ტალღები ყველგან გარს გვახვევს, რადგან ჩვენ ვცხოვრობთ მოძრაობისა და ხმის სამყაროში. რა არის ტალღური პროცესის ბუნება, რა არის ტალღური პროცესების თეორიის არსი? მოდით შევხედოთ ამას ექსპერიმენტების მაგალითით.
ტალღების კონცეფცია ფიზიკაში
საერთო კონცეფცია მრავალი პროცესისთვის არის ხმის არსებობა. განმარტებით, ხმა არის სწრაფი რხევითი მოძრაობების შედეგი, რომელიც იქმნება ჰაერით ან სხვა საშუალების მიერ, რომელიც აღიქმება ჩვენი სმენის ორგანოების მიერ. ამ განმარტების ცოდნით, ჩვენ შეგვიძლია გავაგრძელოთ "ტალღის პროცესის" კონცეფციის განხილვა. არსებობს მთელი რიგი ექსპერიმენტები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ ვიზუალურად განიხილოთ ეს ფენომენი.
ფიზიკაში შესწავლილი ტალღური პროცესები შეიძლება დაფიქსირდეს რადიოტალღების, ბგერითი ტალღების, შეკუმშვის ტალღების სახით ვოკალური სიმების გამოყენებისას. ისინი ვრცელდება ჰაერში.
კონცეფციის ვიზუალურად განსაზღვრისთვის, ჩააგდეთ ქვა გუბეში და დაახასიათეთ ეფექტების გავრცელება. ეს არის გრავიტაციული ტალღის მაგალითი. ეს ხდება სითხის აწევისა და დაცემის გამო.
აკუსტიკა
მთელი განყოფილება სახელწოდებით "აკუსტიკა" ეძღვნება ფიზიკაში ბგერის თვისებების შესწავლას. ვნახოთ, რას ახასიათებს. მოდი საქმეებზე გავამახვილოთ ყურადღება დაპროცესები, რომლებშიც ყველაფერი ჯერ კიდევ გაურკვეველია, პრობლემების შესახებ, რომლებიც ჯერ კიდევ ელოდება გადაჭრას.
აკუსტიკას, ისევე როგორც ფიზიკის სხვა დარგებს, ჯერ კიდევ ბევრი ამოუხსნელი საიდუმლო აქვს. ისინი ჯერ კიდევ არ არის გახსნილი. განვიხილოთ ტალღის პროცესი აკუსტიკაში.
ხმა
ეს კონცეფცია ასოცირდება რხევითი მოძრაობების არსებობასთან, რომლებიც წარმოიქმნება საშუალო ნაწილაკების მიერ. ხმა არის რხევითი პროცესების სერია, რომელიც დაკავშირებულია ტალღების გამოჩენასთან. შეკუმშვისა და შეკუმშვის გარემოში ფორმირების პროცესში ხდება ტალღის პროცესი.
ტალღის სიგრძის ინდიკატორები დამოკიდებულია გარემოს ბუნებაზე, სადაც მიმდინარეობს რხევითი პროცესები. თითქმის ყველა ფენომენი, რომელიც ბუნებაში ხდება, დაკავშირებულია ხმოვანი ვიბრაციებისა და ხმოვანი ტალღების არსებობასთან, რომლებიც ვრცელდება გარემოში.
ნატურაში ტალღის პროცესის განსაზღვრის მაგალითები
ამ მოძრაობებს შეუძლია აცნობოს ტალღის პროცესის ფენომენს. მაღალი სიხშირის ხმის ტალღებს შეუძლია ათასობით კილომეტრის გავლა, მაგალითად, ვულკანის ამოფრქვევისას.
როდესაც ხდება მიწისძვრა, წარმოიქმნება ძლიერი აკუსტიკური და გეოაკუსტიკური ვიბრაციები, რომლებიც შეიძლება დარეგისტრირდეს სპეციალური ხმის მიმღებით.
