Boyuna ve enine dalgalar. Boyuna mekanik dalgalar herhangi bir ortamda (katı, sıvı ve gaz) yayılabilir

Dalga - bu, beraberinde enerji taşıyan fiziksel bir niceliğin değişiminin (pertürbasyonunun) zaman içinde uzayda yayılması olgusudur.

Dalganın doğası ne olursa olsun, madde aktarımı olmadan enerji aktarımı gerçekleşir; ikincisi yalnızca bir yan etki olarak ortaya çıkabilir. Enerji transferi- yalnızca “yerel” enerji dönüşümlerinin meydana geldiği dalgalar ve salınımlar arasındaki temel fark. Dalgalar, kural olarak, oluştukları yerden önemli mesafeler kat edebilirler. Bu nedenle dalgalara bazen "" denir. yayıcıdan ayrılmış titreşim».

Dalgalar sınıflandırılabilir

Doğası gereği:

Elastik dalgalar - Elastik kuvvetlerin etkisiyle sıvı, katı ve gazlı ortamlarda yayılan dalgalar.

Elektromanyetik dalgalar- uzayda yayılan elektromanyetik alanın bozulması (durum değişikliği).

Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar- Sıvı ile gaz veya sıvı ile sıvı arasındaki arayüzde ortaya çıkan çeşitli dalgaların geleneksel adı. Su dalgaları, temel salınım mekanizması (kılcal, yerçekimi vb.) açısından farklılık gösterir, bu da farklı dağılım yasalarına ve bunun sonucunda bu dalgaların farklı davranışlarına yol açar.

Ortam parçacıklarının titreşim yönü ile ilgili olarak:

Boyuna dalgalar - ortamın parçacıkları titreşir paralel dalga yayılımı yönünde (örneğin ses yayılımı durumunda olduğu gibi).

Enine dalgalar - ortamın parçacıkları titreşir dik dalga yayılma yönü (elektromanyetik dalgalar, ortamın ayırma yüzeylerindeki dalgalar).

a - enine; b - boyuna.

Karışık dalgalar.

Dalga cephesinin geometrisine göre:

Dalga yüzeyi (dalga cephesi), zamanın belirli bir noktasında rahatsızlığın ulaştığı noktaların geometrik konumudur. Homojen bir izotropik ortamda, dalga yayılma hızı her yönde aynıdır; bu, ön tarafın tüm noktalarının aynı fazda salındığı, ön tarafın dalga yayılma yönüne dik olduğu, salınım değerlerinin olduğu anlamına gelir. miktar ön tarafın her noktasında aynıdır.

Düz dalga - faz düzlemleri dalga yayılma yönüne dik ve birbirine paraleldir.

Küresel dalga - eşit fazların yüzeyi bir küredir.

Silindirik dalga - fazların yüzeyi bir silindire benzer.

Sarmal dalga - küresel veya silindirik bir dalga kaynağı/kaynakları radyasyon işlemi sırasında belirli bir kapalı eğri boyunca hareket ederse oluşur.

Düzlem dalga

Dalga yüzeyleri, dalganın faz hızına dik, birbirine paralel düzlemler ise, dalgaya düz denir. Eğer x koordinat ekseni, dalga v'nin faz hızı boyunca yönlendirilirse, o zaman dalgayı tanımlayan vektör a olacaktır. yalnızca iki değişkenin fonksiyonu: koordinatlar x ve zaman t (y = f(x,t)).

Homojen bir ortamda X ekseni boyunca zayıflama olmadan yayılan düz monokromatik (tek frekanslı) bir sinüs dalgasını ele alalım. Kaynak (sonsuz düzlem) y= yasasına göre salınırsa, o zaman salınım x koordinatındaki noktaya ulaşacaktır. Bu nedenle zaman gecikmesi.

,Nerede

Dalga fazı hızı – dalga yüzeyinin (ön) hareket hızı,

– dalga genliği – değişen bir miktarın denge konumundan maksimum sapmasının modülü,

– döngüsel frekans, T – salınım periyodu, – dalga frekansı (salınımlara benzer)

k dalga numarasıdır, uzaysal frekans anlamına gelir,

Bir dalganın bir başka özelliği de dalga boyu m'dir, bu, dalganın bir salınım periyodu boyunca yayıldığı mesafedir, uzaysal bir periyot anlamına gelir, bu aynı fazda salınan noktalar arasındaki en kısa mesafedir.

sen

Dalga boyu, zaman ilişkisine benzer bir ilişki ile dalga sayısıyla ilişkilidir.

Dalga sayısı döngüsel frekans ve dalga yayılım hızıyla ilgilidir.

X
sen
sen

Şekiller, belirtilen zaman ve uzay periyotlarıyla birlikte bir dalganın osilogramını (a) ve anlık görüntüsünü (b) göstermektedir. Durağan salınımlardan farklı olarak dalgaların iki ana özelliği vardır: zamansal periyodiklik ve uzaysal periyodiklik.

Dalgaların genel özellikleri:

1. 
   Dalgalar enerji taşır.

2. Dalgalar cisimlere baskı uygular (momentumları vardır).

3. Bir ortamdaki dalganın hızı, dalganın dağılımına bağlıdır. Dolayısıyla, farklı frekanslardaki dalgalar aynı ortamda farklı hızlarda (faz hızı) yayılır.

4. Dalgalar engellerin etrafında bükülür - kırınım.

Kırınım, engelin boyutu dalga boyuyla karşılaştırılabilir olduğunda meydana gelir.

5. İki ortam arasındaki arayüzde dalgalar yansıtılır ve kırılır.

Gelme açısı yansıma açısına eşittir ve gelme açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranı belirli iki ortam için sabit bir değerdir.

6. Tutarlı dalgalar üst üste bindirildiğinde (bu dalgaların herhangi bir noktadaki faz farkı zaman içinde sabittir), girişimde bulunurlar - kararlı bir girişim minimum ve maksimum modeli oluşur.

Dalgalar ve onları harekete geçiren kaynaklar, eğer dalgalar arasındaki faz farkı zamana bağlı değilse uyumlu olarak adlandırılır. Dalgalar ve onları harekete geçiren kaynaklar, eğer dalgalar arasındaki faz farkı zamanla değişiyorsa, tutarsız olarak adlandırılır.

Yalnızca aynı frekansa sahip olan ve aynı yönde salınan dalgalar (yani tutarlı dalgalar) girişimde bulunabilir. Girişim sabit veya sabit olmayabilir. Yalnızca tutarlı dalgalar durağan bir girişim deseni oluşturabilir. Örneğin, su yüzeyindeki iki tutarlı nokta kaynağından yayılan iki küresel dalga, girişim üzerine bir sonuç dalgası üretecektir. Ortaya çıkan dalganın önü bir küre olacaktır.

Dalgalar müdahale ettiğinde enerjileri toplanmaz. Dalgaların girişimi, titreşim enerjisinin ortamın yakın aralıklı çeşitli parçacıkları arasında yeniden dağıtılmasına yol açar. Bu, enerjinin korunumu yasasıyla çelişmez çünkü uzayın geniş bir bölgesi için ortalama olarak ortaya çıkan dalganın enerjisi, girişim yapan dalgaların enerjilerinin toplamına eşittir.

Tutarsız dalgalar üst üste bindirildiğinde, ortaya çıkan dalganın ortalama kare genliği, üst üste bindirilen dalgaların genlik karelerinin toplamına eşittir. Ortamın her noktasının ortaya çıkan salınımlarının enerjisi, tüm tutarsız dalgaların ayrı ayrı neden olduğu salınımlarının enerjilerinin toplamına eşittir.

7. Dalgalar ortam tarafından emilir. Kaynaktan uzaklaştıkça dalga enerjisi kısmen ortama aktarıldığı için dalganın genliği azalır.

8. Dalgalar homojen olmayan bir ortamda dağılmıştır.

Saçılma, ortamın homojen olmaması ve bu ortama yerleştirilen nesnelerin saçılması nedeniyle dalga alanlarının bozulmasıdır. Saçılma yoğunluğu homojensizliklerin boyutuna ve dalga frekansına bağlıdır.

