Физика > Отражение
Рассмотрите условия стоячей волны: роль и график отражения, особенности движения поперечных волн, длина и пучность, характеристика и свойства волн, амплитуда.
Если поперечные волны сталкиваются на одном конце, то отражаются, а если падающая волна сталкивается с отраженной, то создаются помехи.
Задача обучения
- Разобраться в процессе формирования стоячей волны.
Основные пункты
- Если поперечная волна фиксируется на конце струны, то отраженная инвертируется от падающей. Если поперечная свободная на конце, то инвертирования не происходит.
- Если падающая волна встречает отраженную, то формируется стоячая.
- Точки в стоячей волне, кажущиеся плоскими и неподвижными, именуют узлами (узлы и пучность стоячей волны). Достигающие максимальной высоты колебаний точки называют пучностями.
- Каждая точка со стоячей волной колеблется вверх и вниз, а амплитуда основывается на позиции точки.
Термины
- Амплитуда – максимальное абсолютное значение перемены величины.
- Стоячая волна – форма волны, где отраженная совпадает с полученной.
- Поперечная волна – направление возмущения выступает перпендикулярным стороне перемещения.
Обзор
Представьте, что вы держите струну за один конец, второй прикреплен к стабильной поверхности, а струна натянута. Если вы начнете двигать рукой верх и вниз, то сформируется поперечная волна. В ней движение частичек среды выступает перпендикулярным стороне волнового распространения. На нижнем рисунке видно, что среда представляет собою канат. Волна транспортировалась из одного конца в другой, а нить смещалась вверх и вниз.
Диаграмма поперечной волны. Волна перемещается перпендикулярно по отношению к среде
Волновые свойства
- У поперечных волн наблюдаются пики и впадины. Пик – гребень (верхняя точка), а впадина – углубление (нижняя точка).
- Амплитуда выступает максимальным смещением частички от позиции баланса.
- Длина передается буквой λ и вычисляется в метрах (отображает дистанцию между пиками или впадинами).
- Период (Т) – время, необходимое для прохождения двух пиков или длины волны через фиксированную точку.
- Частота – количество длин волн, проходящих сквозь указанную точку за секунду (f = 1/T).
- Поперечные волны могут формироваться при фиксировании в конечной точке или в свободной позиции.
Отражение поперечных волн
Все зависит от того, зафиксирована ли волна на обоих концах. Рассмотрим сначала фиксированный случай. Когда поперечная волна сталкивается с закрепленным концом, то отражается и инвертируется. Это сжимает пики и впадины.
Поперечная волна, зафиксированная в конечной точке. Отраженная волна инвертирована
Если же перед нами свободный конец, то волна отражается, но не инвертируется.
Поперечная волна со свободным концом
Стоячие волны
В итоге, падающая волна встречает отраженную. Они перемещаются друг против друга в противоположных направлениях, и формируют помехи. Если обладают схожей частотой, то создают стоячую волну. При встрече волны наделены нулевой амплитудой. По мере движения, они мешают конструктивно или деструктивно.
При конструктивном контакте волны увеличиваются, а при деструктивном сокращаются. Каждая точка со стоячей волной переживает колебания, где амплитуда зависит от положения точки. Принцип стоячих волн лежит в основе резонанса и функционирования музыкальных инструментов. Кажущиеся плоскими и неподвижными точки именуют узлами, а те, что достигают максимальной высоты колебания, – пучностями.
Раздел Физика |
|||||
Введение | |||||
Закон Гука | |||||
Периодическое движение | |||||
Демпфированные и управляемые колебания | |||||
Волны | |||||
Поведение и взаимодействие волн | |||||
Волны на струнах |