თქვენ წარმოიდგინეთ რა არის მექანიკური ტალღები წყალში ქვის ჩაგდებით. მექანიკური ტალღების მაგალითია მასზე გამოჩენილი წრეები და მონაცვლეობითი ღეროები და ქედები. რა არის მათი არსი? მექანიკური ტალღები არის ვიბრაციის გავრცელების პროცესი ელასტიურ გარემოში.
ტალღები თხევად ზედაპირებზე
ასეთი მექანიკური ტალღები არსებობს სითხის ნაწილაკებზე ინტერმოლეკულური ძალების და გრავიტაციის გავლენის გამო. ხალხი ამ ფენომენს დიდი ხანია სწავლობს. ყველაზე თვალსაჩინოა ოკეანისა და ზღვის ტალღები. ქარის სიჩქარის მატებასთან ერთად ისინი იცვლებიან და მათი სიმაღლე იზრდება. თავად ტალღების ფორმაც უფრო რთული ხდება. ოკეანეში მათ შეუძლიათ მიაღწიონ საშინელ პროპორციებს. ძალის ერთ-ერთი ყველაზე ნათელი მაგალითია ცუნამი, რომელიც შლის ყველაფერს მის გზაზე.
ზღვისა და ოკეანის ტალღების ენერგია
ნაპირზე მისვლისას ზღვის ტალღები იზრდება სიღრმის მკვეთრი ცვლილებით. ისინი ზოგჯერ რამდენიმე მეტრ სიმაღლეს აღწევენ. ასეთ მომენტებში წყლის კოლოსალური მასის კინეტიკური ენერგია გადადის სანაპირო დაბრკოლებებზე, რომლებიც სწრაფად ნადგურდებიან მისი გავლენით. სერფინგის სიძლიერე ზოგჯერ გრანდიოზულ მნიშვნელობებს აღწევს.
ელასტიური ტალღები
მექანიკაში შეისწავლება არა მხოლოდ სითხის ზედაპირზე არსებული ვიბრაციები, არამედ ე.წ დრეკადი ტალღები. ეს არის არეულობა, რომლებიც ვრცელდება სხვადასხვა მედიაში მათში ელასტიური ძალების მოქმედებით. ასეთი არეულობა არის მოცემული გარემოს ნაწილაკების ნებისმიერი გადახრა წონასწორობის პოზიციიდან. ელასტიური ტალღების კარგი მაგალითია გრძელი თოკი ან რეზინის მილი, რომელიც ერთ ბოლოზეა მიმაგრებული. თუ მას მჭიდროდ მიზიდავთ და შემდეგ შექმნით არეულობას მის მეორე (გაუსწორებელ) ბოლოზე გვერდითი მკვეთრი მოძრაობით, ხედავთ, თუ როგორ „მიდის“ის თოკის მთელ სიგრძეზე საყრდენამდე და აირეკლება უკან..
მექანიკური ტალღების წყარო
საწყისი აშლილობა იწვევს საშუალო ტალღის გამოჩენას. ის გამოწვეულია უცხო სხეულის მოქმედებით, რომელსაც ფიზიკაში ტალღის წყაროს უწოდებენ. ეს შეიძლება იყოს ადამიანის ხელი, რომელიც თოკს ქანაობს, ან წყალში ჩაგდებული კენჭი. იმ შემთხვევაში, როდესაც წყაროს მოქმედება ხანმოკლეა, მედიუმში ხშირად ჩნდება მარტოხელა ტალღა. როდესაც „მომაბეზრებელი“აკეთებს ხანგრძლივ რხევად მოძრაობებს, ტალღები ერთმანეთის მიყოლებით ჩნდება.