წყალქვეშა მიწისძვრის დროს ხდება საინტერესო და საშინელი ფენომენი - ცუნამი, რომელიც არის უზარმაზარი ტალღა, რომელიც წარმოიშვა ელემენტების ძლიერი მიწისქვეშა ან წყალქვეშა გამოვლინების დროს.
აკუსტიკის წყალობით შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია ცუნამის მოახლოების შესახებ. ამ ფენომენებიდან ბევრი დიდი ხანია ცნობილია. მაგრამ აქამდე ფიზიკის ზოგიერთი კონცეფციასაჭიროებს ფრთხილად შესწავლას. ამიტომ, საიდუმლოებების შესასწავლად, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ამოხსნილი, სწორედ ბგერითი ტალღები მოდიან სამაშველოში.
ტექტონიკის თეორია
მე-18 საუკუნეში დაიბადა "კატასტროფის ჰიპოთეზა". იმ დროს ცნებები „ელემენტი“და „რეგულარობა“არ იყო დაკავშირებული. შემდეგ მათ აღმოაჩინეს, რომ ოკეანის ფსკერის ასაკი ხმელეთზე გაცილებით ახალგაზრდაა და ეს ზედაპირი მუდმივად განახლდება.
სწორედ ამ დროს, დედამიწაზე ახალი შეხედვის წყალობით, გიჟური ჰიპოთეზა გადაიზარდა თეორიაში "ლითოსფერული ფირფიტების ტექტონიკა", რომელიც აცხადებს, რომ დედამიწის მანტია მოძრაობს და ფირმა ცურავს. ასეთი პროცესი მარადიული ყინულის მოძრაობას ჰგავს.
აღწერილი პროცესის გასაგებად, მნიშვნელოვანია განთავისუფლდეთ სტერეოტიპებისგან და ჩვეული შეხედულებებისგან, გააცნობიეროთ სხვა ტიპის ყოფიერება.
შემდეგი მიღწევები მეცნიერებაში
დედამიწაზე გეოლოგიურ სიცოცხლეს აქვს თავისი დრო და მატერიის მდგომარეობა. მეცნიერებამ მოახერხა მსგავსების ხელახლა შექმნა. ოკეანის ფსკერი გამუდმებით მოძრაობს, რაც იწვევს რღვევებს და ქედის წარმოქმნას, რადგან ახალი მატერია დედამიწის სიღრმიდან ზედაპირზე ამოდის და თანდათან კლებულობს.
ამ დროს ხდება პროცესები ხმელეთზე, როდესაც ლითოსფეროს კოლოსალური ფირფიტები ცურავს დედამიწის მანტიის ზედაპირზე - დედამიწის ზედა ქვის გარსი, რომელიც ატარებს კონტინენტებს და ზღვის ფსკერს.
ასეთი ფირფიტების რაოდენობა დაახლოებით ათია. მანტია მოუსვენარია, ამიტომ ლითოსფერული ფირფიტები იწყებენ მოძრაობას. ლაბორატორიულ პირობებში, ამ პროცესს აქვს მოხდენილი გამოცდილება.
ბუნებაში ის ემუქრება გეოლოგიურ კატასტროფას- მიწისძვრა. ლითოსფერული ფირფიტების მოძრაობის მიზეზი არის გლობალური კონვექციური პროცესები, რომლებიც ხდება დედამიწის სიღრმეში. ადუღების შედეგი იქნება ცუნამი.
იაპონია
დედამიწის სხვა სეისმურად საშიშ უბნებს შორის განსაკუთრებული ადგილი უკავია იაპონიას, კუნძულების ამ ჯაჭვს "ცეცხლის სარტყელს" უწოდებენ.
დედამიწის ფსკერის ამოსუნთქვის შემდეგ, შეიძლება მოსალოდნელი კატასტროფის წინასწარმეტყველება. რხევითი პროცესების შესასწავლად დედამიწის სისქეში შეიყვანეს ულტრა ღრმა საბურღი მოწყობილობა. მან შეაღწია 12 კმ სიღრმეზე და მეცნიერებს საშუალება მისცა გამოეტანათ დასკვნები დედამიწის შიგნით გარკვეული ქანების არსებობის შესახებ.
