Что является примером продольной волны
9 лучших примеров продольных волн в повседневной жизни
В физике волны относятся к возмущениям в среде, несущей энергию без общего движения частиц. Двумя наиболее распространенными типами волн являются электромагнитные и механические волны. Оба передают информацию, энергию и импульс, но не передают частицы в среде.
Что такое продольные волны?
В продольной волне частицы движутся в среде в том же измерении, что и направление движения волны. Другими словами, смещение частицы параллельно направлению движения волны.
Рисунок 1
При прохождении через среду эти волны создают сжатие и разрежение.
Как вы можете видеть на рис.1, сжатие перемещается слева направо, и энергия передается в том же направлении. Однако ни одна частица не переносится вдоль продольной волны. Вместо этого все они движутся вперед и назад между сжатием, когда волна проходит через среду.
Расстояние между центрами двух последовательных областей (между сжатиями или разрежениями) определяет длину волны продольной волны. Она может производиться в любой среде, включая твердую, жидкую и газовую среду.
Чтобы лучше объяснить это явление, мы перечислили некоторые из лучших примеров продольных волн, которые люди видят в своей повседневной жизни.
9. Вибрационный камертон
Форма: Звуковые волны
Камертон наглядно иллюстрирует, как вибрирующий объект может генерировать звук. Он содержит рукоятку и два зубца, изготовленные из эластичного металла (обычно из стали). Когда вы ударяете по камертону резиновым молотком, его зубцы начинают вибрировать, вызывая возмущения соседних молекул воздуха.
Когда зубец вытягивается наружу из своего нормального положения, окружающий воздух сжимается, создавая область высокого давления (сжатие) рядом с зубцом. Когда зубец затем перемещается внутрь, он расширяет окружающие молекулы воздуха в большую область пространства, которая создает область низкого давления (разрежение) рядом с зубцом.
Пока зубцы вибрируют, они создают чередующийся рисунок областей высокого и низкого давления. Эти области проходят через соседние молекулы воздуха, перенося звуковые сигналы из одного места в другое.
8. Ультразвуковое исследование (Сонография)
Сонограмма плода в утробе матери | Викимедиа
Форма: высокочастотные звуковые волны
Сонография использует ультразвуковые волны для создания изображений внутренних частей тела, таких как кровеносные сосуды, мышцы, суставы, сухожилия и внутренние органы. Эти сонограммы (также называемые ультразвуковыми изображениями) формируются путем передачи ультразвуковых импульсов в ткани с помощью зонда. Импульсы отражаются от тканей с отчетливыми характеристиками отражения и обрабатываются и преобразуются в цифровое изображение.
В отличие от других методов медицинской визуализации, ультразвук дает изображения в реальном времени. Инструменты портативные, менее дорогие и не используют вредное ионизирующее излучение. Тем не менее они обладают ограниченным полем зрения и требуют квалифицированного оператора.
7. Дрожание окон при приближении грома
Форма: звуковые волны
Во время грозы разряды молнии производят мощные и быстрые волны давления, которые распространяются на очень большие расстояния. Когда эти волны достигают вашего дома, они заставляют оконные стекла вибрировать таким же образом, как наша барабанная перепонка вибрирует в ответ на звуковые волны.
В зависимости от характеристик офиса/дома и его окон (таких, как уровень изоляции, структура оконных рам и толщина стекла) вибрирующие оконные стекла могут создавать свой собственный характерный шум. В большинстве случаев это похоже на дребезжание или жужжание.
6. Цунами
Форма: волны на воде (или поверхностные волны)
В отличие от типичных океанских волн, волны цунами возникают, когда вода движется под действием силы тяжести и излучается через океан, как рябь на пруду. В то время как нормальные волны связаны только с движением верхних слоев воды, цунами включает движение всей колонны от морского дна к поверхности.
Когда волны движутся по воде, частицы движутся по кругу. Радиус этих кругов уменьшается по мере увеличения глубины погружения в воду. Это означает, что на большей глубине волны воды действуют как продольные волны. А вблизи поверхности волны воды ведут себя как поперечные волны
5. Неразрушающий контроль
Форма: высокочастотные звуковые волны
Одной из часто используемых методик является ультразвуковой контроль, основанный на распространении ультразвуковых волн в исследуемом материале или объекте. Очень короткие ультразвуковые импульсы с частотой от 0,1 до 50 МГц передаются на компоненты для обнаружения внутренних дефектов или свойств материала.
Поскольку ультразвуковые волны обладают высокой чувствительностью и высокой проникающей способностью, они позволяют обнаруживать чрезвычайно мелкие дефекты, скрытые глубоко в деталях. Этот метод дает немедленные результаты, поэтому инженеры могут принимать точечные решения. Он в основном используется на металлических сплавах и бетоне.