პირობები მექანიკური ტალღების წარმოქმნისთვის
ასეთი სახის რხევა ყოველთვის არ ყალიბდება. მათი გარეგნობის აუცილებელი პირობაა მის ხელშემშლელი ძალების საშუალების დარღვევის მომენტში წარმოქმნა, კერძოდ, ელასტიურობა. ისინი მიდრეკილნი არიან დააახლოონ მეზობელი ნაწილაკები ერთმანეთთან დაშორებისას და აშორებენ ერთმანეთს, როცა უახლოვდებიან ერთმანეთს. ელასტიური ძალები, რომლებიც მოქმედებენ შორსნაწილაკების დარღვევის წყარო, დაიწყეთ მათი წონასწორობიდან გამოყვანა. დროთა განმავლობაში გარემოს ყველა ნაწილაკი ჩართულია ერთ რხევად მოძრაობაში. ასეთი რხევების გავრცელება არის ტალღა.
მექანიკური ტალღები დრეკად გარემოში
ელასტიურ ტალღაში ერთდროულად არის 2 ტიპის მოძრაობა: ნაწილაკების რხევები და აშლილობის გავრცელება. გრძივი ტალღა არის მექანიკური ტალღა, რომლის ნაწილაკები ირხევა მისი გავრცელების მიმართულებით. განივი ტალღა არის ტალღა, რომლის საშუალო ნაწილაკები ირხევა მისი გავრცელების მიმართულებით.
მექანიკური ტალღების თვისებები
გრძივი ტალღის პერტურბაციები არის იშვიათი და შეკუმშვა, ხოლო განივი ტალღაში ეს არის საშუალო ზოგიერთი ფენის გადაადგილება (გადაადგილება) სხვებთან შედარებით. შეკუმშვის დეფორმაციას თან ახლავს ელასტიური ძალების გამოჩენა. ამ შემთხვევაში, ათვლის დეფორმაცია დაკავშირებულია ელასტიური ძალების გამოჩენასთან ექსკლუზიურად მყარ სხეულებში. აირისებრ და თხევად გარემოში ამ მედიის შრეების ცვლას არ ახლავს აღნიშნული ძალის გამოჩენა. მათი თვისებებიდან გამომდინარე, გრძივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს ნებისმიერ მედიაში, ხოლო განივი ტალღები შეიძლება გავრცელდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში.
ტალღების თვისებები სითხეების ზედაპირზე
ტალღები სითხის ზედაპირზე არც გრძივია და არც განივი. მათ აქვთ უფრო რთული, ე.წ გრძივი-განივი ხასიათი. ამ შემთხვევაში, სითხის ნაწილაკები მოძრაობენ წრეში ან წაგრძელებული ელიფსების გასწვრივ. ნაწილაკების წრიულ მოძრაობას სითხის ზედაპირზე და განსაკუთრებით დიდი რხევების დროს თან ახლავს მათი ნელი, მაგრამ უწყვეტი მოძრაობა.მოძრაობს ტალღის გავრცელების მიმართულებით. სწორედ წყალში არსებული მექანიკური ტალღების ეს თვისებები იწვევს სხვადასხვა ზღვის პროდუქტების გამოჩენას ნაპირზე.
მექანიკური ტალღის სიხშირე
თუ ელასტიურ გარემოში (თხევადი, მყარი, აირისებრი) მისი ნაწილაკების ვიბრაცია აღგზნებულია, მაშინ მათ შორის ურთიერთქმედების გამო, ის გავრცელდება u სიჩქარით. ასე რომ, თუ რხევადი სხეული არის აირისებრ ან თხევად გარემოში, მაშინ მისი მოძრაობა დაიწყებს მის მიმდებარე ყველა ნაწილაკზე გადაცემას. პროცესში ჩართავენ შემდეგებს და ა.შ. ამ შემთხვევაში, გარემოს აბსოლუტურად ყველა წერტილი დაიწყებს რხევას იგივე სიხშირით, რხევადი სხეულის სიხშირის ტოლი. ეს არის ტალღის სიხშირე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს მნიშვნელობა შეიძლება დახასიათდეს, როგორც წერტილების რხევის სიხშირე გარემოში, სადაც ტალღა ვრცელდება.