ელექტრომაგნიტური ტალღის სიჩქარე შეისწავლება მე-9 კლასში ფიზიკის გაკვეთილებზე. აჩვენეთ გამოცდილება ერთმანეთისგან თანაბარ მანძილზე მდებარე წონებთან. ისინი დაკავშირებულია ჩვეულებრივი ფორმის იდენტური ზამბარებით.
თუ პირველ წონას გარკვეულ მანძილზე გადაიტანთ მარჯვნივ, მეორე ცოტა ხანი რჩება იმავე მდგომარეობაში, მაგრამ ზამბარა უკვე იწყებს შეკუმშვას.
ტერმინი "ტალღის" განმარტება
მას შემდეგ, რაც მოხდა ასეთი პროცესი, გაჩნდა ელასტიური ძალა, რომელიც უბიძგებს მეორე წონას. ის მიიღებს აჩქარებას, ცოტა ხანში აიწევს სიჩქარეს, იმოძრავებს ამ მიმართულებით და შეკუმშავს ზამბარას მეორე და მესამე წონას შორის. თავის მხრივ, მესამე მიიღებს აჩქარებას, დაიწყებს აჩქარებას, გადაინაცვლებს და გავლენას მოახდენს მეოთხე გაზაფხულზე. ასე რომ, პროცესი განხორციელდება სისტემის ყველა ელემენტზე.
ამ შემთხვევაში, მეორე დატვირთვის გადაადგილება გასწვრივდრო იქნება უფრო გვიან ვიდრე პირველი. ეფექტი ყოველთვის ჩამორჩება მიზეზს.
ასევე, მეორე დატვირთვის გადაადგილება გამოიწვევს მესამეს გადაადგილებას. ეს პროცესი მარჯვნივ ვრცელდება.
თუ პირველმა წონამ დაიწყო რყევა ჰარმონიული კანონის მიხედვით, მაშინ ეს პროცესი გავრცელდება მეორე წონაზე, მაგრამ დაგვიანებული რეაქციით. ამიტომ, თუ თქვენ გააკეთებთ პირველ წონას ვიბრაციას, შეგიძლიათ მიიღოთ რხევა, რომელიც დროთა განმავლობაში გავრცელდება სივრცეში. ეს არის ტალღის განმარტება.
ტალღების მრავალფეროვნება
წარმოვიდგინოთ ნივთიერება, რომელიც შედგება ატომებისგან, ისინია:
- აქვს მასა - ექსპერიმენტში შემოთავაზებული წონების მსგავსად;
- შეაერთეთ ერთმანეთთან, ქმნიან მყარ სხეულს ქიმიური ბმების მეშვეობით (როგორც განხილული იყო ზამბარის ექსპერიმენტში).
გამოდის, რომ მატერია არის სისტემა, რომელიც ჰგავს გამოცდილ მოდელს. მას შეუძლია მექანიკური ტალღის გავრცელება. ეს პროცესი დაკავშირებულია ელასტიური ძალების გაჩენასთან. ასეთ ტალღებს ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც "ბოუნს".
არსებობს ელასტიური ტალღების ორი ტიპი. მათი დასადგენად შეგიძლიათ აიღოთ გრძელი ზამბარა, დააფიქსიროთ იგი ერთ მხარეს და გაჭიმოთ მარჯვნივ. ამრიგად, თქვენ ხედავთ, რომ ტალღის გავრცელების მიმართულება გაზაფხულის გასწვრივ არის. საშუალო ნაწილაკები ერთი და იგივე მიმართულებით მოძრაობენ.
ასეთ ტალღაში ნაწილაკების რხევის მიმართულების ბუნება ემთხვევა ტალღის გავრცელების მიმართულებას. ამ კონცეფციას ეწოდება "გრძივი ტალღა".
