Lained ümbritsevad meid kõikjal, kuna elame liikumise ja helide maailmas. Mis on laineprotsessi olemus, mis on laineprotsesside teooria olemus? Vaatame seda katsete näitega.
Lainete mõiste füüsikas
Paljude protsesside levinud mõiste on heli olemasolu. Definitsiooni järgi on heli kiirete võnkuvate liikumiste tulemus, mis tekib õhu või muu meie kuulmisorganite poolt tajutava meediumi kaudu. Teades seda määratlust, võime hakata käsitlema mõistet "laineprotsess". On mitmeid katseid, mis võimaldavad teil seda nähtust visuaalselt kaaluda.
Uuritud laineprotsesse füüsikas on häälepaelte kasutamisel vaadeldavad raadiolainete, helilainete, survelainete kujul. Nad levivad õhus.
Mõte visuaalseks määratlemiseks visake kivi lompi ja iseloomustage efektide levikut. See on näide gravitatsioonilainest. See tekib vedeliku tõusu ja languse tõttu.
Akustika
Terve jaotis nimega "Akustika" on pühendatud heli omaduste uurimisele füüsikas. Vaatame, mida see iseloomustab. Keskendume asjadele japrotsessid, milles kõik pole veel selge, probleemide kohta, mis alles ootavad lahendamist.
Akustikal, nagu ka teistel füüsikaharudel, on veel palju lahendamata saladusi. Neid tuleb veel avada. Vaatleme laineprotsessi akustikas.
Heli
Seda kontseptsiooni seostatakse võnkuvate liikumistega, mida tekitavad keskkonna osakesed. Heli on võnkeprotsesside jada, mis on seotud lainete ilmumisega. Kokkusurumise ja harvendamise keskkonnas moodustumise protsessis toimub laineline protsess.
Lainepikkuse indikaatorid sõltuvad keskkonna olemusest, kus võnkeprotsessid toimuvad. Peaaegu kõik looduses esinevad nähtused on seotud helivibratsioonide ja helilainete olemasoluga, mis levivad keskkonnas.
Laineprotsessi määramise näited looduses
Need liigutused võivad teavitada laineprotsessi nähtusest. Kõrgsageduslikud helilained võivad levida tuhandeid kilomeetreid, näiteks vulkaani purskamisel.
Maavärina korral tekivad tugevad akustilised ja geoakustilised vibratsioonid, mida saab registreerida spetsiaalsete helivastuvõtjatega.
Veealuse maavärina ajal leiab aset huvitav ja kohutav nähtus – tsunami, mis on hiiglaslik laine, mis tekkis elementide võimsa maa-aluse või veealuse manifestatsiooni käigus.
Tänu akustikale saate infot tsunami lähenemisest. Paljud neist nähtustest on tuntud juba pikka aega. Kuid siiani mõned füüsika mõistednõuavad hoolikat uurimist. Seetõttu tulevad seni lahendamata saladuste uurimisel appi helilained.
Tektoonika teooria
18. sajandil sündis "katastroofihüpotees". Sel ajal ei olnud mõisted "element" ja "regulaarsus" seotud. Siis avastasid nad, et ookeanipõhja vanus on palju noorem kui maismaa ja seda pinda uuendatakse pidev alt.
Just sel ajal kasvas pöörane hüpotees tänu uuele maakera pilgule teooriaks "Litosfääri plaatide tektoonika", mis väidab, et maa vahevöö liigub ja taevalaotus hõljub. Selline protsess sarnaneb igavese jää liikumisega.
Kirjeldatud protsessi mõistmiseks on oluline vabaneda stereotüüpidest ja harjumuspärastest seisukohtadest, realiseerida teist tüüpi olemist.
Edasised edusammud teaduses
Geoloogilisel elul Maal on oma aeg ja aine olek. Teadusel on õnnestunud sarnasus uuesti luua. Ookeani põhi liigub pidev alt, põhjustades purunemisi ja mäeharjade moodustumist, kuna uus aine tõuseb maa sügavusest pinnale ja jahtub järk-järgult.
Praegu toimuvad maismaal protsessid, kui litosfääri kolossaalsed plaadid hõljuvad maa vahevöö – maa ülemise kivikesta – pinnal, mis kannab kontinente ja merepõhja.