შეიძლება დაუყოვნებლივ არ იყოს ნათელი, როგორ ხდება ეს პროცესი. მექანიკური ტალღები დაკავშირებულია რხევითი მოძრაობის ენერგიის გადაცემასთან მისი წყაროდან გარემოს პერიფერიაზე. შედეგად წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებული პერიოდული დეფორმაციები, რომლებსაც ტალღა გადააქვს ერთი წერტილიდან მეორეში. ამ შემთხვევაში, თავად გარემოს ნაწილაკები არ მოძრაობენ ტალღასთან ერთად. ისინი მერყეობენ წონასწორობის პოზიციის მახლობლად. ამიტომ მექანიკური ტალღის გავრცელებას არ ახლავს ნივთიერების გადატანა ერთი ადგილიდან მეორეზე. მექანიკურ ტალღებს განსხვავებული სიხშირე აქვს. ამიტომ ისინი დაიყო დიაპაზონებად და შექმნეს სპეციალური მასშტაბი. სიხშირე იზომება ჰერცში (Hz).
ძირითადი ფორმულები
მექანიკური ტალღები, რომელთა გამოთვლის ფორმულები საკმაოდ მარტივია, საინტერესო ობიექტია შესასწავლად. ტალღის სიჩქარე (υ) არის მისი წინა მოძრაობის სიჩქარე (ყველა წერტილის ლოკუსი, რომელსაც მიაღწია ამ მომენტში გარემოს რხევამ):
υ=√G/ ρ, სადაც ρ არის საშუალო სიმკვრივე, G არის ელასტიურობის მოდული.
გაანგარიშებისას არ აურიოთ გარემოში მექანიკური ტალღის სიჩქარე და საშუალო ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარე, რომლებიც მონაწილეობენ ტალღის პროცესში. ასე, მაგალითად, ჰაერში ბგერითი ტალღა ვრცელდება მისი მოლეკულების საშუალო ვიბრაციის სიჩქარით 10 მ/წმ, ხოლო ბგერის ტალღის სიჩქარე ნორმალურ პირობებში არის 330 მ/წმ..
ტალღის ფრონტი მრავალი ფორმით გამოდის, მათგან ყველაზე მარტივია:
• სფერული - გამოწვეულია აირისებრი ან თხევადი გარემოს რყევებით. ამ შემთხვევაში, ტალღის ამპლიტუდა მცირდება წყაროდან დაშორებით მანძილის კვადრატის უკუპროპორციით.
• ბრტყელი - არის სიბრტყე, რომელიც პერპენდიკულარულია ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე. ეს ხდება, მაგალითად, დახურულ დგუშის ცილინდრში, როდესაც ის რხევა. სიბრტყე ტალღა ხასიათდება თითქმის მუდმივი ამპლიტუდით. მისი უმნიშვნელო შემცირება დარღვევის წყაროდან დაშორებით დაკავშირებულია აირისებრი ან თხევადი გარემოს სიბლანტის ხარისხთან.
ტალღის სიგრძე
ტალღის სიგრძის ქვეშ გასაგებია მანძილი, რომელზედაც გადავა მისი ფრონტი იმ დროს, როდესაცუდრის საშუალო ნაწილაკების რხევის პერიოდს:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, სადაც T არის რხევის პერიოდი, υ არის ტალღის სიჩქარე, ω არის ციკლური სიხშირე, ν არის საშუალო წერტილების რხევის სიხშირე.
რადგან მექანიკური ტალღის გავრცელების სიჩქარე მთლიანად არის დამოკიდებული გარემოს თვისებებზე, მისი სიგრძე λ იცვლება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას. ამ შემთხვევაში, რხევის სიხშირე ν ყოველთვის იგივე რჩება. მექანიკური და ელექტრომაგნიტური ტალღები მსგავსია იმით, რომ მათი გავრცელებისას ენერგია გადადის, მაგრამ მატერია არ გადადის.