თუ გაზაფხულს გაჭიმავ და მისცემ დროს მისვლასდასვენების მდგომარეობაში, შემდეგ კი მკვეთრად შეცვალეთ პოზიცია ვერტიკალური მიმართულებით, გამოჩნდება, რომ ტალღა ვრცელდება ზამბარის გასწვრივ და ბევრჯერ აირეკლება.
მაგრამ ნაწილაკების რხევის მიმართულება ახლა ვერტიკალურია და ტალღის გავრცელება ჰორიზონტალურია. ეს არის განივი ტალღა. ის შეიძლება არსებობდეს მხოლოდ მყარ სხეულებში.
სხვადასხვა სახის ელექტრომაგნიტური ტალღების სიჩქარე განსხვავებულია. ეს თვისება წარმატებით გამოიყენება სეისმოლოგების მიერ მიწისძვრის წყაროებამდე მანძილის დასადგენად.
როდესაც ტალღა ვრცელდება, ნაწილაკები ირხევა გასწვრივ ან გასწვრივ, მაგრამ ამას თან ახლავს არა მატერიის გადატანა, არამედ მხოლოდ მოძრაობა. ასე რომ მითითებულია სახელმძღვანელოში "ფიზიკა" მე-9 კლასი.
ტალღის განტოლების დახასიათება
ტალღის განტოლება ფიზიკურ მეცნიერებაში არის ერთგვარი წრფივი ჰიპერბოლური დიფერენციალური განტოლება. იგი ასევე გამოიყენება თეორიული ფიზიკის მიერ დაფარული სხვა სფეროებისთვის. ეს არის ერთ-ერთი განტოლება, რომელსაც მათემატიკური ფიზიკა იყენებს გამოთვლებისთვის. კერძოდ, აღწერილია გრავიტაციული ტალღები. გამოიყენება პროცესების აღსაწერად:
- აკუსტიკაში, როგორც წესი, ხაზოვანი ტიპი;
- ელექტროდინამიკაში.
ტალღური პროცესები ნაჩვენებია ერთგვაროვანი ტალღის განტოლების მრავალგანზომილებიანი შემთხვევის გაანგარიშებაში.
სხვაობა ტალღასა და საქანელას შორის
აღსანიშნავი აღმოჩენები მოდის ჩვეულებრივ ფენომენზე ფიქრიდან. გალილეომ თავისი გულის ცემა დროის სტანდარტად მიიღო. ამრიგად, აღმოაჩინეს ქანქარის რხევების პროცესის მუდმივობა - მექანიკის ერთ-ერთი მთავარი დებულება. ისაბსოლუტურად მხოლოდ მათემატიკური ქანქარისთვის - იდეალური რხევითი სისტემა, რომელიც ხასიათდება:
- ბალანსის პოზიცია;
- ძალა, რომელიც უბრუნებს სხეულს წონასწორობის მდგომარეობაში გადახრისას;
- ენერგიის გადასვლა რყევების დროს.
სისტემის წონასწორობიდან გამოსაყვანად აუცილებელია რხევების წარმოქმნის პირობა. ამ შემთხვევაში იტყობინება გარკვეული ენერგია. სხვადასხვა ვიბრაციული სისტემა მოითხოვს სხვადასხვა ტიპის ენერგიას.
რხევა არის პროცესი, რომელიც ხასიათდება სისტემის მოძრაობის ან მდგომარეობის მუდმივი განმეორებით დროის გარკვეულ მონაკვეთებში. რხევის პროცესის მკაფიო დემონსტრირება არის მოძრავი ქანქარის მაგალითი.
ოსცილატორული და ტალღური პროცესები შეინიშნება თითქმის ყველა ბუნებრივ მოვლენაში.ტალღას აქვს საშუალება არღვევს ან ცვლის საშუალო მდგომარეობას, ავრცელებს სივრცეში და ატარებს ენერგიას მატერიის გადაცემის გარეშე. ეს არის ტალღური პროცესების გამორჩეული თვისება; ისინი ფიზიკაში დიდი ხნის განმავლობაში შეისწავლეს. კვლევისას შეგიძლიათ გამოყოთ ტალღის სიგრძე.