Mekanik dalgalar. Ses. Ses Özellikleri .

Dalga- Uzayda yayılan bir rahatsızlık.

Dalgaların genel özellikleri:

• 
  enerji aktarımı;
• 
  dürtüye sahip olmak (vücutlara baskı uygulamak);
• 
  iki ortamın sınırında yansıtılır ve kırılırlar;
• 
  çevre tarafından emilir;
• 
  kırınım;
• 
  parazit yapmak;
• 
  dağılım;
• 
  Dalgaların hızı, dalgaların içinden geçtiği ortama bağlıdır.

1. 
   Mekanik (elastik) dalgalar.

Mekanik dalgaların özel bir durumu bir sıvının yüzeyindeki dalgalar Bir sıvının serbest yüzeyi boyunca veya birbiriyle karışmayan iki sıvının arayüzünde ortaya çıkan ve yayılan dalgalardır. Sıvının yüzeyinin denge durumundan çıkarılması sonucunda dış etkilerin etkisi altında oluşurlar. Bu durumda dengeyi yeniden sağlayan kuvvetler ortaya çıkar: yüzey gerilimi ve yerçekimi kuvvetleri.

İki tür mekanik dalga vardır

- sözde dalga numarası ,

– dairesel frekans ,

A - Parçacık titreşiminin genliği.

Şekil zaman içinde iki noktada enine dalganın "anlık görüntülerini" göstermektedir: t ve t + Δt. Δt süresi boyunca dalga OX ekseni boyunca υΔt mesafesine doğru hareket etti. Bu tür dalgalara genellikle ilerleyen dalgalar denir.

Dalga boyu λ, aynı fazlarda salınan, OX ekseni üzerindeki iki bitişik nokta arasındaki mesafedir. Dalga, bir T periyodunda λ dalga boyuna eşit bir mesafe kat eder, bu nedenle,

λ = υT, burada υ dalga yayılma hızıdır.

Dalga sürecinin grafiğinde seçilen herhangi bir nokta için (örneğin, A noktası için), zamanla bu noktanın x koordinatı değişir ve ifadenin değeri ωt – kx değişmez. Belirli bir Δt süresinden sonra, A noktası OX ekseni boyunca belirli bir Δx = υΔt mesafesine kadar hareket edecektir. Buradan: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = sabit veya ωΔt = kΔx.

Bundan şu sonuç çıkıyor:

Bu nedenle, ilerleyen bir sinüs dalgasının zaman ve uzayda çift periyodikliği vardır. Zaman periyodu, ortam parçacıklarının salınım periyodu T'ye eşittir, uzaysal periyot ise dalga boyu λ'ya eşittir. Dalga numarası dairesel frekansın uzaysal analogudur.

1. 
   Ses.

Herhangi bir salınım süreci denklemle tanımlanır. Aynı zamanda ses titreşimleri için de türetilmiştir:

Ses dalgalarının temel özellikleri

β - ortamın adyabatik sıkıştırılabilirliği,

ρ - yoğunluk.

1. 
   Ses uygulanıyor

Su altında kullanılan ekolokatörlere sonar veya sonar denir (sonar adı üç İngilizce kelimenin baş harflerinden oluşur: ses - ses; navigasyon - navigasyon; menzil - menzil). Sonarlar, deniz tabanını (profilini, derinliğini) incelemek, su altında derin hareket eden çeşitli nesneleri tespit etmek ve incelemek için vazgeçilmezdir. Onların yardımıyla hem tek tek büyük nesneler veya hayvanlar hem de küçük balık veya kabuklu deniz hayvanı sürüleri kolayca tespit edilebilir.

Ultrasonik dalgalar tıpta teşhis amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrason tarayıcıları bir kişinin iç organlarını incelemenizi sağlar. Ultrason radyasyonu insanlara x ışınlarına göre daha az zararlıdır.

Elektromanyetik dalgalar.

Onların özellikleri.

Elektromanyetik dalga uzayda zamanla yayılan bir elektromanyetik alandır.

Elektromanyetik dalgalar yalnızca hızlı hareket eden yükler tarafından uyarılabilir.

Elektromanyetik dalgaların varlığı, 1864 yılında büyük İngiliz fizikçi J. Maxwell tarafından teorik olarak tahmin edilmiştir. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasının yeni bir yorumunu önerdi ve fikirlerini daha da geliştirdi.

Manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, çevredeki uzayda bir girdap elektrik alanı oluşturur ve zamanla değişen bir elektrik alanı, çevredeki uzayda bir manyetik alan üretir.

Şekil 1. Alternatif bir elektrik alanı, alternatif bir manyetik alan oluşturur ve bunun tersi de geçerlidir.

Maxwell teorisine dayanan elektromanyetik dalgaların özellikleri:

Elektromanyetik dalgalar enine – vektörler ve birbirlerine diktirler ve yayılma yönüne dik bir düzlemde uzanırlar.

Şekil 2. Elektromanyetik dalga yayılımı

Yürüyen dalgadaki elektrik ve manyetik alanlar aynı fazda değişir.

Hareket eden bir elektromanyetik dalgadaki vektörler, sağ-elli vektör üçlüsünü oluşturur.

Vektörlerin salınımları aynı fazda meydana gelir: zamanda aynı anda, uzayın bir noktasında, elektrik ve manyetik alan kuvvetlerinin projeksiyonları maksimum, minimum veya sıfıra ulaşır.

Elektromanyetik dalgalar madde içinde yayılır. terminal hızı

Ortamın dielektrik ve manyetik geçirgenliği nerede (bir elektromanyetik dalganın ortamdaki yayılma hızı bunlara bağlıdır),

Elektrik ve manyetik sabitler.

Elektromanyetik dalgaların boşluktaki hızı

Elektromanyetik enerji akısı yoğunluğu veyayoğunluk J Bir dalganın birim zaman başına birim alan yüzeyinden aktardığı elektromanyetik enerjidir:

,

Elektromanyetik dalgalar polarize edilebilir.

Ayrıca elektromanyetik dalgalar dalgaların tüm temel özelliklerine sahiptir : Enerji aktarırlar, momentuma sahiptirler, iki ortam arasındaki arayüzde yansıtılırlar ve kırılırlar, ortam tarafından emilirler, dağılım, kırınım ve girişim özellikleri gösterirler.

Hertz deneyleri (elektromanyetik dalgaların deneysel tespiti)

Elektromanyetik dalgalar ilk kez deneysel olarak incelendi

1888'de Hertz Bir elektromanyetik salınım jeneratörü (Hertz vibratörü) için başarılı bir tasarım ve bunların rezonanslarını tespit etmek için bir yöntem geliştirdi.

Vibratör, uçlarında bir kıvılcım aralığı oluşturan metal bilyaların bulunduğu iki doğrusal iletkenden oluşuyordu. İndüksiyon bobininden indüktöre yüksek voltaj uygulandığında, boşluktan bir kıvılcım atladı ve boşluğa kısa devre yaptı. Yanması sırasında devrede çok sayıda salınım meydana geldi. Alıcı (rezonatör) kıvılcım aralığına sahip bir telden oluşuyordu. Rezonansın varlığı, vibratörde ortaya çıkan bir kıvılcıma yanıt olarak rezonatörün kıvılcım aralığında kıvılcımların oluşmasıyla ifade edildi.

Böylece Hertz'in deneyleri Maxwell'in teorisine sağlam bir temel oluşturdu. Maxwell'in öngördüğü elektromanyetik dalgaların deneysel olarak gerçekleştiği ortaya çıktı.

RADYO İLETİŞİMİNİN İLKELERİ

Radyo iletişimi – Radyo dalgalarını kullanarak bilgilerin iletilmesi ve alınması.

24 Mart 1896'da, Rusya Fizikokimya Derneği'nin fizik bölümünün bir toplantısında Popov, aletlerini kullanarak, dünyanın ilk iki kelimeli radyogramı "Heinrich Hertz" i ileterek sinyallerin 250 m mesafeden iletildiğini açıkça gösterdi. .

ALICI ŞEMASI A.Ş.

