1. Страница 5. Волны
С давних пор наглядный образ волны всегда ассоциировался с волнами на поверхности
воды. Но волны на воде представляют собой значительно более сложное явление, чем
многие другие волновые процессы — такие, как распространение звука в воздухе. Одни
виды волн можно визуально наблюдать (морские волны, рябь на поверхности воды),
другие виды волн (звуковые, электромагнитные, не относящиеся к диапазону видимого
света) недоступны нашему зрению. Поэтому естественно начинать изучение волнового
движения не с волн на воде, а с более простых случаев.
Основной физической моделью вещества является совокупность движущихся и
взаимодействующих между собой атомов и молекул. Использование этой модели
позволяет объяснить физический механизм переноса энергии в среде. При этом под
средой следует понимать либо вещество, либо поле (например, электромагнитное).
Если в каком-нибудь месте твёрдой, жидкой или газообразной среды возбуждены
колебания частиц, то вследствие взаимодействия атомов и молекул среды колебания
начинают передаваться от одной точки к другой с конечной скоростью.
Механической волной называется процесс распространения колебаний в среде.
Механические волны бывают разных видов. Если в волне частицы среды испытывают
смещение в направлении, перпендикулярном направлению распространения, то волна
называется поперечной.
http://www.youtube.com/watch?v=UG_7kJc80AE&feature=related "Поперечные волны".30 с.
Примером волны такого рода могут служить волны, бегущие по натянутому резиновому
жгуту (рис. 7 а.) или по струне.
Рис. 1. Распространение поперечного волнового импульса по натянутому резиновому
жгуту
Если смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны, то волна
называется продольной. Волны в упругом стержне (рис. 7 б.) или звуковые волны в газе
являются примерами таких волн.
http://www.youtube.com/watch?v=HWU5GZFZlhE&feature=related Демонстрация продольной
волны 15 с

2. Рис. 2. Распространение продольного волнового импульса по упругому стержню
Наличие упругой среды — необходимое условие распространения механических волн.
Продольные волны могут распространяться в любой среде.
Поперечные волны в газах и жидкостях не возникают, так как в них отсутствует
фиксированное положение частиц.
Волны на поверхности жидкости имеют как поперечную, так и продольную компоненты.
Как в поперечных, так и в продольных волнах переноса вещества в направлении
распространения волны не происходит. В процессе распространения частицы среды лишь
совершают колебания около положений равновесия. Однако волны переносят энергию
колебаний от одной точки среды к другой. Волновой процесс — процесс переноса энергии
без переноса вещества.
Как и колебания, волновые процессы различной физической природы (звук,
электромагнитные волны, волны на поверхности жидкости и т. д.) имеют много общего.
Распространение волн различной физической природы можно описывать с помощью
одинаковых математических уравнений. В этом проявляется единство материального
мира.