ხმოვანი ტალღები შეიძლება არსებობდეს ყველა სფეროში, ისინი არ არსებობენ მხოლოდ ვაკუუმში. ელექტრომაგნიტურ ტალღებს განსაკუთრებული თვისებები აქვს. მათ შეუძლიათ ყველგან არსებობდნენ, თუნდაც ვაკუუმში.
ტალღის ენერგია დამოკიდებულია მის ამპლიტუდაზე. წრიული ტალღა, რომელიც ვრცელდება წყაროდან, ფანტავს ენერგიას სივრცეში, ამიტომ მისი ამპლიტუდა სწრაფად მცირდება.
წრფივი ტალღა აქვს საინტერესო თვისებები. ამიტომ მისი ენერგია არ იფანტება სივრცეშიასეთი ტალღების ამპლიტუდა მცირდება მხოლოდ ხახუნის ძალის გამო.
ტალღის გავრცელების მიმართულება გამოსახულია სხივებით - ხაზებით, რომლებიც პერპენდიკულარულია ტალღის ფრონტზე.
კუთხე ჩავარდნილ სხივსა და ნორმას შორის არის დაცემის კუთხე. ნორმალურ და ასახულ სხივს შორის არის არეკვლის კუთხე. ამ კუთხეების თანასწორობა დაცულია დაბრკოლების ნებისმიერ პოზიციაზე ტალღის ფრონტთან მიმართებაში.
როდესაც საპირისპირო მიმართულებით მოძრავი ტალღები ერთმანეთს ხვდებიან, შეიძლება ჩამოყალიბდეს მდგარი ტალღა.
შედეგები
მდგარი ტალღის მიმდებარე კვანძებს შორის საშუალო ნაწილაკები რხევა იმავე ფაზაში. ეს არის ტალღური პროცესის პარამეტრები, რომლებიც ფიქსირდება ტალღის განტოლებებში. როდესაც ტალღები ხვდებიან, შეიძლება შეინიშნოს მათი ამპლიტუდის ზრდა და შემცირება.
ტალღური პროცესის ძირითადი მახასიათებლების ცოდნით, შესაძლებელია მოცემულ წერტილში მიღებული ტალღის ამპლიტუდის დადგენა. მოდით განვსაზღვროთ, რომელ ფაზაში მოვა ამ წერტილში პირველი და მეორე წყაროს ტალღა. უფრო მეტიც, ფაზები საპირისპიროა.
თუ ბილიკების სხვაობა არის ნახევრად ტალღების უცნაური რაოდენობა, მიღებული ტალღის ამპლიტუდა ამ ეტაპზე მინიმალური იქნება. თუ ბილიკის სხვაობა ნულის ან ტალღის სიგრძის მთელი რიცხვის ტოლია, შეხვედრის წერტილში შეინიშნება მიღებული ტალღის ამპლიტუდის ზრდა. ეს არის ჩარევის ნიმუში, როდესაც ემატება ტალღები ორი წყაროდან.
ელექტრომაგნიტური ტალღების სიხშირე ფიქსირდება თანამედროვე ტექნოლოგიებში. მიმღებმა მოწყობილობამ უნდა დაარეგისტრიროს სუსტი ელექტრომაგნიტური ტალღები. თუ რეფლექტორს დააყენებთ, მეტი ტალღის ენერგია შევა მიმღებში. რეფლექტორული სისტემა დამონტაჟებულია ისე, რომ ქმნის მაქსიმუმსსიგნალი მიმღებ მოწყობილობაზე.
ტალღური პროცესის მახასიათებლები საფუძვლად უდევს თანამედროვე იდეებს სინათლის ბუნებისა და მატერიის სტრუქტურის შესახებ. ამრიგად, მე-9 კლასის ფიზიკის სახელმძღვანელოში მათი შესწავლისას, წარმატებით ისწავლით ამოცანების ამოხსნას მექანიკის დარგიდან.