Selliste plaatide arv on umbes kümme. Vahevöö on rahutu, mistõttu litosfääri plaadid hakkavad liikuma. Laboratoorsetes tingimustes on see protsess muljetavaldav.
Looduses ähvardab see geoloogilist katastroofi- maavärin. Litosfääri plaatide liikumise põhjuseks on maa sügavustes toimuvad globaalsed konvektsiooniprotsessid. Keeramise tagajärjeks on tsunami.
Jaapan
Muude maakera seismiliselt ohtlike piirkondade hulgas on Jaapan erilisel kohal, seda saarte ahelat nimetatakse "tulevööndiks".
Maa taevalaotuse hingust jälgides võib ennustada eelseisvat katastroofi. Võnkumisprotsesside uurimiseks viidi maakera paksusesse ülisügav puurseade. See tungis 12 km sügavusele ja võimaldas teadlastel teha järeldusi teatud kivimite olemasolu kohta maa sees.
Elektromagnetlaine kiirust uuritakse 9. klassi füüsikatundides. Näidake kogemusi üksteisest võrdsel kaugusel asuvate raskustega. Need on ühendatud tavalise kujuga identsete vedrudega.
Kui nihutad esimest raskust teatud vahemaa võrra paremale, jääb teine mõneks ajaks samasse asendisse, kuid vedru hakkab juba kokku suruma.
Mõiste "laine" määratlus
Kuna selline protsess on toimunud, on tekkinud elastsusjõud, mis surub teise raskuse. Ta saab kiirenduse, mõne aja pärast võtab kiiruse üles, liigub selles suunas ja surub vedru teise ja kolmanda raskuse vahele. Kolmas omakorda saab kiirenduse, hakkab kiirendama, nihutama ja mõjutama neljandat vedru. Ja nii toimub protsess kõigis süsteemi elementides.
Sel juhul teise koormuse nihkumine möödaaeg saabub hiljem kui esimene. Tagajärg jääb alati põhjusest maha.
Samuti toob teise koormuse nihkumine kaasa kolmanda nihke. See protsess kipub levima paremale.
Kui esimene kaal hakkas harmoonilise seaduse järgi kõikuma, siis see protsess levib ka teisele kaalule, kuid hilinenud reaktsiooniga. Seega, kui paned esimese raskuse vibreerima, võid saada võnkumise, mis aja jooksul ruumis levib. See on laine määratlus.
Lainete mitmekesisus
Kujutagem ette ainet, mis koosneb aatomitest, need on:
- omama massi – nagu katses pakutud kaalud;
- ühendage üksteisega, moodustades keemiliste sidemete kaudu tahke keha (nagu arutati vedruga katses).
Sellest järeldub, et mateeria on süsteem, mis meenutab kogemusest saadud mudelit. See võib levitada mehaanilist lainet. See protsess on seotud elastsete jõudude tekkega. Selliseid laineid nimetatakse sageli "kopsakaks".
Elastseid laineid on kahte tüüpi. Nende määramiseks võite võtta pika vedru, kinnitada selle ühel küljel ja venitada paremale. Nii on näha, et laine levimise suund on piki vedru. Söötme osakesed liiguvad samas suunas.
Sellise laine puhul langeb osakeste võnkesuuna iseloom kokku laine levimise suunaga. Seda mõistet nimetatakse "pikilaineks".
Kui venitate vedru ja annate sellele aega tullapuhkeolekusse ja muutke seejärel järsult asendit vertikaalsuunas, on näha, et laine levib piki vedru ja peegeldub mitu korda.
Kuid osakeste võnkesuund on nüüd vertikaalne ja laine levimine on horisontaalne. See on põiklaine. See võib eksisteerida ainult tahkistes.
Erinevate elektromagnetlainete kiirus on erinev. Seda omadust kasutavad seismoloogid eduk alt maavärinaallikate kauguse määramiseks.
Laine levimisel võnguvad osakesed mööda või risti, kuid sellega ei kaasne aine ülekandumist, vaid ainult liikumine. Nii on see märgitud õpiku "Füüsika" 9. klass.
Lainevõrrandi iseloomustus
Füüsikateaduse lainevõrrand on omamoodi lineaarne hüperboolne diferentsiaalvõrrand. Seda kasutatakse ka muudes teoreetilise füüsikaga hõlmatud valdkondades. See on üks võrranditest, mida matemaatiline füüsika arvutustes kasutab. Eelkõige kirjeldatakse gravitatsioonilaineid. Kasutatakse protsesside kirjeldamiseks:
- akustikas reeglina lineaarne tüüp;
- elektrodünaamikas.