Popov radyotelgraf iletişimini (farklı sürelerdeki sinyallerin iletimi) kullandı, bu tür iletişim yalnızca bir kod kullanılarak gerçekleştirilebilir. Radyo dalgalarının kaynağı olarak Hertz vibratörlü bir kıvılcım vericisi kullanıldı ve alıcı olarak, bir elektromanyetik dalga çarptığında direnci yüzlerce kez düşen, metal dolgulu bir cam tüp olan bir bağdaştırıcı kullanıldı. Tutarlayıcının hassasiyetini arttırmak için bir ucu topraklandı ve diğer ucu Dünya'nın üzerinde yükseltilmiş bir tele bağlandı; antenin toplam uzunluğu dalga boyunun dörtte biri kadardı. Kıvılcım verici sinyali hızla kaybolur ve uzun mesafelere iletilemez.

Radyotelefon iletişimi için (konuşma ve müzik iletimi), yüksek frekanslı modüle edilmiş bir sinyal kullanılır. Düşük (ses) frekanslı bir sinyal bilgi taşır, ancak pratikte yayılmaz ve yüksek frekanslı bir sinyal iyi yayılır, ancak bilgi taşımaz. Modülasyon radyotelefon iletişiminde kullanılır.

Modülasyon – HF ve LF sinyallerinin parametreleri arasında bir yazışma kurma işlemi.

Radyo mühendisliğinde çeşitli modülasyon türleri kullanılır: genlik, frekans, faz.

Genlik modülasyonu - titreşimlerin frekansından çok daha düşük bir frekansta meydana gelen titreşimlerin genliğinde (elektrik, mekanik vb.) meydana gelen bir değişiklik.

Yüksek frekanslı ω harmonik salınımı, düşük frekanslı Ω harmonik salınımıyla genlik olarak modüle edilir (τ = 1/Ω onun periyodudur), t zamandır, A yüksek frekanslı salınımın genliğidir, T ise periyodudur.

AM sinyalini kullanan radyo iletişim devresi

Genlik modülasyon üreteci

RF sinyalinin genliği, LF sinyalinin genliğine göre değiştirilir, ardından modüle edilmiş sinyal, verici anten tarafından yayılır.

Bir radyo alıcısında, alıcı anten radyo dalgalarını alır; rezonans nedeniyle devrenin ayarlandığı sinyal (verici istasyonun taşıyıcı frekansı) izole edilir ve güçlendirilir; Sinyalin düşük frekanslı bileşenini izole etmek için.

Dedektör radyosu

Algılama – yüksek frekanslı bir sinyali düşük frekanslı bir sinyale dönüştürme işlemi. Algılama sonrasında alınan sinyal, verici mikrofona etki eden ses sinyaline karşılık gelir. Düşük frekanslı titreşimler güçlendirildikten sonra sese dönüştürülebilir.

Dedektör (demodülatör)

Diyot alternatif akımı düzeltmek için kullanılır

a) AM sinyali, b) algılanan sinyal

RADAR

Nesnelerin konumlarının ve hareket hızlarının radyo dalgaları kullanılarak tespitine ve kesin olarak belirlenmesine denir. radar . Radarın prensibi, elektromanyetik dalgaların metallerden yansıma özelliğine dayanmaktadır.

1 - dönen anten; 2 - anten anahtarı; 3 - verici; 4 - alıcı; 5 - tarayıcı; 6 - mesafe göstergesi; 7 - yön göstergesi.

Radar için yüksek frekanslı radyo dalgaları (VHF) kullanılır, bunların yardımıyla yönlendirilmiş bir ışın kolaylıkla oluşturulur ve radyasyon gücü yüksektir. Metre ve desimetre aralığında kafes vibratör sistemleri, santimetre ve milimetre aralığında ise parabolik emitörler bulunmaktadır. Konumlandırma hem sürekli (bir hedefi tespit etmek için) hem de darbeli (bir nesnenin hızını belirlemek için) modda gerçekleştirilebilir.

Radarın uygulama alanları:

• 
  Havacılık, uzay bilimi, donanma: Her türlü hava koşulunda ve günün herhangi bir saatinde gemi trafiğinin güvenliği, çarpışmaların önlenmesi, kalkış güvenliği vb. uçak inişleri.
• 
  Askeri işler: düşman uçaklarının veya füzelerinin zamanında tespiti, uçaksavar ateşinin otomatik olarak ayarlanması.
• 
  Gezegenlerin radarı: onlara olan mesafenin ölçülmesi, yörüngelerinin parametrelerinin netleştirilmesi, dönüş periyodunun belirlenmesi, yüzey topografyasının gözlemlenmesi. Eski Sovyetler Birliği'nde (1961) - Venüs, Merkür, Mars, Jüpiter'in radarı. ABD ve Macaristan'da (1946) - Ay yüzeyinden yansıyan bir sinyalin alınmasına ilişkin bir deney.

Telekomünikasyon devresi prensip olarak radyo iletişim devresi ile aynıdır. Aradaki fark, verici ve alıcının çalışmasını senkronize etmek için ses sinyaline ek olarak bir görüntü ve kontrol sinyallerinin (hat değişimi ve çerçeve değişimi) iletilmesidir. Vericide bu sinyaller modüle edilir ve iletilir, alıcıda ise anten tarafından alınır ve her biri işlenmek üzere kendi yoluna gider.

Bir ikonoskop kullanarak bir görüntüyü elektromanyetik dalgalara dönüştürmek için olası şemalardan birini düşünelim:

Optik bir sistem kullanılarak, fotoelektrik etki nedeniyle bir görüntü mozaik ekrana yansıtılır; ekran hücreleri farklı bir pozitif yük kazanır. Elektron tabancası, ekran boyunca hareket eden ve pozitif yüklü hücreleri boşaltan bir elektron ışını üretir. Her hücre bir kapasitör olduğundan, yükteki bir değişiklik, değişen bir voltajın (elektromanyetik salınım) ortaya çıkmasına neden olur. Sinyal daha sonra güçlendirilir ve modülasyon cihazına gönderilir. Bir kineskopta video sinyali tekrar görüntüye dönüştürülür (kineskopun çalışma prensibine bağlı olarak farklı şekillerde).

Televizyon sinyali radyoya göre çok daha fazla bilgi taşıdığı için yüksek frekanslarda (metre, desimetre) çalışma yapılır.

Radyo dalgalarının yayılması.
Radyo dalgası – aralığındaki bir elektromanyetik dalgadır (10 4

Bu aralığın her bölümü, faydalarından en iyi şekilde yararlanılabileceği yerde kullanılır. Farklı aralıklardaki radyo dalgaları farklı mesafelerde hareket eder. Radyo dalgalarının yayılması atmosferin özelliklerine bağlıdır. Dünyanın yüzeyi, troposfer ve iyonosfer de radyo dalgalarının yayılması üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir.

Uzun dalgalar (>1000 m) yayılır:

• 
  Dünyanın küresel yüzeyindeki kırınım nedeniyle 1-2 bin km'ye kadar mesafelerde. Dünyanın çevresini dolaşabilir (Şekil 1). Daha sonra yayılmaları, küresel dalga kılavuzunun yansıma olmadan yönlendirme etkisi nedeniyle gerçekleşir.

İletişim kalitesi:

Alım kararlılığı. Alımın kalitesi günün saatine, yıla veya hava koşullarına bağlı değildir.

Kusurlar:

Dalganın dünya yüzeyinde yayılırken güçlü bir şekilde emilmesi nedeniyle, büyük bir anten ve güçlü bir verici gereklidir.

Atmosferdeki deşarjlar (yıldırım) girişime neden olur.

Kullanımı:

• 
  Seri, radyo yayıncılığı, radyo telgraf iletişimi, radyo navigasyon hizmetleri ve denizaltılarla iletişim için kullanılır.
• 
  Zaman sinyalleri ve hava durumu raporları yayınlayan az sayıda radyo istasyonu vardır.

Orta dalgalar ( =100..1000 m) yayılır:

• 
  Uzun dalgalar gibi, dünya yüzeyinin etrafında bükülme yeteneğine sahiptirler.
• 
  Kısa dalgalar gibi iyonosferden tekrar tekrar yansıyabilirler.

