Talasi nas svuda okružuju, jer živimo u svijetu pokreta i zvuka. Koja je priroda talasnog procesa, šta je suština teorije talasnih procesa? Pogledajmo ovo s primjerom eksperimenata.
Koncept talasa u fizici
Uobičajeni koncept za mnoge procese je prisustvo zvuka. Po definiciji, zvuk je rezultat brzih oscilatornih pokreta koje stvara zrak ili drugi medij koji opažaju naši slušni organi. Poznavajući ovu definiciju, možemo nastaviti s razmatranjem koncepta "valnog procesa". Postoji niz eksperimenata koji vam omogućavaju da vizuelno razmotrite ovaj fenomen.
Proučavani talasni procesi u fizici mogu se posmatrati u obliku radio talasa, zvučnih talasa, talasa kompresije pri upotrebi glasnih žica. Šire se zrakom.
Da vizualno definirate koncept, bacite kamen u lokvicu i okarakterizirajte širenje efekata. Ovo je primjer gravitacionog talasa. Nastaje zbog porasta i pada tečnosti.
Akustika
Cijeli dio pod nazivom "Akustika" posvećen je proučavanju svojstava zvuka u fizici. Hajde da vidimo šta to karakteriše. Fokusirajmo se na stvari iprocesi u kojima još nije sve jasno, o problemima koji tek čekaju na rješavanje.
Akustika, kao i druge grane fizike, još uvijek ima mnogo neriješenih misterija. Oni tek treba da budu otvoreni. Hajde da razmotrimo talasni proces u akustici.
Zvuk
Ovaj koncept je povezan sa prisustvom oscilatornih pokreta, koje proizvode čestice medija. Zvuk je niz oscilatornih procesa povezanih s pojavom valova. U procesu formiranja u mediju kompresije i razrjeđivanja dolazi do valnog procesa.
Indikatori talasne dužine zavise od prirode sredine u kojoj se odvijaju oscilatorni procesi. Gotovo sve pojave koje se dešavaju u prirodi povezane su sa prisustvom zvučnih vibracija i zvučnih talasa koji se šire u okolini.
Primjeri određivanja valnog procesa u prirodi
Ova kretanja mogu informisati o fenomenu talasnog procesa. Zvučni talasi visoke frekvencije mogu putovati hiljadama kilometara, kao na primer kada eruptira vulkan.
Kada dođe do zemljotresa, javljaju se jake akustične i geoakustičke vibracije, koje mogu registrovati specijalni zvučni prijemnici.
Tokom podvodnog zemljotresa dešava se zanimljiva i strašna pojava - cunami, koji je ogroman talas koji je nastao tokom snažne podzemne ili podvodne manifestacije elemenata.
Zahvaljujući akustici, možete dobiti informaciju da se približava cunami. Mnogi od ovih fenomena poznati su već dugo vremena. Ali do sada, neki koncepti fizikezahtevaju pažljivo proučavanje. Stoga, za proučavanje misterija koje još nisu riješene, zvučni valovi dolaze u pomoć.
Teorija tektonike
U 18. veku je rođena "hipoteza katastrofe". U to vrijeme pojmovi "elementa" i "regularnosti" nisu bili povezani. Tada su otkrili da je starost okeanskog dna mnogo mlađa od kopna, a ova površina se stalno ažurira.
U to vrijeme je, zahvaljujući novom pogledu na Zemlju, ta luda hipoteza prerasla u teoriju "Tektonike litosferskih ploča", koja kaže da se Zemljin omotač pomiče, a nebeski svod lebdi. Takav proces je sličan kretanju vječnog leda.
Da bismo razumeli opisani proces, važno je da se oslobodimo stereotipa i uobičajenih pogleda, da spoznamo druge tipove bića.
Dalji napredak u nauci
Geološki život na Zemlji ima svoje vrijeme i stanje materije. Nauka je uspjela ponovo stvoriti sličnost. Dno okeana se stalno kreće, uzrokujući pukotine i formiranje grebena dok se nova materija diže iz dubine zemlje na površinu i postepeno se hladi.
U ovom trenutku na kopnu se dešavaju procesi kada kolosalne ploče litosfere plutaju na površini Zemljinog omotača - gornje kamene ljuske zemlje, koja nosi kontinente i morsko dno.
