oleh instrumen berbeda. Hal ini tergantung pada komposisi spektral.

USG

Berlaku: echo sounder untuk menentukan kedalaman laut, menyiapkan emulsi (air, minyak), mencuci bagian, penyamakan kulit, mendeteksi cacat pada produk logam, dalam pengobatan, dll.

Mendistribusikan jarak yang cukup jauh dalam bentuk padat dan cair. Mentransfer energi jauh lebih besar daripada gelombang suara.

Biarkan benda yang berosilasi berada dalam medium di mana semua partikel saling berhubungan. Partikel-partikel medium yang bersentuhan dengannya akan mulai bergetar, akibatnya terjadi deformasi periodik (misalnya, kompresi dan tegangan) di area medium yang berdekatan dengan benda tersebut. Selama deformasi, gaya elastis muncul dalam medium, yang cenderung mengembalikan partikel-partikel medium ke keadaan setimbang semula.

Dengan demikian, deformasi periodik yang terjadi di suatu tempat dalam suatu medium elastis akan merambat dengan kecepatan tertentu, tergantung pada sifat-sifat medium tersebut. Dalam hal ini, partikel-partikel medium tidak ditarik ke dalam gerak translasi oleh gelombang, tetapi melakukan gerak osilasi di sekitar posisi kesetimbangannya; hanya deformasi elastis yang berpindah dari satu bagian medium ke bagian lainnya.

Proses perambatan gerak osilasi dalam suatu medium disebut proses gelombang atau sederhananya melambai. Kadang-kadang gelombang ini disebut elastis karena disebabkan oleh sifat elastis mediumnya.

Tergantung pada arah osilasi partikel relatif terhadap arah rambat gelombang, gelombang longitudinal dan transversal dibedakan.Demonstrasi interaktif gelombang transversal dan longitudinal

Gelombang memanjang – Ini adalah gelombang di mana partikel medium berosilasi sepanjang arah rambat gelombang.

Gelombang longitudinal dapat diamati pada pegas lunak panjang yang berdiameter besar. Dengan memukul salah satu ujung pegas, Anda dapat melihat bagaimana kondensasi dan penghalusan belokan yang berurutan akan menyebar ke seluruh pegas, mengalir satu demi satu. Pada gambar, titik-titik menunjukkan posisi kumparan pegas dalam keadaan diam, dan kemudian posisi kumparan pegas pada selang waktu berturut-turut yang sama dengan seperempat periode.

Gelombang transversal - Ini adalah gelombang di mana partikel medium berosilasi dalam arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Mari kita perhatikan lebih detail proses terbentuknya gelombang transversal. Mari kita ambil sebagai model tali nyata sebuah rantai bola (titik material) yang dihubungkan satu sama lain oleh gaya elastis. Gambar tersebut menggambarkan proses rambat gelombang transversal dan menunjukkan posisi bola-bola pada interval waktu berturut-turut yang sama dengan seperempat periode.

Pada saat awal waktu (t 0 = 0) semua titik berada dalam keadaan setimbang. Kemudian kita menimbulkan gangguan dengan membelokkan titik 1 dari posisi setimbang sebesar A dan titik ke-1 mulai berosilasi, titik ke-2, yang terhubung secara elastis ke titik ke-1, mengalami gerakan osilasi beberapa saat kemudian, titik ke-3 bahkan lebih lambat, dan seterusnya. . Setelah seperempat periode osilasi ( T 2 = T 4 ) akan merambat ke titik ke-4, maka titik ke-1 mempunyai waktu untuk menyimpang dari posisi kesetimbangannya dengan jarak maksimum yang sama dengan amplitudo osilasi A. Setelah setengah periode, titik ke-1 yang bergerak ke bawah akan kembali ke posisi kesetimbangan, titik ke-4 menyimpang dari posisi setimbang dengan jarak yang sama dengan amplitudo osilasi A, gelombang merambat ke titik ke-7, dan seterusnya.

Pada saat itu t5 = T Titik pertama, setelah menyelesaikan osilasi penuh, melewati posisi setimbang, dan gerakan osilasi akan menyebar ke titik ke-13. Semua titik dari tanggal 1 sampai dengan tanggal 13 letaknya sedemikian rupa sehingga membentuk gelombang utuh yang terdiri dari depresi Dan punggung bukit

Demonstrasi perambatan gelombang geser

Jenis gelombang tergantung pada jenis deformasi mediumnya. Gelombang longitudinal disebabkan oleh deformasi tekan-tarik, gelombang transversal disebabkan oleh deformasi geser. Oleh karena itu, dalam gas dan cairan, di mana gaya elastis hanya timbul selama kompresi, perambatan gelombang transversal tidak mungkin dilakukan. Pada benda padat, gaya elastis timbul baik selama kompresi (tarik) dan geser, sehingga perambatan gelombang longitudinal dan transversal dimungkinkan di dalamnya.

Seperti yang ditunjukkan gambar, baik dalam gelombang transversal maupun longitudinal, setiap titik medium berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya dan bergeser darinya tidak lebih dari satu amplitudo, dan keadaan deformasi medium berpindah dari satu titik medium ke lain. Perbedaan penting antara gelombang elastis dalam suatu medium dan pergerakan partikel teratur lainnya adalah bahwa perambatan gelombang tidak berhubungan dengan perpindahan materi dalam medium.