İletişim kalitesi:

• 
  Kısa iletişim aralığı. Orta dalga istasyonları binlerce kilometre mesafeden duyulabilir. Ancak yüksek seviyede atmosferik ve endüstriyel parazit var.

• 
  Resmi ve amatör iletişim için ve ayrıca çoğunlukla yayın için kullanılırlar.

Kısa dalgalar (=10..100 m) yayılır:

• 
  İyonosferden ve dünya yüzeyinden tekrar tekrar yansır (Şekil 2)

Kısa dalgalardaki alım kalitesi büyük ölçüde iyonosferdeki güneş aktivitesinin seviyesi, yılın zamanı ve günün saati ile ilişkili çeşitli süreçlere bağlıdır. Yüksek güçlü vericilere gerek yoktur. İyonosferden geçmedikleri için yer istasyonları ile uzay araçları arasındaki iletişim için uygun değillerdir.

Kullanımı:

• 
  Uzun mesafe iletişimi için. Hareketli nesnelerle televizyon, radyo yayını ve radyo iletişimi için. Bakanlığın telgraf ve telefon radyo istasyonları faaliyet göstermektedir. Bu aralık en “nüfuslu” olanıdır.

Ultra kısa dalgalar (

• 
  Bazen bulutlardan, yapay uydulardan, hatta Ay'dan bile yansıyabilirler. Bu durumda iletişim aralığı biraz artabilir.

Ultra kısa dalgaların alımı, sürekli duyulabilirlik, solmanın olmaması ve çeşitli parazitlerde azalma ile karakterize edilir.

Bu dalgalar üzerinde iletişim yalnızca görüş hattı mesafesinde mümkündür. L(Şekil 7).

Tekrarlayıcı- radyo iletişim hatlarının ara noktalarında bulunan, alınan sinyalleri güçlendiren ve daha da ileten bir cihaz.

Naklen yayın- sinyallerin bir ara noktada alınması, güçlendirilmesi ve aynı veya başka yönde iletilmesi. Aktarma iletişim aralığını artırmak için tasarlanmıştır.

İki aktarma yöntemi vardır: uydu ve karasal.

Uydu:

Aktif bir röle uydusu, bir yer istasyonundan bir sinyal alır, onu güçlendirir ve güçlü bir yönlü verici aracılığıyla sinyali Dünya'ya aynı veya farklı yönde gönderir.

Zemin:

Sinyal, karasal bir analog veya dijital radyo istasyonuna veya bu tür istasyonların ağına iletilir ve ardından aynı veya farklı yönde ileriye doğru gönderilir.

1 – radyo vericisi,

2 – verici anten, 3 – alıcı anten, 4 – radyo alıcısı.

Kullanımı:

• 
  Yapay dünya uyduları ile iletişim için

VHF aşağıdaki aralıklara ayrılmıştır:

metre dalgaları - 10 ila 1 metre arası, gemiler, tekneler ve liman hizmetleri arasındaki telefon iletişimi için kullanılır.

desimetre - Uydu iletişimi için kullanılan 1 metreden 10 cm'ye kadar.

santimetre - 10 ila 1 cm arası, radarda kullanılır.

milimetre - 1 cm'den 1 mm'ye kadar, esas olarak tıpta kullanılır.

7. sınıf fizik dersinde mekanik titreşimleri incelediniz. Genellikle tek bir yerde ortaya çıkan titreşimlerin uzayın komşu bölgelerine yayılması olur. Örneğin, suya atılan bir çakıl taşının titreşimlerinin yayılmasını veya bir depremin merkez üssünden yayılan yer kabuğunun titreşimlerini hatırlayın. Bu gibi durumlarda dalga hareketinden - dalgalardan bahsederler (Şekil 17.1). Bu paragraftan dalga hareketinin özelliklerini öğreneceksiniz.

Mekanik dalgalar yaratın

Bir ucunu dikey bir yüzeye bağlayacağımız, diğer ucunu yukarı ve aşağı hareket ettireceğimiz (salınım) oldukça uzun bir ip alalım. Elden gelen titreşimler ip boyunca yayılacak ve salınım hareketinde giderek daha uzak noktaları kademeli olarak kapsayacak - mekanik bir dalga ip boyunca ilerleyecektir (Şekil 17.2).

Mekanik dalga, titreşimlerin elastik bir ortamda yayılmasıdır*.

Şimdi uzun, yumuşak bir yayı yatay olarak sabitliyoruz ve serbest ucuna bir dizi ardışık darbe uyguluyoruz - yay bobinlerinin yoğunlaşmasından ve seyrekleşmesinden oluşan bir dalga yayda ilerleyecektir (Şekil 17.3).

Yukarıda açıklanan dalgalar görülebilir ancak ses dalgaları gibi mekanik dalgaların çoğu görünmezdir (Şekil 17.4).

İlk bakışta tüm mekanik dalgalar tamamen farklıdır ancak oluşma ve yayılma nedenleri aynıdır.

Mekanik bir dalganın bir ortamda nasıl ve neden yayıldığını buluyoruz

Herhangi bir mekanik dalga, dalganın kaynağı olan salınımlı bir cisim tarafından yaratılır. Salınımlı hareket gerçekleştiren dalga kaynağı, kendisine en yakın ortamın katmanlarını deforme eder (bunları sıkıştırır, gerer veya yer değiştirir). Sonuç olarak, ortamın komşu katmanlarına etki eden ve onların zorlanmış titreşimler gerçekleştirmesine neden olan elastik kuvvetler ortaya çıkar. Bu katmanlar ise sonraki katmanları deforme ederek titreşmelerine neden olur. Yavaş yavaş, ortamın tüm katmanları birbiri ardına salınım hareketine dahil olur - mekanik bir dalga ortam boyunca yayılır.

Pirinç. 17.6. Boyuna dalgada ortamın katmanları dalganın yayılma yönü boyunca salınır.

Enine ve boyuna mekanik dalgaları birbirinden ayırıyoruz

Bir ip boyunca (bkz. Şekil 17.2) ve bir yaydaki (bkz. Şekil 17.3) dalga yayılımını karşılaştıralım.

Halatın bireysel parçaları dalganın yayılma yönüne dik olarak hareket eder (salınır). (Şekil 17.2'de dalga sağdan sola doğru yayılır ve halatın bazı kısımları yukarı ve aşağı hareket eder). Bu tür dalgalara enine denir (Şekil 17.5). Enine dalgalar yayıldığında ortamın bazı katmanları diğerlerine göre kayar. Yer değiştirme deformasyonuna elastik kuvvetlerin yalnızca katılarda ortaya çıkması eşlik eder, bu nedenle enine dalgalar sıvılarda ve gazlarda yayılamaz. Yani enine dalgalar yalnızca katılarda yayılır.

Bir dalga bir yayda yayıldığında, yayın bobinleri dalganın yayılma yönü boyunca hareket eder (salınım yapar). Bu tür dalgalara boyuna denir (Şekil 17.6). Boyuna bir dalga yayıldığında ortamda sıkışma ve çekme deformasyonları meydana gelir (dalganın yayılma yönü boyunca ortamın yoğunluğu artar veya azalır). Herhangi bir ortamda bu tür deformasyonlara elastik kuvvetlerin ortaya çıkması eşlik eder. Bu nedenle boyuna dalgalar katılarda, sıvılarda ve gazlarda yayılır.

Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar ne boyuna ne de eninedir. Sıvı parçacıkların elipsler boyunca hareket ettiği karmaşık bir uzunlamasına-enine karaktere sahiptirler. Hafif bir tahta parçasını denize atıp onun su yüzeyindeki hareketini izlerseniz bunu kolaylıkla doğrulayabilirsiniz.

Dalgaların temel özelliklerini bulma

1. Ortamın bir noktasından diğerine salınım hareketi anında değil, biraz gecikmeyle iletilir, dolayısıyla dalgalar ortamda sonlu bir hızla yayılır.