Broj takvih ploča je desetak. Plašt je nemiran, pa se litosferske ploče počinju pomicati. U laboratorijskim uslovima, ovaj proces izgleda kao graciozan doživljaj.
U prirodi prijeti geološkom katastrofom- zemljotres. Razlog za pomicanje litosferskih ploča su globalni konvekcijski procesi koji se javljaju u dubinama zemlje. Rezultat uzavrelog će biti cunami.
Japan
Među ostalim seizmički opasnim područjima zemlje, Japan zauzima posebno mjesto, ovaj lanac ostrva se naziva "pojas vatre".
Pažljivo prateći dah zemaljskog svoda, može se predvidjeti predstojeća katastrofa. Za proučavanje oscilatornih procesa u debljinu zemlje uvedena je ultraduboka bušaća platforma. Prodro je do dubine od 12 km i omogućilo naučnicima da izvuku zaključke o prisustvu određenih stena unutar Zemlje.
Brzina elektromagnetnog talasa se izučava na časovima fizike u 9. razredu. Pokažite iskustvo s utezima koji se nalaze na jednakoj udaljenosti jedan od drugog. Povezani su identičnim oprugama uobičajenog oblika.
Ako prvi uteg pomaknete udesno za određenu udaljenost, drugi ostaje u istom položaju neko vrijeme, ali opruga se već počinje sabijati.
Definicija pojma "val"
Pošto se takav proces dogodio, pojavila se elastična sila koja će gurnuti drugu težinu. Dobit će ubrzanje, nakon nekog vremena će povećati brzinu, krenuti u ovom smjeru i stisnuti oprugu između drugog i trećeg utega. Zauzvrat, treći će dobiti ubrzanje, početi ubrzavati, pomjerati se i utjecati na četvrtu oprugu. I tako će se proces odvijati na svim elementima sistema.
U ovom slučaju, pomak drugog tereta dužvrijeme će nastupiti kasnije od prvog. Posledica uvek zaostaje za uzrokom.
Također, pomjeranje drugog tereta povlači za sobom pomak trećeg. Ovaj proces teži da se širi udesno.
Ako je prva težina počela da fluktuira prema harmonijskom zakonu, onda će se ovaj proces proširiti na drugu težinu, ali sa zakašnjelom reakcijom. Stoga, ako prvi uteg učinite da vibrira, možete dobiti oscilaciju koja će se vremenom širiti u prostoru. Ovo je definicija talasa.
Varieties of waves
Zamislimo supstancu koja se sastoji od atoma, to su:
- imaju masu - poput težine predloženih u eksperimentu;
- pojedinite jedno s drugim, formirajući čvrsto tijelo putem hemijskih veza (kao što je objašnjeno u eksperimentu sa oprugom).
Slijedi da je materija sistem koji liči na model iz iskustva. Može da širi mehanički talas. Ovaj proces je povezan s pojavom elastičnih sila. Takvi talasi se često nazivaju "poskakujući".
Postoje dvije vrste elastičnih valova. Da biste ih odredili, možete uzeti dugu oprugu, popraviti je s jedne strane i istegnuti udesno. Dakle, možete vidjeti da je smjer prostiranja talasa duž opruge. Čestice medija kreću se u istom smjeru.
U takvom talasu, priroda smera oscilovanja čestice poklapa se sa smerom širenja talasa. Ovaj koncept se naziva "longitudinalni talas".
Ako rastegnete oprugu i date joj vremena da dođeu stanje mirovanja, a zatim naglo promeniti položaj u vertikalnom pravcu, videće se da se talas širi duž opruge i da se reflektuje mnogo puta.
Ali pravac oscilacije čestica je sada okomit, a širenje talasa je horizontalno. Ovo je poprečni talas. Može postojati samo u čvrstim materijama.
Brzina elektromagnetnog talasa različite vrste je različita. Ovo svojstvo seizmolozi uspješno koriste za određivanje udaljenosti do izvora potresa.
Kada se talas širi, čestice osciluju duž ili poprečno, ali to nije praćeno prenosom materije, već samo kretanjem. Tako je navedeno u udžbeniku "Fizika" 9. razred.