4. Традиционный сабвуфер
Форма: низкочастотные звуки
Сабвуферы предназначены для воспроизведения звуковых частот низкого тона в диапазоне от 20 до 200 Гц для потребительских товаров и менее 100 Гц для профессиональных аудиосистем для живых выступлений. Они никогда не используются в одиночку; вместо этого они расширяют низкочастотный диапазон динамиков, перекрывая более высокие диапазоны частот.
При воспроизведении песни вы можете увидеть небольшие движения в диффузоре НЧ-динамика. На самом деле он движется внутрь и наружу, и если вы попытаетесь закрыть его выход, вы почувствуете давление воздуха на вашей руке. Это происходит потому, что вуферы производят продольные волны, перемещая частицы воздуха внутрь и наружу.
3. Сейсмические волны
Сейсмические волны (желтые стрелки) могут проникать через мантию и ядро
Форма: Сейсмические волны
Сейсмические волны проходят через слои Земли. Они возникают в результате извержений вулканов, землетрясений, крупных оползней, магматических движений и крупных антропогенных взрывов. Существует два типа сейсмических волн, которые проходят через недра Земли: Первичные (Р) и вторичные (S) волны.
Первичные волны (также называемые волнами давления) имеют продольную природу. Они движутся быстрее, чем другие волны (до 8 км/с в мантии и ядре Земли и 6 км/с в земной коре), и поэтому являются первыми сигналами, обнаруженными сейсмографами.
P-волны могут проходить через твердые породы и жидкости (жидкие слои) Земли по особой схеме. Некоторые животные могут слышать P-волны, возникающие в результате землетрясения. Например, кошки и собаки начинают вести себя странно за несколько минут до землетрясения. Напротив, люди могут ощущать только удары и грохот этих волн.
2. Звуковое оружие
Дальнобойное акустическое устройство на американском корабле «Блю Ридж»
Форма: мощные звуковые волны
1. Акустическая микроскопия
Сканирующий акустический микроскоп
Форма: ультравысокочастотный ультразвук
Акустические микроскопы могут проникать в большинство твердых материалов, обнаруживая их внутренние особенности, такие как трещины, пустоты и расслоения. Они работают в диапазоне частот от 10 МГц до 500 МГц.
Сканирующие акустические микроскопы, например, часто используются в биологических и медицинских исследованиях. Они дают данные об эластичности тканей и клеток, что дает бесценную информацию о физических силах, удерживающих структуры в определенных положениях, и механике таких структур, как цитоскелет.
За последнее десятилетие было продемонстрировано несколько акустических микроскопов, основанных на пикосекундных ультразвуковых системах, работающих на частотах ГГц. Они все чаще применяются на наноструктурах, квантовых ямах, а также в одной биологической клетке для зондирования ее механических свойств.
Продольные волны: характеристики, отличия, примеры
Содержание:
В продольные волны они проявляются в материальных средах, в которых частицы колеблются параллельно направлению распространения волны. как будет видно на следующих изображениях. В этом его отличительная черта.
Звуковые волны, определенные волны, возникающие во время землетрясения, и волны, возникающие при землетрясении. обтягивающий или пружина, когда ей дается небольшой импульс в том же направлении, что и ее ось, являются хорошими примерами таких волн.
Звук возникает, когда объект (например, камертон фигуры, музыкальный инструмент или просто голосовые связки) вибрирует в среде, способной передавать возмущение посредством вибрации его молекул. Подходящей средой является воздух, а также жидкости и твердые вещества.
Возмущение многократно изменяет давление и плотность среды. Таким образом, волна вызывает сжатия и расширения (разрежения) в молекулах среды, поскольку энергия движется с определенной скоростью. v.
Эти изменения давления воспринимаются ухом через колебания барабанной перепонки, которые нервная сеть отвечает за преобразование в крошечные электрические токи. Достигнув мозга, он интерпретирует их как звуки.
В продольной волне непрерывно повторяющийся узор называется цикл, а его продолжительность период волны. Также есть амплитуда, которая представляет собой максимальную интенсивность и измеряется в соответствии с величиной, взятой в качестве эталона, в случае звука это может быть изменение давления в среде.
Как в океанских волнах появляются продольные волны?
В водном теле волны возникают по нескольким причинам (изменение давления, ветер, гравитационное взаимодействие с другими звездами). Таким образом, морские волны можно разделить на:
Описание этих волн довольно сложное. В общих чертах, в глубоких водах волны движутся продольно, вызывая периодические сжатия и расширения среды, как описано в начале.
Однако на поверхности моря дела обстоят немного иначе, поскольку так называемые поверхностные волны, сочетающие в себе характеристики продольных и поперечных волн. Поэтому волны, движущиеся в глубине водной среды, сильно отличаются от волн, движущихся на поверхности.