2. Mekanik dalgaların kaynağı salınan bir cisimdir. Bir dalga yayıldığında, ortamın bazı bölümlerinin salınımları zorlanır, bu nedenle ortamın her bir bölümünün salınımlarının frekansı, dalga kaynağının salınımlarının frekansına eşittir.

3. Mekanik dalgalar boşlukta yayılamaz.

4. Dalga hareketine madde aktarımı eşlik etmez; ortamın bazı kısımları yalnızca denge konumlarına göre salınır.

5. Bir dalganın gelmesiyle ortamın bazı kısımları hareket etmeye başlar (kinetik enerji kazanır). Bu, dalga ilerledikçe enerji aktarımının meydana geldiği anlamına gelir.

Madde aktarımı olmadan enerjinin aktarımı herhangi bir dalganın en önemli özelliğidir.

Dalgaların su yüzeyindeki yayılımını hatırlayın (Şekil 17.7). Hangi gözlemler dalga hareketinin temel özelliklerini doğrulamaktadır?

Titreşimleri karakterize eden fiziksel nicelikleri hatırlıyoruz

Dalga, salınımların yayılmasıdır, dolayısıyla salınımları karakterize eden fiziksel nicelikler (frekans, periyot, genlik) aynı zamanda dalgayı da karakterize eder. Şimdi 7. sınıf materyallerini hatırlayalım:

	Titreşimleri karakterize eden fiziksel büyüklükler
	Salınım frekansı ν	Salınım periyodu T	Salınım genliği A
Tanımlamak	birim zaman başına salınım sayısı	bir salınımın süresi	bir noktanın denge konumundan saptığı maksimum mesafe
Belirleme formülü
	N, t zaman aralığı başına salınım sayısıdır
SI birimi		saniye (ler)

Dikkat etmek! Mekanik bir dalga yayıldığında, dalganın yayıldığı ortamın tüm kısımları, dalga kaynağının salınım frekansına, dolayısıyla periyoda eşit olan aynı frekansla (ν) titreşir.

ortamın tüm noktaları için titreşimler (T) de aynıdır çünkü

Ancak salınımların genliği, dalga kaynağından uzaklaştıkça giderek azalır.

Dalga yayılımının uzunluğunu ve hızını öğrenin

Bir dalganın ip boyunca yayılmasını düşünün. Halatın ucunun bir tam salınım yapmasına izin verin, yani dalga yayılma süresi bir periyoda (t = T) eşit olsun. Bu süre zarfında dalga belirli bir λ mesafesine yayıldı (Şekil 17.8, a). Bu mesafeye dalga boyu denir.

Dalga boyu λ, dalganın T periyoduna eşit bir sürede yayıldığı mesafedir:

burada v dalga yayılma hızıdır. Dalga boyunun SI birimi metredir:

Birbirinden aynı dalga boyunda bulunan ipin noktalarının eşzamanlı olarak salındığını fark etmek kolaydır - aynı salınım fazına sahiptirler (Şekil 17.8, b, c). Örneğin, bir ipin A ve B noktaları eş zamanlı olarak yukarı doğru hareket eder, eş zamanlı olarak dalganın tepe noktasına ulaşır, sonra eş zamanlı olarak aşağıya doğru hareket etmeye başlar vb.

Pirinç. 17.8. Dalga boyu, dalganın bir salınım sırasında kat ettiği mesafeye eşittir (bu aynı zamanda en yakın iki tepe veya en yakın iki çukur arasındaki mesafedir)

λ = vT formülünü kullanarak yayılma hızını belirleyebilirsiniz

dalga yayılımının uzunluğu, frekansı ve hızı arasındaki ilişki için bir formül elde ederiz - dalga formülü:

Bir dalga bir ortamdan diğerine geçerse yayılma hızı değişir, ancak frekans dalganın kaynağı tarafından belirlendiğinden frekans değişmeden kalır. Böylece v = λν formülüne göre bir dalga bir ortamdan diğerine geçtiğinde dalga boyu değişir.

Dalga formülü

Sorunları çözmeyi öğrenme

Görev. Enine bir dalga kordon boyunca 3 m/s hızla yayılıyor. Şek. Şekil 1, zaman içinde bir noktada kordonun konumunu ve dalga yayılma yönünü göstermektedir. Hücrenin kenar uzunluğunun 15 cm olduğunu varsayarsak:

1) genlik, periyot, frekans ve dalga boyu;

Fiziksel problem analizi, çözümü

Dalga eninedir, dolayısıyla kordonun noktaları dalga yayılma yönüne dik olarak salınır (belirli denge konumlarına göre yukarı ve aşağı kayarlar).

1) Şek. Şekil 1'de denge konumundan maksimum sapmanın (A dalgasının genliği) 2 hücreye eşit olduğunu görüyoruz. Bu, A = 2 15 cm = 30 cm anlamına gelir.

Tepe ile çukur arasındaki mesafe sırasıyla 60 cm'dir (4 hücre), en yakın iki tepe arasındaki mesafe (dalga boyu) iki kat daha fazladır. Bu, λ = 2 60 cm = 120 cm = 1,2 m anlamına gelir.

Dalga formülünü kullanarak dalganın frekansını ν ve periyodunu T buluruz:

2) Kordonun noktalarının hareket yönünü bulmak için ek bir yapı yapacağız. Dalganın kısa bir Δt zaman aralığında küçük bir mesafe hareket etmesine izin verin. Dalga sağa doğru kaydığı ve şekli zamanla değişmediği için kordonun noktaları Şekil 2'de gösterilen konumu alacaktır. 2 noktalı çizgi.

Dalga eninedir, yani kordonun noktaları dalganın yayılma yönüne dik olarak hareket eder. Şek. Şekil 2'de K noktasının Δt zaman aralığından sonra başlangıç ​​​​pozisyonundan daha düşük olacağını görüyoruz, bu nedenle hareketinin hızı aşağı doğru yönlendirilmiştir; B noktası daha yükseğe hareket edecektir, bu nedenle hareket hızı yukarı doğru yönlendirilir; C noktası aşağıya doğru hareket edecektir, bu nedenle hareket hızı aşağıya doğru yönlendirilir.

Cevap: A = 30 cm; T = 0,4 sn; ν = 2,5 Hz; λ = 1,2m; K ve C - aşağı, B - yukarı.

Özetleyelim

Elastik bir ortamda titreşimlerin yayılmasına mekanik dalga denir. Ortamın bazı kısımlarının dalganın yayılma yönüne dik olarak titreştiği mekanik bir dalgaya enine denir; ortamın bazı kısımlarının dalganın yayılma yönü boyunca salındığı bir dalgaya boylamsal denir.

Bir dalga uzayda anında değil, belli bir hızla yayılır. Bir dalga yayıldığında, madde aktarılmadan enerji aktarılır. Bir dalganın bir periyoda eşit bir sürede yayıldığı mesafeye dalga boyu denir - bu, eşzamanlı olarak salınan (aynı salınım fazına sahip) en yakın iki nokta arasındaki mesafedir. Dalga yayılımının uzunluğu λ, frekansı ν ve hızı v dalga formülüyle ilişkilidir: v = λν.

Güvenlik soruları

1. Mekanik dalgayı tanımlayın. 2. Mekanik dalganın oluşum ve yayılma mekanizmasını açıklayınız. 3. Dalga hareketinin temel özelliklerini adlandırın. 4. Hangi dalgalara boyuna denir? enine? Hangi ortamlarda yayılırlar? 5. Dalga boyu nedir? Nasıl tanımlanır? 6. Dalga yayılımının uzunluğu, frekansı ve hızı arasında nasıl bir ilişki vardır?

Egzersiz No. 17

1. Şekil 2'deki her dalganın uzunluğunu belirleyin. 1.

2. Okyanusta dalga boyu 270 m'ye ulaşır ve periyodu 13,5 saniyedir. Böyle bir dalganın yayılma hızını belirleyin.

3. Dalganın yayılma hızı ile dalganın yayıldığı ortamın noktalarının hareket hızı çakışıyor mu?

4. Mekanik dalga neden boşlukta yayılmaz?

5. Jeologların yaptığı patlama sonucunda yer kabuğunda saniyede 4,5 km hızla yayılan bir dalga. Dünyanın derin katmanlarından yansıyan dalga, patlamadan 20 saniye sonra Dünya yüzeyinde kaydedildi. Yoğunluğu yer kabuğunun yoğunluğundan keskin bir şekilde farklı olan kaya hangi derinlikte oluşur?

