Bạn có thể tưởng tượng sóng cơ học là gì bằng cách ném một viên đá vào nước. Các vòng tròn xuất hiện trên nó và là các rãnh và gờ xen kẽ là một ví dụ về sóng cơ học. Thực chất của chúng là gì? Sóng cơ học là quá trình lan truyền dao động trong môi trường đàn hồi.
Sóng trên bề mặt chất lỏng
Những sóng cơ học như vậy tồn tại do ảnh hưởng của lực liên phân tử và lực hấp dẫn lên các phần tử của chất lỏng. Người ta đã nghiên cứu hiện tượng này từ rất lâu. Đáng chú ý nhất là biển và sóng biển. Khi tốc độ gió tăng, chúng thay đổi và chiều cao của chúng tăng lên. Bản thân hình dạng của sóng cũng trở nên phức tạp hơn. Trong đại dương, chúng có thể đạt đến tỷ lệ đáng sợ. Một trong những ví dụ rõ ràng nhất về sức mạnh là cơn sóng thần quét sạch mọi thứ trên đường đi của nó.
Năng lượng của biển và sóng biển
Khi vào bờ, sóng biển dâng lên cùng với sự thay đổi rõ rệt về độ sâu. Đôi khi chúng đạt đến độ cao vài mét. Tại những thời điểm như vậy, động năng của một khối nước khổng lồ được chuyển đến các chướng ngại vật ven biển, chúng nhanh chóng bị phá hủy dưới ảnh hưởng của nó. Sức mạnh của việc lướt sóng đôi khi đạt đến những giá trị lớn.
Sóng đàn hồi
Trong cơ học, không chỉ nghiên cứu dao động trên bề mặt chất lỏng, mà còn nghiên cứu cái gọi là sóng đàn hồi. Đây là những nhiễu động lan truyền trong các phương tiện khác nhau dưới tác dụng của các lực đàn hồi trong chúng. Sự nhiễu loạn như vậy là bất kỳ độ lệch nào của các hạt của một môi trường nhất định khỏi vị trí cân bằng. Một ví dụ điển hình về sóng đàn hồi là một sợi dây dài hoặc ống cao su được gắn vào một thứ gì đó ở một đầu. Nếu bạn kéo nó chặt và sau đó tạo ra nhiễu động ở đầu thứ hai (không cố định) của nó bằng một chuyển động mạnh về bên, bạn có thể thấy cách nó "chạy" dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi dây đến giá đỡ và bị phản xạ trở lại.
Nguồn sóng cơ
Sự nhiễu loạn ban đầu dẫn đến sự xuất hiện của một làn sóng trong môi trường. Nó được gây ra bởi tác động của một số vật thể lạ, trong vật lý được gọi là nguồn của sóng. Nó có thể là bàn tay của một người đang đu dây, hoặc một viên sỏi ném xuống nước. Trong trường hợp khi hoạt động của nguồn trong thời gian ngắn, một sóng đơn thường xuất hiện trong môi trường. Khi "nhiễu động" tạo ra các chuyển động dao động dài, các sóng bắt đầu xuất hiện lần lượt.
Điều kiện để xuất hiện sóng cơ
Loại dao động này không phải lúc nào cũng hình thành. Điều kiện cần thiết cho sự xuất hiện của chúng là sự xuất hiện tại thời điểm nhiễu loạn của các lực ngăn cản nó, cụ thể là tính đàn hồi. Chúng có xu hướng đưa các hạt lân cận lại gần nhau hơn khi chúng di chuyển ra xa nhau và đẩy chúng ra xa nhau khi chúng đến gần nhau. Lực đàn hồi tác dụng lên xanguồn nhiễu loạn của hạt, bắt đầu đưa chúng ra khỏi trạng thái cân bằng. Theo thời gian, tất cả các hạt của môi trường đều tham gia vào một chuyển động dao động. Sự lan truyền của các dao động như vậy là sóng.
Sóng cơ học trong môi trường đàn hồi
Trong sóng đàn hồi có đồng thời 2 dạng chuyển động: dao động hạt và truyền nhiễu loạn. Sóng dọc là sóng cơ học mà các hạt dao động dọc theo phương truyền của nó. Sóng ngang là sóng có các hạt môi trường dao động trên phương truyền của nó.
Tính chất của sóng cơ
Sự xáo trộn trong sóng dọc là sự hiếm hoi nén và nén, và trong sóng ngang, chúng là sự dịch chuyển (dịch chuyển) của một số lớp của môi trường so với những lớp khác. Sự biến dạng nén kèm theo sự xuất hiện của các lực đàn hồi. Trong trường hợp này, biến dạng cắt liên quan đến sự xuất hiện của các lực đàn hồi chỉ có trong chất rắn. Trong môi trường khí và môi trường lỏng, sự chuyển dịch của các lớp của các môi trường này không kèm theo sự xuất hiện của lực đã đề cập. Do đặc tính của chúng, sóng dọc có thể lan truyền trong mọi phương tiện, trong khi sóng ngang chỉ có thể truyền trong chất rắn.
