Отражение

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.

---