6. Şek. Şekil 2, enine dalganın yayıldığı iki ipi göstermektedir. Her ip, noktalarından birinin titreşim yönünü gösterir. Dalga yayılma yönlerini belirleyin.

7. Şek. Şekil 3'te dalganın yayıldığı iki kordonun konumu ve her dalganın yayılma yönü gösterilmektedir. Her a ve b durumu için şunları belirleyin: 1) genlik, periyot, dalga boyu; 2) belirli bir anda kordonun A, B ve C noktalarının hareket ettiği yön; 3) İpin herhangi bir noktasının 30 saniyede yaptığı salınım sayısı. Hücrenin kenarının 20 cm olduğunu varsayalım.

8. Deniz kıyısında duran bir adam, komşu dalga tepeleri arasındaki mesafenin 15 m olduğunu tespit etmiş ve ayrıca 16 dalga tepesinin kıyıya ulaştığını hesaplamıştır. Dalga yayılma hızını belirleyin.

Bu ders kitabı materyali

Bir dalganın var olabilmesi için bir titreşim kaynağı ve bu dalganın yayılacağı maddi bir ortam veya alan gereklidir. Dalgalar çok çeşitli doğalara sahiptir, ancak benzer modelleri takip ederler.

Fiziksel doğası gereği ayırt etmek:

Bozulmaların yönelimine göre ayırt etmek:

Boyuna dalgalar - Parçacık yer değiştirmesi yayılma yönü boyunca meydana gelir; sıkıştırma sırasında ortamda elastik kuvvetin olması gerekir; her ortamda yayılabilir. Örnekler: ses dalgaları

Enine dalgalar - Parçacık yer değiştirmesi yayılma yönü boyunca meydana gelir; yalnızca elastik ortamlarda yayılabilir; ortamda elastik bir kesme kuvvetinin olması gereklidir; yalnızca katı ortamlarda (ve iki ortamın sınırında) yayılabilir. Örnekler: ipteki elastik dalgalar, sudaki dalgalar

Zamana bağımlılığın doğası gereği ayırt etmek:

Elastik dalgalar - elastik bir ortamda yayılan mekanik dengelemeler (deformasyonlar). Elastik dalga denir harmonik(sinüzoidal) ortamın karşılık gelen salınımları harmonik ise.

Çalışan dalgalar - uzayda enerji aktaran dalgalar.

Dalga yüzeyinin şekline göre : Düzlem, küresel, silindirik dalga.

dalga cephesi- Belirli bir zamanda titreşimlerin ulaştığı noktaların geometrik konumu.

dalga yüzeyi- Aynı fazda salınan noktaların geometrik yeri.

Dalga Özellikleri

Dalga boyu λ - dalganın salınım periyoduna eşit bir sürede yayıldığı mesafe

Dalga A genliği - dalgadaki parçacık salınımlarının genliği

Dalga hızı v - ortamdaki bozuklukların yayılma hızı

Dalga periyodu T - salınım periyodu

Dalga frekansı ν - dönemin karşılıklısı

Yürüyen dalga denklemi

İlerleyen bir dalganın yayılması sırasında, ortamın bozuklukları uzayda sonraki noktalara ulaşırken, dalga enerjiyi ve momentumu aktarır, ancak maddeyi aktarmaz (ortamın parçacıkları uzayda aynı yerde salınmaya devam eder).

Nerede v – hız , φ 0 – başlangıç ​​aşaması , ω – döngüsel frekans , A– genlik

Mekanik dalgaların özellikleri

1. Dalga yansıması – Herhangi bir kaynaktan gelen mekanik dalgalar, iki ortam arasındaki arayüzden yansıtılma özelliğine sahiptir. Bir ortamda yayılan mekanik bir dalga, yolunda herhangi bir engelle karşılaşırsa davranışının doğasını çarpıcı biçimde değiştirebilir. Örneğin, farklı mekanik özelliklere sahip iki ortam arasındaki arayüzde, dalga kısmen yansıtılır ve kısmen ikinci ortama nüfuz eder.

2. Dalga kırılması – Mekanik dalgalar yayıldığında kırılma olgusu da gözlemlenebilir: bir ortamdan diğerine geçerken mekanik dalgaların yayılma yönündeki değişiklik.

3. Dalga kırınımı – dalgaların doğrusal yayılımdan sapması, yani engellerin etrafında bükülmesi.

4. Dalga girişimi – iki dalganın eklenmesi. Birkaç dalganın yayıldığı uzayda, bunların girişimi, salınım genliğinin minimum ve maksimum değerlerine sahip bölgelerin ortaya çıkmasına neden olur.

Mekanik dalgaların girişimi ve kırınımı.

Bir lastik bant veya ip boyunca ilerleyen bir dalga, sabit bir uçtan yansıtılır; bu durumda ters yönde ilerleyen bir dalga belirir.

Dalgalar üst üste geldiğinde girişim meydana gelebilir. Girişim olgusu, tutarlı dalgalar üst üste bindiğinde ortaya çıkar.

Tutarlı ismindedalgalarAynı frekanslara sahip, sabit bir faz farkı olan ve aynı düzlemde salınımlar meydana gelen.

Parazit yapmak tutarlı dalgaların üst üste binmesinin bir sonucu olarak ortamın farklı noktalarındaki salınımların karşılıklı olarak güçlendirilmesi ve zayıflaması ile oluşan, zamanla sabit bir olgudur.

Dalgaların üst üste binmesinin sonucu, salınımların üst üste bindiği aşamalara bağlıdır.

A ve B kaynaklarından gelen dalgalar C noktasına aynı fazda ulaşırsa salınımlar artacaktır; eğer - zıt fazlar varsa, o zaman salınımlarda bir zayıflama gözlenir. Sonuç olarak, uzayda artan ve zayıflayan salınımların değişen alanlarından oluşan istikrarlı bir model oluşur.

Maksimum ve minimum koşullar

A ve B noktalarının salınımları aynı fazda ve eşit genliğe sahipse, o zaman C noktasında ortaya çıkan yer değiştirmenin iki dalganın yolu farkına bağlı olduğu açıktır.

Maksimum koşullar

Bu dalgaların yollarındaki fark tam sayıda dalgaya (yani çift sayıda yarım dalga) eşitse Δd = kλ , Nerede k= 0, 1, 2, ... ise bu dalgaların çakıştığı noktada bir girişim maksimumu oluşur.

Maksimum durum :

bir = 2x0.

Asgari koşul

Bu dalgaların yollarındaki fark tek sayıda yarım dalgaya eşitse, bu, A ve B noktalarından gelen dalgaların antifazda C noktasına varacağı ve birbirini iptal edeceği anlamına gelir.

Minimum koşul:

Ortaya çıkan salınımın genliği bir = 0.

Eğer Δd bir tamsayı yarım dalgaya eşit değilse, o zaman 0< А < 2х 0 .

Dalga kırınımı.

Dalgaların doğrusal yayılımından sapma ve engellerin etrafında bükülme olgusuna ne ad verilir?kırınım.

Dalga boyu (λ) ile engelin boyutu (L) arasındaki ilişki dalganın davranışını belirler. Gelen dalganın uzunluğu engelin boyutundan büyükse kırınım en belirgindir. Deneyler, kırınımın her zaman mevcut olduğunu, ancak bu koşullar altında fark edilebilir hale geldiğini göstermektedir. D<<λ burada d engelin boyutudur.

Kırınım, her zaman meydana gelen herhangi bir nitelikteki dalgaların genel bir özelliğidir, ancak gözlem koşulları farklıdır.

Su yüzeyindeki bir dalga, arkasında bir gölgenin oluştuğu yeterince büyük bir engele doğru yayılır; herhangi bir dalga süreci gözlenmez. Bu özellik limanlarda dalgakıran inşa edilirken kullanılır. Engelin boyutu dalga boyuyla karşılaştırılabilirse engelin arkasında dalgalar gözlemlenecektir. Arkasında dalga sanki hiçbir engel yokmuş gibi yayılır. dalga kırınımı gözlenir.