Бревно, плавающее на поверхности моря, имеет возвратно-поступательное или слегка вращательное движение. Действительно, когда волны разбиваются о берег, преобладают продольные компоненты волны, и, поскольку бревно реагирует на движение молекул воды, которые его окружают, его также можно наблюдать, приходя и уходя на поверхность.
Связь между глубиной и длиной волны
Факторами, определяющими тип создаваемой волны, являются: глубина воды и длина морской волны. Если глубина воды в данной точке называется d, а длина волны λ, волны переходят от продольных к поверхностным, когда:
Теорема о факторах: объяснение, примеры, упражнения
Четные числа: как их распознать, примеры, упражнения
Длина волны
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Волна: продольная и поперечная
Начнем с того, что волна — это распространение колебания в пространстве.
Волны бывают механическими и электромагнитными.
Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.
Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.
Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только звуковая волна со скоростью 𝑣 = 330 м/с достигнет ваших ушей.
Если приложить ухо к рельсу, то это произойдет значительно быстрее, потому что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе. Кстати, под водой скорость звука больше, чем в воздухе, но меньше, чем в твердых телах.
Если вы когда-нибудь трогали музыкальную колонку, то знаете, что звук чувствуется и на ощупь.
Электромагнитные волны — это те волны, которые мы потрогать не можем.
Для них работают все те же самые законы, просто их скорость значительно больше и равна скорости света 𝑣 = 3*10^8 м/с. И источники у них разные.
Волны также принято делить на продольные и поперечные:
Продольные — это те волны, у которых колебание происходит вдоль направления распространения волны.
Поперечные — волны, у которых колебание происходит поперек направления распространения волны.
Длина волны: определение и расчет
Конечно, у любой волны есть характеристики. Одна из таких характеристик — это длина волны.
Длиной волны называется расстояние между двумя точками этой волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то это расстояние между двумя «гребнями».
Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания.
Период — это время, за которое происходит одно колебание. То есть, если дано время распространения волны и количество колебаний, можно рассчитать период.
Формула периода колебания волны
T = t/N
N — количество колебаний [-]
Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.
Связь со скоростью
Чтобы вывести формулу скорости через длину волны, нужно вспомнить формулу скорости из кинематики — это раздел физики, в котором изучается движение тел без учета внешнего воздействия).
Формула скорости
𝑣 = S/t
Переходя к волнам, можно провести следующие аналогии:
А для скорости даже аналогия не нужна — скорость и Африке скорость.
Формула скорости волны
𝑣 = λ/T
Задачка
Лодка совершает колебания на волнах. За 40 с она совершила 10 колебаний. Какова скорость распространения волны, если расстояние между соседними гребнями волны равно 1 м?
Решение:
Резонанс
Если громко говорить в одном помещении с гитарой — можно услышать, как на ней начал играть призрак. На самом деле частота струны совпала с частотой голоса и возник резонанс.
На графике ниже можно увидеть, что на некоторой частоте резко увеличивается амплитуда. Эта частота называется частотой резонанса.
Частота — это величина, обратная периоду. Она показывает, за какое время происходит одно колебание.
Формула частоты
ν = N/t
N — количество колебаний [-]
В мире существует очень много историй про то, как солдаты шли в ногу по мосту, он впал в резонанс и все провалились. А вот еще одна история про гидрологов — как говорится, из первых уст🙂
Команда гидрологов — специалистов по внутренним водам — работала на Алтае и изучала местную реку. Через реку был протянут веревочный мост, а по центру моста стояла лебедка, которая помогает поднять пробу воды из речки, не спускаясь до нее.
В один из дней экспедиции начался сильный, почти штормовой, ветер. Исследователи работали на мосту, а когда поняли, что находиться на веревочной конструкции в такой сильный ветер небезопасно, начали с него уходить. Как только последний человек из команды сделал шаг с моста на землю, мост вместе с лебедкой разнесло в щепки. Это произошло из-за того, что частота ветра совпала с собственной частотой раскачивающегося моста. Хорошо, что история закончилась именно так.
Продольные и поперечные волны
Продольные волны
Причиной возникновения продольной волны является деформация сжатия/растяжения, т.е. сопротивление среды изменению ее объема. В жидкостях или газах такая деформация сопровождается разрежением или уплотнением частиц среды. Продольные волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных.
Примерами продольных волн являются волны в упругом стержне или звуковые волны в газах.
Поперечные волны
Причиной поперечной волны является деформация сдвига одного слоя среды относительно другого. При распространении поперечной волны в среде образуются гребни и впадины. Жидкости и газы, в отличие от твердых тел, не обладают упругостью по отношению к сдвигу слоев, т.е. не оказывают сопротивления изменению формы. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердых телах.