Đặc điểm của sóng trên bề mặt chất lỏng
Sóng trên bề mặt chất lỏng không dọc cũng không ngang. Chúng có một đặc điểm phức tạp hơn, được gọi là theo chiều dọc-ngang. Trong trường hợp này, các hạt chất lỏng chuyển động theo hình tròn hoặc dọc theo các hình elip thuôn dài. Chuyển động tròn của các hạt trên bề mặt chất lỏng, và đặc biệt là trong các dao động lớn, đi kèm với chuyển động chậm nhưng liên tục của chúngchuyển động theo phương truyền sóng. Chính những đặc tính này của sóng cơ học trong nước là nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện của nhiều loại hải sản khác nhau trên bờ.
Tần số sóng cơ
Nếu trong môi trường đàn hồi (lỏng, rắn, khí) các hạt của nó bị kích thích thì do lực tương tác giữa chúng sẽ lan truyền với tốc độ u. Vì vậy, nếu một vật dao động ở trong môi trường khí hoặc lỏng, thì chuyển động của nó sẽ bắt đầu được truyền cho tất cả các hạt bên cạnh nó. Họ sẽ liên quan đến những người tiếp theo trong quá trình và như vậy. Trong trường hợp này, tuyệt đối tất cả các điểm của môi trường sẽ bắt đầu dao động với cùng tần số, bằng tần số của vật dao động điều hòa. Nó là tần số của sóng. Nói cách khác, giá trị này có thể được đặc trưng bằng tần số dao động của các điểm trong môi trường có sóng truyền.
Có thể không rõ ràng ngay lập tức quá trình này xảy ra như thế nào. Sóng cơ học liên quan đến sự truyền năng lượng của chuyển động dao động từ nguồn của nó ra ngoại vi của môi trường. Kết quả là, cái gọi là biến dạng tuần hoàn phát sinh, được truyền bởi sóng từ điểm này đến điểm khác. Trong trường hợp này, bản thân các hạt của môi trường không chuyển động theo sóng. Chúng dao động điều hòa gần vị trí cân bằng. Đó là lý do tại sao sự lan truyền của sóng cơ học không đi kèm với sự truyền vật chất từ nơi này sang nơi khác. Sóng cơ có tần số khác nhau. Do đó, chúng được chia thành các phạm vi và tạo ra một thang đo đặc biệt. Tần số được đo bằng hertz (Hz).
Công thức cơ bản
Sóng cơ học, có công thức tính toán khá đơn giản, là một đối tượng thú vị để nghiên cứu. Tốc độ sóng (υ) là tốc độ chuyển động phía trước của nó (quỹ tích của tất cả các điểm mà môi trường đã đạt được tại thời điểm đó):
υ=√G / ρ, trong đó ρ là khối lượng riêng của môi trường, G là môđun đàn hồi.
Khi tính toán, không được nhầm giữa tốc độ của sóng cơ trong môi trường với tốc độ chuyển động của các hạt trong môi trường tham gia vào quá trình sóng. Vì vậy, ví dụ, một sóng âm trong không khí truyền với tốc độ dao động trung bình của các phân tử của nó là 10 m / s, trong khi tốc độ của sóng âm trong điều kiện bình thường là 330 m / s.
Mặt trước Wave có nhiều dạng, trong đó đơn giản nhất là:
• Hình cầu - gây ra bởi sự dao động trong môi trường khí hoặc lỏng. Trong trường hợp này, biên độ của sóng giảm theo khoảng cách từ nguồn theo tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách.
• Mặt phẳng - là mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ, nó xảy ra trong một xi lanh piston kín khi nó dao động. Một sóng phẳng được đặc trưng bởi một biên độ gần như không đổi. Sự giảm nhẹ của nó theo khoảng cách từ nguồn nhiễu động có liên quan đến mức độ nhớt của môi trường khí hoặc lỏng.
Bước sóng
Dưới bước sóng được hiểu là khoảng cách mà mặt trước của nó sẽ di chuyển trong thời gianbằng chu kỳ dao động của các hạt trong môi trường:
λ=υT=υ / v=2πυ / ω, trong đó T là chu kỳ dao động, υ là tốc độ sóng, ω là tần số chu kỳ, ν là tần số dao động của các điểm trung gian.
Vì tốc độ lan truyền của sóng cơ hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất của môi trường, nên độ dài λ của nó thay đổi trong quá trình chuyển từ môi trường này sang môi trường khác. Trong trường hợp này, tần số dao động ν luôn không đổi. Sóng cơ và sóng điện từ giống nhau ở chỗ khi chúng lan truyền, năng lượng được truyền đi, nhưng không có vật chất nào được truyền đi.