Laineprotsessid kuvatakse homogeense lainevõrrandi mitmemõõtmelise juhtumi arvutuses.
Erinevus laine ja kiigu vahel
Märkimisväärsed avastused tulevad tavalisele nähtusele mõeldes. Galileo võttis aja standardiks oma südamelöögi. Nii avastati pendli võnkumiste protsessi püsivus - üks mehaanika põhisätteid. Seeabsoluutselt ainult matemaatilise pendli jaoks - ideaalne võnkesüsteem, mida iseloomustavad:
- bilansipositsioon;
- jõud, mis viib keha kõrvalekaldumisel tagasi tasakaaluasendisse;
- energia üleminekud kõikumise korral.
Süsteemi tasakaalust välja viimiseks on vajalik tingimus võnkumiste tekkeks. Sel juhul teatatakse teatud energiast. Erinevad vibratsioonisüsteemid nõuavad erinevat tüüpi energiat.
Võnkumine on protsess, mida iseloomustab pidev liikumiste või süsteemi olekute kordamine teatud ajaperioodidel. Võnkumisprotsessi selgeks demonstratsiooniks on pendli kõikumine.
Võnkumis- ja laineprotsesse täheldatakse peaaegu kõigis loodusnähtustes. Laine ülesanne on häirida või muuta keskkonna olekut, levida ruumis ja kanda energiat, ilma et oleks vaja ainet üle kanda. See on laineprotsesside eripära, füüsikas on neid pikka aega uuritud. Uurides saate lainepikkuse esile tõsta.
Heli lained võivad eksisteerida kõigis sfäärides, nad ei eksisteeri ainult vaakumis. Elektromagnetlainetel on erilised omadused. Need võivad eksisteerida kõikjal, isegi vaakumis.
Laine energia sõltub selle amplituudist. Ringlaine, mis levib allikast, hajutab energiat ruumis, mistõttu selle amplituud väheneb kiiresti.
Lineaarsel lainel on huvitavad omadused. Seetõttu ei haju selle energia ruumisselliste lainete amplituud väheneb ainult hõõrdejõu tõttu.
Laine levimise suund on kujutatud kiirtega – joontega, mis on lainefrondiga risti.
Nurk langeva kiire ja normaalkiirguse vahel on langemisnurk. Tavalise ja peegeldunud kiire vahel on peegeldusnurk. Nende nurkade võrdsus säilib takistuse mis tahes asendis lainefrondi suhtes.
Vastusuunas liikuvate lainete kohtumisel võib tekkida seisulaine.
Tulemused
Söötme osakesed seisvalaine külgnevate sõlmede vahel võnguvad samas faasis. Need on lainevõrrandites fikseeritud laineprotsessi parameetrid. Kui lained kohtuvad, võib täheldada nii nende amplituudi suurenemist kui ka langust.
Teades laineprotsessi põhiomadusi, on võimalik määrata tekkiva laine amplituud antud punktis. Teeme kindlaks, millises faasis esimesest ja teisest allikast pärit laine sellesse punkti saabub. Pealegi on faasid vastupidised.
Kui tee vahe on paaritu arv poollaineid, on tulemuseks oleva laine amplituud selles punktis minimaalne. Kui tee erinevus on võrdne nulliga või lainepikkuste täisarvuga, täheldatakse kohtumispunktis saadud laine amplituudi suurenemist. See on interferentsi muster, kui lisatakse kahest allikast pärit lained.
Elektromagnetlainete sagedus on kaasaegses tehnoloogias fikseeritud. Vastuvõttev seade peab registreerima nõrgad elektromagnetlained. Kui panete helkuri, siseneb vastuvõtjasse rohkem laineenergiat. Reflektorsüsteem on paigaldatud nii, et see loob maksimumisignaali vastuvõtvas seadmes.
Laineprotsessi omadused on tänapäevaste ideede aluseks valguse olemuse ja aine struktuuri kohta. Seega saab neid 9. klassi füüsikaõpikus õppides eduk alt õppida lahendama ülesandeid mehaanika erial alt.