Примерами поперечных волн могут служить волны, бегущие по натянутой веревке или по струне.
Волны на поверхности жидкости не являются ни продольными, ни поперечными. Если бросить на поверхность воды поплавок, то можно увидеть, что он движется, покачиваясь на волнах, по круговой траектории. Таким образом, волна на поверхности жидкости имеет как поперечную, так и продольную компоненты. На поверхности жидкости также могут возникать волны особого типа – так называемые поверхностные волны. Они возникают в результате действия силы тяжести и силы поверхностного натяжения.
Рис.1. Продольные (а) и поперечные (б) механические волны
Примеры решения задач
| Задание | Определить направление распространения поперечной волны, если поплавок  в некоторый момент времени  имеет направление скорости, указанное на рисунке. |
Начертим поверхность волны вблизи поплавка через некоторый промежуток времени 
, учитывая, что за это время поплавок опустился вниз, так как его скорость в момент времени была направлена вниз. Продолжив линию вправо и влево, покажем положение волны в момент времени 
. Сравнив положение волны в начальный момент времени (сплошная линия) и в момент времени (пунктирная линия), делаем вывод о том, что волна распространяется влево.
Что является примером продольной волны
Пусть колеблющееся тело находится в среде, все частицы которой связаны между собой. Соприкасающиеся с ним частицы среды придут в колебательное движение, в результате чего в прилегающих к этому телу участках среды возникают периодические деформации (например, сжатие и растяжение). При деформациях в среде появляются упругие силы, которые стремятся вернуть частицы среды в первоначальное состояние равновесия.
Таким образом, периодические деформации, которые появились в каком-нибудь месте упругой среды, будут распространяться с некоторой скоростью, зависящей от свойств среды. При этом частицы среды не вовлекаются волной в поступательное движение, а совершают колебательные движения около своих положений равновесия, от одних участков среды к другим передается только упругая деформация.
Процесс распространения колебательного движения в среде называется волновым процессом или просто волной. Иногда эту волну называют упругой, потому что она обусловлена упругими свойствами среды.
В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны, различают продольные и поперечные волны. Интерактивная демонстрация поперечной и продольной волны
Продольная волна – это волна, в которой частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны.
Продольную волну можно наблюдать на длинной мягкой пружине большого диаметра. Ударив по одному из концов пружины, можно заметить, как по пружине будут распространяться последовательные сгущения и разрежения ее витков, бегущие друг за другом. На рисунке точками показано положение витков пружины в состоянии покоя, а затем положения витков пружины через последовательные промежутки времени, равные четверти периода.
Рассмотрим подробнее процесс образования поперечных волн. Возьмем в качестве модели реального шнура цепочку шариков (материальных точек), связанных друг с другом упругими силами. На рисунке изображен процесс распространения поперечной волны и показаны положения шариков через последовательные промежутки времени, равные четверти периода.
В начальный момент времени (t0 = 0) все точки находятся в состоянии равновесия. Затем вызываем возмущение, отклонив точку 1 от положения равновесия на величину А и 1-я точка начинает колебаться, 2-я точка, упруго связанная с 1-й, приходит в колебательное движение несколько позже, 3-я — еще позже и т.д. Через четверть периода колебания ( t 2 = T 4 ) распространятся до 4-й точки, 1-я точка успеет отклониться от своего положения равновесия на максимальное расстояние, равное амплитуде колебаний А. Через половину периода 1-я точка, двигаясь вниз, возвратится в положение равновесия, 4-я отклонилась от положения равновесия на расстояние, равное амплитуде колебаний А, волна распространилась до 7-й точки и т.д.
Демонстрация распространения поперечной волны
Вид волны зависит от вида деформации среды. Продольные волны обусловлены деформацией сжатия — растяжения, поперечные волны — деформацией сдвига. Поэтому в газах и жидкостях, в которых упругие силы возникают только при сжатии, распространение поперечных волн невозможно. В твердых телах упругие силы возникают и при сжатии (растяжении) и при сдвиге, поэтому в них возможно распространение как продольных, так и поперечных волн.
Как показывают рисунки, и в поперечной и в продольной волнах каждая точка среды колеблется около своего положения равновесия и смещается от него не более чем на амплитуду, а состояние деформации среды передается от одной точки среды к другой. Важное отличие упругих волн в среде от любого другого упорядоченного движения ее частиц заключается в том, что распространение волн не связано с переносом вещества среды.
Следовательно, при распространении волн происходит перенос энергии упругой деформации и импульса без переноса вещества. Энергия волны в упругой среде состоит из кинетической энергии совершающих колебания частиц и из потенциальной энергии упругой деформации среды.