Karakterizacija talasne jednačine
Talasna jednadžba u fizici je vrsta linearne hiperboličke diferencijalne jednadžbe. Koristi se i za druge oblasti koje pokriva teorijska fizika. Ovo je jedna od jednačina koje matematička fizika koristi za proračune. Posebno su opisani gravitacioni talasi. Koristi se za opisivanje procesa:
- u akustici, po pravilu, linearni tip;
- u elektrodinamici.
Talasni procesi su prikazani u proračunu za višedimenzionalni slučaj homogene talasne jednačine.
Razlika između talasa i ljuljačke
Izuzetna otkrića dolaze iz razmišljanja o običnom fenomenu. Galileo je otkucaje svog srca uzeo kao merilo vremena. Tako je otkrivena konstantnost procesa oscilacija klatna - jedna od glavnih odredbi mehanike. Toapsolutno samo za matematičko klatno - idealan oscilatorni sistem, koji karakteriše:
- balans pozicija;
- sila koja vraća tijelo u njegov ravnotežni položaj kada odstupi;
- prijelazi energije kada dođe do fluktuacije.
Za izvođenje sistema iz ravnoteže neophodan je uslov za nastanak oscilacija. U ovom slučaju se javlja određena energija. Različiti vibracioni sistemi zahtevaju različite vrste energije.
Oscilacija je proces koji se karakteriše stalnim ponavljanjem kretanja ili stanja sistema u određenim vremenskim periodima. Jasna demonstracija oscilatornog procesa je primjer njihajućeg klatna.
Oscilatorni i talasni procesi se zapažaju u skoro svim prirodnim pojavama. Talas ima funkciju remećenja ili promene stanja medija, širenja u prostoru i prenosa energije bez potrebe za prenosom materije. Ovo je karakteristično svojstvo valnih procesa; oni su dugo proučavani u fizici. Kada istražujete, možete istaknuti talasnu dužinu.
Zvučni talasi mogu postojati u svim sferama, oni ne postoje samo u vakuumu. Elektromagnetski talasi imaju posebna svojstva. Mogu postojati svuda, čak i u vakuumu.
Energija talasa zavisi od njegove amplitude. Kružni talas, šireći se od izvora, rasipa energiju u prostoru, pa se njegova amplituda brzo smanjuje.
Linearni val ima zanimljiva svojstva. Stoga se njegova energija ne rasipa u svemiruamplituda takvih talasa se smanjuje samo zbog sile trenja.
Pravac širenja talasa prikazan je zracima - linijama koje su okomite na front talasa.
Ugao između upadne zrake i normale je upadni ugao. Između normalnog i reflektovanog zraka nalazi se ugao refleksije. Jednakost ovih uglova je očuvana na bilo kojoj poziciji prepreke u odnosu na front talasa.
Kada se susreću talasi koji se kreću u suprotnim smerovima, može se formirati stajaći talas.
Rezultati
Čestice medija između susjednih čvorova stojećeg vala osciliraju u istoj fazi. Ovo su parametri talasnog procesa fiksirani u talasnim jednačinama. Kada se talasi sretnu, može se uočiti i povećanje i smanjenje njihovih amplituda.
Poznavajući glavne karakteristike talasnog procesa, moguće je odrediti amplitudu rezultujućeg talasa u datoj tački. Odredimo u kojoj fazi će talas iz prvog i drugog izvora stići u ovu tačku. Štaviše, faze su suprotne.
Ako je razlika putanje neparan broj polutalasa, amplituda rezultujućeg talasa u ovoj tački će biti minimalna. Ako je razlika puta jednaka nuli ili cijelom broju valnih dužina, na mjestu susreta će se primijetiti povećanje amplitude rezultirajućeg vala. Ovo je obrazac interferencije kada se dodaju talasi iz dva izvora.
Frekvencija elektromagnetnih talasa je fiksirana u modernoj tehnologiji. Prijemni uređaj mora registrovati slabe elektromagnetne talase. Ako stavite reflektor, više energije talasa će ući u prijemnik. Reflektorski sistem je ugrađen tako da stvara maksimumsignal na prijemnom uređaju.
Karakteristike talasnog procesa leže u osnovi modernih ideja o prirodi svjetlosti i strukturi materije. Tako, proučavajući ih u udžbeniku fizike za 9. razred, možete uspješno naučiti rješavati zadatke iz oblasti mehanike.
