Волны и энергия

Физика > Транспортировка энергии

 

Как волны передают энергию: значения работы, энергии и мощности, влияние размера волны на количество энергии, движение электромагнитных волн, частота, формула.

Волна переносит энергию, которую можно использовать в работе.

Задача обучения

• Разобраться в соотношении направлений энергии и волн.

Основные пункты

• Чем крупнее волна, тем больше энергии переносит.
• Энергия передается в направлении движения волны.

Термины

• Работа – мера энергии, потраченной на смещение тела. Если объект неподвижен, то работа не выполняется.
• Энергия – способность выполнения работы.
• Мощность – мера скорости осуществления работы или транспортировки энергии.

Пример

Когда вы стоите на пляже, то чувствуете силу от разбивающихся о ноги волн. Это демонстрация выполнения работы, а энергия переносится в сторону распространения волны.

Волны нуждаются в энергетической транспортировке. Часто люди ошибаются, полагая, что волны переносятся массой. На самом деле, это энергия движется по оси вдоль направления распространения. Просто представьте, что вас накрывает волна. Если вы не держитесь, то она сместит вас. Получается, что волна осуществила работу.

Чем крупнее волна и выше скорость, тем больше энергии переносится

Точно также функционируют и электромагнитные волны. В электромагнитном излучении транспортируются сквозь пространство лучи. Чтобы представить себе это зрелище, просто держите в голове образ самораспространяющейся поперечной осциллирующей волны электрических и магнитных полей. Также переносится импульс и угловой момент. Эти свойства могут отойти к материи, с которой контактируют (при помощи работы).

Фотон выступает квантом электромагнитного контакта и является основной составляющей всех электромагнитных лучей. Проще всего изучить квантовую природу света на высоких частотах. Такие фотоны по поведению напоминают частицы.

Электромагнитные волны можно вообразить в виде самораспространяющейся поперечной осциллирующей волны электрических или магнитных полей. На трехмерной диаграмме видна плоская линейно поляризованная волна, тянущаяся слева направо

Между волнами есть связь, которая утверждает, что скорость (v) волны выступает пропорциональной частоте (f), умноженной на длину волны (λ):

v = fλ

Классический импульс p задается выражением p = mv, относящимся к силе по второму закону Ньютона:

Электромагнитные волны с высокими частотами обладают большей энергией. Это вытекает из указанных уравнений. Так как v α f, мы понимаем, что более высокие частоты намекают и на высокие показатели скорости. Если скорость растет, то за ней следует и импульс, что тянет также увеличение силы.

Энергия – способность тела осуществлять работу, поэтому при W = Fd большая сила оперирует большей энергетической транспортировкой. Это можно проверить даже без математических расчетов. Просто встаньте под разными волнами и ощутите силу.

---