Kırınım belirtilerinin örnekleri . Evin köşesinde yüksek sesli bir konuşmanın duyulabilirliği, ormandaki sesler, su yüzeyindeki dalgalar.

Duran dalgalar

Duran dalgalar Aynı frekans ve genliğe sahip olmaları durumunda doğrudan ve yansıyan dalganın eklenmesiyle oluşturulur.

Her iki ucu sabitlenmiş bir ipte, süperpozisyonun bir sonucu olarak değerlendirilebilecek karmaşık titreşimler ortaya çıkar ( süperpozisyonlar) Zıt yönlerde yayılan ve uçlarında yansıma ve yeniden yansımalar yaşayan iki dalga. Her iki uca bağlanan tellerin titreşimleri, tüm telli müzik aletlerinin sesini oluşturur. Org boruları da dahil olmak üzere nefesli çalgıların sesinde de çok benzer bir olay meydana gelir.

Dize titreşimleri. Her iki ucu sabitlenmiş gerilmiş bir ipte, enine titreşimler uyarıldığında, duran dalgalar ve düğümler ipin bağlandığı yerlere yerleştirilmelidir. Bu nedenle, dizide heyecanlandıkları gözle görülür yoğunluk yalnızca dalga boyunun yarısı telin uzunluğu boyunca tam sayıya uyan titreşimler.

Bu durum anlamına gelir

Dalga boyları frekanslara karşılık gelir

n = 1, 2, 3...Frekanslar vN denir doğal frekanslar dizeler.

Frekanslarla harmonik titreşimler vN denir doğal veya normal titreşimler . Bunlara harmonikler de denir. Genel olarak bir telin titreşimi çeşitli harmoniklerin üst üste binmesidir.

Duran dalga denklemi :

Koordinatların koşulu sağladığı noktalarda (N= 1, 2, 3, ...), toplam genlik maksimum değere eşittir - bu antinotlar duran dalga. Antinod koordinatları :

Koordinatları koşulu sağlayan noktalarda (N= 0, 1, 2,…), salınımların toplam genliği sıfırdır – Bu düğümler duran dalga. Düğüm koordinatları:

Hareket eden ve yansıyan dalgaların girişimi sırasında duran dalgaların oluşumu gözlenir. Dalganın yansıtıldığı sınırda, yansımanın meydana geldiği ortam daha az yoğunsa (a) bir antinod elde edilir ve daha yoğunsa (b) bir düğüm elde edilir.

Eğer dikkate alırsak ilerleyen dalga , daha sonra yayılma yönünde aktarılan enerji salınım hareketi. Durumunda Aynı durağan enerji aktarımı dalgası yok , Çünkü Aynı genliğe sahip gelen ve yansıyan dalgalar, zıt yönlerde aynı enerjiyi taşır.

Örneğin, her iki ucu sabitlenmiş gerilmiş bir ipte, enine titreşimler uyarıldığında duran dalgalar ortaya çıkar. Ayrıca, sabitleme yerlerinde duran dalganın düğümleri vardır.

Bir ucu açık olan bir hava sütununda (ses dalgası) duran bir dalga oluşturulursa, açık uçta bir antinod, karşı uçta ise bir düğüm oluşur.

Mekanikdalga Fizikte bu, bir elastik ortamda salınan bir cismin enerjisinin maddeyi taşımadan bir noktadan diğerine aktarılmasıyla birlikte bozuklukların yayılması olgusudur.

Moleküller (sıvı, gaz veya katı) arasında elastik etkileşimin olduğu bir ortam, mekanik bozuklukların oluşması için bir ön koşuldur. Bunlar ancak bir maddenin molekülleri enerji aktararak birbirleriyle çarpıştığında mümkündür. Bu tür rahatsızlıklara bir örnek sestir (akustik dalga). Ses havada, suda veya katı maddelerde yayılabilir ancak boşlukta yayılamaz.

Mekanik bir dalga oluşturmak için ortamı denge konumundan çıkaracak bir miktar başlangıç ​​enerjisi gereklidir. Bu enerji daha sonra dalga tarafından iletilecektir. Örneğin az miktarda suya atılan bir taş yüzeyde dalga oluşturur. Yüksek bir çığlık akustik bir dalga yaratır.

Ana mekanik dalga türleri:

• Ses;
• Suyun yüzeyinde;
• Depremler;
• Sismik dalgalar.

Mekanik dalgaların da tüm salınım hareketleri gibi zirveleri ve vadileri vardır. Başlıca özellikleri şunlardır:

• Sıklık. Bu, saniyede meydana gelen titreşimlerin sayısıdır. SI birimleri: [ν] = [Hz] = [s -1 ].
• Dalga boyu. Bitişik tepeler veya vadiler arasındaki mesafe. [λ] = [m].
• Genlik. Ortamdaki bir noktanın denge konumundan en büyük sapması. [Xmaks] = [m].
• Hız. Bu, bir dalganın bir saniyede kat ettiği mesafedir. [V] = [m/sn].

Dalgaboyu

Dalga boyu, aynı fazda salınan, birbirine en yakın noktalar arasındaki mesafedir.

Dalgalar uzayda yayılır. Yayılma yönüne denir ışın ve dalga yüzeyine dik bir çizgi ile gösterilir. Ve hızları aşağıdaki formülle hesaplanır:

Ortamın halihazırda salınımların meydana geldiği kısmını, ortamın henüz salınımların başlamadığı kısmından ayıran dalga yüzeyinin sınırı - dalgaön.

Boyuna ve enine dalgalar

Mekanik dalga türlerini sınıflandırmanın yollarından biri, dalga içindeki ortamdaki tek tek parçacıkların yayılma yönüne göre hareket yönünü belirlemektir.

Parçacıkların dalgalardaki hareket yönüne bağlı olarak:

1. Eninedalgalar. Bu tür dalgalarda ortamın parçacıkları dalga ışınına dik açıyla titreşir. Bir göletteki dalgalanmalar veya bir gitarın titreşen telleri, enine dalgaları temsil etmeye yardımcı olabilir. Bu tür titreşim sıvı veya gazlı bir ortamda yayılamaz çünkü bu ortamların parçacıkları kaotik bir şekilde hareket eder ve hareketlerini dalganın yayılma yönüne dik olarak düzenlemek imkansızdır. Enine dalgalar boyuna dalgalardan çok daha yavaş hareket eder.
2. boyunadalgalar. Ortamın parçacıkları dalganın yayıldığı yönde salınım yapar. Bu türdeki bazı dalgalara sıkıştırma veya sıkıştırma dalgaları denir. Bir yayın uzunlamasına salınımları (periyodik sıkıştırma ve uzatma) bu tür dalgaların iyi bir şekilde görselleştirilmesini sağlar. Boyuna dalgalar en hızlı mekanik dalgalardır. Havadaki ses dalgaları, tsunamiler ve ultrason uzunlamasınadır. Bunlar, yeraltında ve suda yayılan belirli türdeki sismik dalgaları içerir.

Suya bir taş atarak mekanik dalgaların ne olduğunu hayal edebilirsiniz. Üzerinde görünen ve dönüşümlü çöküntüler ve çıkıntılar olan daireler, mekanik dalgaların bir örneğidir. Bunların özü nedir? Mekanik dalgalar, elastik ortamlarda titreşimlerin yayılma sürecidir.

Sıvı yüzeylerdeki dalgalar

Bu tür mekanik dalgalar, moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin ve yerçekiminin sıvı parçacıklar üzerindeki etkisi nedeniyle ortaya çıkar. İnsanlar bu fenomeni uzun zamandır inceliyorlar. En dikkat çekenleri okyanus ve deniz dalgalarıdır. Rüzgar hızı arttıkça değişirler ve yükseklikleri artar. Dalgaların şekli de daha karmaşık hale geliyor. Okyanusta korkutucu boyutlara ulaşabilirler. Gücün en belirgin örneklerinden biri, yoluna çıkan her şeyi silip süpüren bir tsunamidir.

Deniz ve okyanus dalgalarının enerjisi

Kıyıya ulaşan deniz dalgaları keskin bir derinlik değişimiyle birlikte artar. Bazen birkaç metre yüksekliğe ulaşırlar. Böyle anlarda devasa bir su kütlesi, etkisi altında hızla yok edilen kıyı engellerine aktarılır. Sörfün gücü bazen çok büyük değerlere ulaşıyor.

Elastik dalgalar

Mekanikte sadece bir sıvının yüzeyindeki titreşimleri değil aynı zamanda elastik dalgaları da incelerler. Bunlar, içlerindeki elastik kuvvetlerin etkisi altında farklı ortamlarda yayılan rahatsızlıklardır. Böyle bir rahatsızlık, belirli bir ortamdaki parçacıkların denge konumundan herhangi bir sapmasını temsil eder. Elastik dalgaların açık bir örneği, bir ucu bir şeye tutturulmuş uzun bir ip veya lastik tüptür. Sıkıca çekerseniz ve ardından keskin bir yanal hareketle ikinci (güvenliksiz) uçta bir rahatsızlık yaratırsanız, ipin tüm uzunluğu boyunca desteğe doğru nasıl "gittiğini" ve geri yansıdığını görebilirsiniz.

İlk rahatsızlık ortamda bir dalganın ortaya çıkmasına neden olur. Fizikte dalga kaynağı olarak adlandırılan bazı yabancı cisimlerin hareketinden kaynaklanır. Bu, ipi sallayan bir kişinin eli ya da suya atılan bir çakıl taşı olabilir. Kaynağın etkisinin kısa süreli olması durumunda ortamda genellikle tek bir dalga belirir. “Rahatsız edici” uzun dalgalar oluşturduğunda birbiri ardına ortaya çıkmaya başlar.

Mekanik dalgaların oluşma koşulları

Bu tür bir salınım her zaman meydana gelmez. Görünümleri için gerekli bir koşul, çevreyi engelleyen kuvvetlerin, özellikle de esnekliğin bozulduğu anda ortaya çıkmasıdır. Komşu parçacıkları birbirlerinden uzaklaştıklarında birbirine yaklaştırma, birbirlerine yaklaştıklarında ise birbirlerinden uzaklaştırma eğilimindedirler. Rahatsızlığın kaynağından uzaktaki parçacıklara etki eden elastik kuvvetler, onları dengeden çıkarmaya başlar. Zamanla ortamın tüm parçacıkları tek bir salınım hareketine dahil olur. Bu tür salınımların yayılması bir dalgadır.

Elastik bir ortamda mekanik dalgalar

Elastik bir dalgada aynı anda iki tür hareket vardır: parçacık salınımları ve bozuklukların yayılması. Parçacıkları yayılma yönü boyunca salınan mekanik bir dalgaya boyuna denir. Enine dalga, orta parçacıkları yayılma yönü boyunca salınan bir dalgadır.

Mekanik dalgaların özellikleri

Boyuna dalgadaki bozulmalar seyrekleşmeyi ve sıkışmayı temsil eder ve enine dalgada ortamın bazı katmanlarının diğerlerine göre kaymasını (yer değiştirmesini) temsil eder. Basınç deformasyonuna elastik kuvvetlerin ortaya çıkışı eşlik eder. Bu durumda, elastik kuvvetlerin yalnızca katı cisimlerde ortaya çıkmasıyla ilişkilidir. Gaz ve sıvı ortamlarda, bu ortamların katmanlarının kaymasına, bahsedilen kuvvetin ortaya çıkması eşlik etmez. Özellikleri nedeniyle, boyuna dalgalar herhangi bir ortamda yayılabilirken, enine dalgalar yalnızca katı ortamlarda yayılabilir.

Sıvıların yüzeyindeki dalgaların özellikleri

Bir sıvının yüzeyindeki dalgalar ne boyuna ne de eninedir. Boyuna-enine denilen daha karmaşık bir karaktere sahiptirler. Bu durumda, sıvı parçacıklar bir daire içinde veya uzun elipsler boyunca hareket eder. Sıvının yüzeyindeki ve özellikle büyük titreşimlere sahip parçacıklara, dalganın yayılma yönünde yavaş ama sürekli hareketleri eşlik eder. Kıyıda çeşitli deniz ürünlerinin ortaya çıkmasına neden olan, sudaki mekanik dalgaların bu özellikleridir.

Mekanik dalga frekansı

Parçacıklarının titreşimi elastik bir ortamda (sıvı, katı, gaz) uyarılırsa, aralarındaki etkileşim nedeniyle u hızıyla yayılacaktır. Yani gaz veya sıvı ortamda salınan bir cisim varsa, hareketi yanındaki tüm parçacıklara iletilmeye başlayacaktır. Sonrakileri de sürece dahil edecekler vb. Bu durumda, ortamın kesinlikle tüm noktaları, salınan cismin frekansına eşit, aynı frekansta salınmaya başlayacaktır. Bu dalganın frekansıdır. Başka bir deyişle bu miktar, ortamdaki dalganın yayıldığı noktalar olarak nitelendirilebilir.

Bu sürecin nasıl gerçekleştiği hemen belli olmayabilir. Mekanik dalgalar, titreşim hareketinin enerjisinin kaynağından ortamın çevresine aktarılmasıyla ilişkilidir. Bu işlem sırasında, bir dalganın bir noktadan diğerine aktardığı periyodik deformasyonlar adı verilen deformasyonlar ortaya çıkar. Bu durumda ortamın parçacıkları dalga boyunca hareket etmez. Denge pozisyonlarına yakın dalgalanırlar. Bu nedenle mekanik bir dalganın yayılmasına maddenin bir yerden başka bir yere taşınması eşlik etmez. Mekanik dalgaların farklı frekansları vardır. Bu nedenle aralıklara bölünerek özel bir ölçek oluşturuldu. Frekans Hertz (Hz) cinsinden ölçülür.

Temel formüller

Hesaplama formülleri oldukça basit olan mekanik dalgalar, üzerinde çalışılması ilginç bir konudur. Dalganın hızı (υ), ön kısmının hareket hızıdır (belirli bir anda ortamın titreşiminin ulaştığı tüm noktaların geometrik konumu):

burada ρ ortamın yoğunluğudur, G ise elastik modüldür.

Hesaplarken, bir ortamdaki mekanik dalganın hızını, sürece dahil olan ortam parçacıklarının hareket hızıyla karıştırmamalısınız. Yani örneğin havadaki bir ses dalgası, ortalama titreşim hızıyla yayılır. molekülleri 10 m/s iken ses dalgasının normal şartlarda hızı 330 m/s'dir.

Farklı dalga cephesi türleri vardır; en basitleri şunlardır:

Küresel - gaz veya sıvı ortamdaki titreşimlerden kaynaklanır. Dalganın genliği, kaynaktan uzaklaştıkça mesafenin karesiyle ters orantılı olarak azalır.

Düz - dalga yayılma yönüne dik olan bir düzlemdir. Örneğin kapalı bir piston silindirinde salınım hareketleri gerçekleştirdiğinde meydana gelir. Düzlem dalga neredeyse sabit bir genlikle karakterize edilir. Rahatsızlık kaynağından uzaklaştıkça hafif azalması, gaz veya sıvı ortamın viskozite derecesi ile ilişkilidir.

Dalgaboyu

Ortam parçacıklarının salınım periyoduna eşit bir sürede ön kısmının hareket edeceği mesafe kastedilmektedir:

λ = υT = υ/v = 2πυ/ ω,

burada T salınım periyodu, υ dalga hızı, ω döngüsel frekans, ν ortamdaki noktaların salınım frekansıdır.

Mekanik dalganın yayılma hızı tamamen ortamın özelliklerine bağlı olduğundan, bir ortamdan diğerine geçiş sırasında uzunluğu λ değişir. Bu durumda salınım frekansı ν her zaman aynı kalır. Mekanik ve benzeri, yayılmaları sırasında enerji aktarılır, ancak madde aktarılmaz.