§ 1 Perambatan osilasi dalam suatu medium. Gelombang longitudinal dan transversal

Mari kita perhatikan bagaimana getaran merambat di berbagai media. Seringkali Anda dapat mengamati bagaimana lingkaran menyebar di air dari pelampung atau dari lemparan batu. Osilasi yang menimbulkan deformasi lingkungan di ruang angkasa dapat menjadi sumber, misalnya gelombang gempa, gelombang laut, atau suara. Jika kita mempertimbangkan suara, getaran dihasilkan oleh sumber suara (senar atau garpu tala) dan penerima suara, misalnya membran mikrofon. Media yang dilalui gelombang itu sendiri juga bergetar.

Proses perambatan getaran dalam ruang terhadap waktu disebut gelombang. Gelombang adalah gangguan yang merambat di ruang angkasa, menjauhi tempat asalnya.

Perlu dicatat bahwa perambatan gelombang mekanik hanya mungkin terjadi pada media gas, cair dan padat. Gelombang mekanik tidak mungkin muncul dalam ruang hampa.

Media padat, cair, dan gas terdiri dari partikel-partikel individu yang berinteraksi satu sama lain melalui gaya ikatan. Eksitasi osilasi partikel-partikel suatu medium tertentu di satu tempat menyebabkan osilasi paksa pada partikel-partikel tetangga, yang, pada gilirannya, merangsang osilasi partikel-partikel berikutnya, dan seterusnya.

Ada gelombang memanjang dan gelombang transversal.

Suatu gelombang disebut longitudinal jika partikel-partikel mediumnya berosilasi searah dengan arah rambat gelombang.

Gelombang longitudinal dapat dilihat pada contoh pegas panjang yang lunak: dengan mengompresi dan melepaskan salah satu ujungnya (ujung lainnya tetap), kita akan menyebabkan gerakan kondensasi dan penghalusan belokannya secara berurutan.

Dengan kata lain, kita mengamati bagaimana terjadi gangguan dari satu ujung ke ujung yang lain, yang disebabkan oleh perubahan gaya elastis, kecepatan gerak atau percepatan kumparan pegas, dan perpindahan kumparan dari garis kesetimbangan. Dalam contoh ini kita melihat gelombang berjalan.

Gelombang berjalan adalah gelombang yang ketika bergerak melalui ruang, mentransfer energi tanpa mentransfer materi.

a) keadaan awal; b) kompresi pegas; c) transmisi getaran dari satu putaran ke putaran lainnya (kondensasi dan pelepasan putaran).

Dalam mekanika, apa yang disebut gelombang elastis dipelajari.

Media yang partikel-partikelnya saling berhubungan sedemikian rupa sehingga perubahan posisi salah satu partikel menyebabkan perubahan posisi partikel lainnya disebut elastis.

Suatu gelombang disebut transversal jika partikel-partikel mediumnya berosilasi dengan arah tegak lurus terhadap arah rambat gelombang.

Jika kita merentangkan seutas tali karet secara horizontal, salah satu ujungnya dipasang secara kaku, dan ujung lainnya diatur dalam gerak osilasi vertikal, kita akan dapat mengamati gelombang transversal.

Untuk percobaannya, kami akan mensimulasikan rantai pegas dan bola dan menggunakan model ini untuk menganalisis pergerakan gelombang longitudinal dan transversal.

Dalam kasus gelombang longitudinal (a), bola-bola dipindahkan, dan pegas diregangkan atau dikompresi, sehingga terjadi deformasi tekan atau tarik. Harus diingat bahwa pada media cair dan gas, deformasi tersebut disertai dengan pemadatan media atau penghalusannya.

Jika bola dipindahkan tegak lurus terhadap rantai (b), maka akan terjadi deformasi geser. Dalam hal ini kita akan melihat pergerakan gelombang transversal. Harus diingat bahwa deformasi geser tidak mungkin terjadi pada media cair dan gas.

Oleh karena itu, definisi berikut ini berlaku.

Gelombang mekanik longitudinal dapat merambat di media apa pun: cair, gas, dan padat. Gelombang transversal hanya dapat terjadi pada media padat.

§ 2 Ringkasan singkat topik pelajaran

Perambatan gelombang mekanik hanya mungkin terjadi pada media gas, cair dan padat. Gelombang mekanik sama sekali tidak dapat muncul dalam ruang hampa.

Ada gelombang memanjang dan gelombang transversal. Gelombang mekanik longitudinal dapat merambat di media apa pun: cair, gas, dan padat. Gelombang transversal hanya dapat terjadi pada media padat.

Daftar literatur bekas:

1. Fisika. Kamus Ensiklopedis Besar / Bab. ed. A.M.Prokhorov. - edisi ke-4. - M.: Ensiklopedia Besar Rusia, 1999. - P. 293-295.
2. Irodov I.E. Mekanika. Hukum dasar / I.E. Irodov. – Edisi ke-5, direvisi – M.: Laboratorium Pengetahuan Dasar, 2000, hlm.205–223.
3. Irodov I.E. Mekanika sistem osilasi / I.E. Irodov. – Edisi ke-3, direvisi – M.: Laboratorium Pengetahuan Dasar, 2000, hlm.311–320.
4. Peryshkin A.V. Fisika. kelas 9: buku teks / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. – M.: Bustard, 2014. – 319 hal. Kumpulan tugas tes fisika kelas 9. /EAMaron, AEMaron. Rumah penerbitan "Prosveshchenie", Moskow, 2007.

Gambar yang digunakan: