Амплитуда волны это кратко

Обновлено: 02.07.2024

Физика

Электродинамика

Магнитное поле

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Механические волны

Электромагнитные волны

Оптика

Геометрическая оптика

Задачи на сферическое зеркало

Линза

Волновая оптика

Основы теории относительности

Основы квантовой физики

Излучения и спектры

Световые кванты

Атомная физика

Ядерная физика

Физика элементарных частиц

Открытие позитрона. Античастицы

Современная физическая картина мира

Строение Вселенной

Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

Понятие амплитуды можно использовать для обозначения удлинения, растяжения или расширения чего-либо. С другой стороны, она называется волной для распространяющегося движения, которое совершает жидкость, для возвышений, образованных возмущением поверхности жидкого вещества, и для пути распространения, который имеют магнитные и электрические поля в пространстве.

Амплитуда волны видна на графике с синусоидальной кривой в декартовых координатах. Если мы возьмем ось X в качестве средней точки, амплитуда волны будет определяться пространством, которое существует между самой высокой точкой на оси Y, которая касается синусоиды, и упомянутой осью X.

Таким образом, физическое возмущение можно построить в модели как величину, величина которой меняется с течением времени. Амплитуда волны отмечается при анализе значений в соответствии с точками, занятыми возмущением (изображенным в виде волны) в пространстве .

В случае звуковых волн амплитуда волны показывает расстояние между пиком волны (наибольшее значение) и ее основанием, измеренное в децибелах . Когда амплитуда волны увеличивается, децибелы увеличиваются, отражая рост интенсивности ( громкости ) звука .

Есть еще одна важная серия аспектов, которые нам необходимо знать о вышеупомянутой амплитуде волны. В частности, мы можем подчеркнуть, что единицы измерения для этого будут различаться в зависимости от типа волны, на которую мы ссылаемся:
-Когда это волна механического класса, мы прибегнем к использованию единиц измерения длины для ее измерения.
-В случае, если вы работаете с волной электромагнитного типа, для измерения амплитуды будет использоваться прибор, который реагирует на название свечи.
- Если, с другой стороны, мы имеем в виду волны переменного тока, мы будем использовать ампер и вольт при их измерении.
-Когда мы имеем дело со звуковыми волнами, то, что будет сделано, будет выбирать, какие единицы измерения, такие как миллибар, паскаль или набор оставшихся единиц.

В амплитуда волны - максимальное смещение, которое точка волны испытывает относительно положения равновесия. Волны проявляются повсюду и разными способами в окружающем нас мире: в океане, в звуке и в струне инструмента, который их производит, в свете, на поверхности земли и многое другое.

Один из способов создать волны и изучить их поведение - это наблюдать за колебаниями струны с закрепленным концом. Создавая возмущение на другом конце, каждая частица струны колеблется, и, таким образом, энергия возмущения передается в виде последовательности импульсов по всей ее длине.

По мере распространения энергии струна, которая должна быть идеально упругой, принимает типичную синусоидальную форму с гребнями и впадинами, показанными на рисунке ниже в следующем разделе.

Характеристики и значение амплитуды волны

Амплитуда А является расстоянием между вершиной и опорной осью или на уровне 0. Если предпочтительные, между долиной и опорной осью. Если возмущение струны небольшое, амплитуда A мала. С другой стороны, если возмущение сильное, амплитуда будет больше.

Значение амплитуды также является мерой энергии, переносимой волной. Интуитивно понятно, что большая амплитуда связана с более высокими энергиями.

Фактически энергия пропорциональна квадрату амплитуды, которая математически выражается следующим образом:

Где I - интенсивность волны, в свою очередь связанная с энергией.

Тип волны, создаваемой струной в примере, относится к категории механических волн. Важной характеристикой является то, что каждая частица в струне всегда удерживается очень близко к своему положению равновесия.

Частицы не движутся и не перемещаются по струне. Они качаются вверх и вниз. Это обозначено на диаграмме выше зеленой стрелкой, однако волна вместе со своей энергией распространяется слева направо (синяя стрелка).

Волны, распространяющиеся в воде, предоставляют необходимые доказательства, чтобы убедиться в этом. Наблюдая за движением листа, упавшего в пруд, можно понять, что он просто колеблется, сопровождая движение воды. Он не уходит очень далеко, если, конечно, нет других сил, которые обеспечивают его другими движениями.

Волновой рисунок, показанный на рисунке, состоит из повторяющегося рисунка, в котором расстояние между двумя гребнями равно длина волны λ. Если хотите, длина волны также разделяет две идентичные точки на волне, даже если они не находятся на гребне.

Математическое описание волны

Естественно, волну можно описать математической функцией. Периодические функции, такие как синус и косинус, идеально подходят для этой задачи независимо от того, хотите ли вы представить волну как в пространстве, так и во времени.

Для этого идеального движения каждая частица струны колеблется с простым гармоническим движением, которое возникает благодаря силе, прямо пропорциональной смещению, производимому частицей.

В предложенном уравнении A, ω и δ - параметры, описывающие движение, A - амплитуда ранее определялось как максимальное смещение, которое испытывает частица относительно оси отсчета.

Аргумент косинуса называется фаза движения а δ - фазовая постоянная, которая является фазой при t = 0. И косинусная функция, и синусоидальная функция подходят для описания волны, поскольку они отличаются друг от друга только на π / 2.

В общем, можно выбрать t = 0 с δ = 0, чтобы упростить выражение, получив:

Поскольку движение повторяется как в пространстве, так и во времени, существует характерное время, которое период T, определяемый как время, за которое частица совершит полное колебание.

Описание волны во времени: характерные параметры

Теперь и синус, и косинус повторяют свое значение, когда фаза увеличивается на значение 2π, так что:

ωT = 2π → ω = 2π / T

Ω называется угловая частота движения y имеет размеры, обратные времени, являющиеся его единицами в международной системе радиан / секунда или секунда. -1 .

Наконец, вы можете определить частота движения f, как величина, обратная или обратная периоду. Представляет собой количество пиков в единицу времени, и в этом случае:

И f, и ω имеют одинаковые размеры и единицы измерения. Помимо второго -1 , который называется Герцем или Герцем, часто можно услышать о оборотов в секунду или число оборотов в минуту.

Скорость волны v, который следует подчеркнуть, что это не то же самое, что испытывают частицы, его можно легко вычислить, если известны длина волны λ и частота f:

Если колебания, испытываемые частицами, относятся к простому гармоническому типу, угловая частота и частота зависят исключительно от природы колеблющихся частиц и характеристик системы. Амплитуда волны на эти параметры не влияет.

Например, при воспроизведении музыкальной ноты на гитаре нота всегда будет иметь один и тот же тон, даже если она сыграна с большей или меньшей интенсивностью; таким образом, C всегда будет звучать как C, даже если она слышна громче или тише в звуке. сочинение на фортепиано или на гитаре.

В природе волны, которые переносятся в материальной среде во всех направлениях, ослабляются из-за рассеяния энергии. По этой причине амплитуда уменьшается обратно пропорционально расстоянию р источнику, имея возможность подтвердить, что:

Упражнение решено

На рисунке показана функция y (t) для двух волн, где Y находится в метрах и т в секундах. Для каждой находки:

г) Уравнение каждой волны через синусы или косинусы.

Ответы

а) Измеряется прямо с графика, с помощью сетки: синяя волна: A = 3,5 м; волна фуксии: A = 1,25 м

б) Это также считывается с графика, определяя разделение между двумя последовательными пиками или впадинами: синяя волна: T = 3,3 секунды; волна фуксии T = 9,7 секунды

c) Вычисляется с учетом того, что частота обратно пропорциональна периоду: синяя волна: f = 0,302 Гц; волна фуксии: f = 0,103 Гц.

г) Голубая волна: y (t) = 3,5 cos (ωt) = 3,5 cos (2πf.t) = 3,5 cos (1,9t) м; Волна фуксии: y (t) = 1,25 sin (0,65 t) = 1,25 cos (0,65 t + 1,57)

Обратите внимание, что волна цвета фуксии находится не в фазе π / 2 относительно синей, поэтому ее можно представить с помощью синусоидальной функции. Или косинус, сдвинутый на π / 2.

Вихревым электрическим полем называется поле, силовые линии которого нигде не начинаются и не заканчиваются, представляют собой замкнутые линии.

Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие.

Электромагнитные волны – это электромагнитные колебания, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.

Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2016. – С. 140-150

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2009.- С.20-22

Основное содержание урока

Вселенная-это океан электромагнитных излучений. Человек живет в нем, не замечая волн, проникающих в окружающее пространство. Включив лампочку или греясь у камина, человек заставляет источник этих волн работать, не задумываясь об их свойствах. Открытие природы электромагнитного излучения, позволило человечеству в течение XX века освоить и ввести в эксплуатацию различные его виды.

Сегодня мы поговорим об электромагнитных волнах, что это? Каковы его характеристики?

Когда мы слышим слово "волна", что вы себе представляете? Волны на море, на реке, волна в ванной комнате, и т.д. это механические волны. Механика переводится как движение. Мы их видим и способны определить его характеристики. Вспомним, какие величины характеризуют механические волны.

Период – это время, за которое совершается одно колебание. Период обозначается буквой Т, измеряется в секундах. Определяется по формуле:

Частота – это число колебаний в единицу времени. Частота - обозначается буквой ν (ню), измеряется в герцах Гц и определяется по формуле:

Амплитуда – это наибольшее отклонение от положения равновесия. Амплитуда – обозначается буквой А, измеряется в метрах.

Длина волны - это кратчайшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Обозначается буквой лямбда λ, измеряется в метрах м,

Механические волны имеют много общего с электромагнитными волнами, но есть и существенные различия. Они распространяются в твердой, жидкой, газообразной среде, можем ли мы обнаружить их нашими чувствами? Да, в твердых средах-это могут быть землетрясения, колебания струн музыкальных инструментов. В жидкости - волны в море, в газах-это распространение звуков. С электромагнитными волнами не все так просто. Мы не чувствуем и не осознаем, сколько электромагнитных волн пронизывает наше пространство. Радиоволны, телевизионные волны, солнечный свет, Wi-Fi, излучение мобильного телефона и многое другое являются примерами электромагнитного излучения. Если бы мы могли видеть их, мы не смогли бы видеть друг друга за столькими электромагнитными волнами. Электромагнитные волны играют огромную роль в жизни современного человека - с их помощью мы передаем информацию, общаемся, обмениваемся данными, изучаем окружающий мир и многое другое. Сегодня мы должны понять понятие электромагнитных волн, выяснить, как получить электромагнитные волны и какими свойствами они обладают.

Какова история открытия электромагнитных волн? В 1820 году Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма. В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции: переменное магнитное поле создает переменный электрический ток. В 1864 году Максвелл предположил, что при изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле. В 1887 году Герц экспериментально подтвердил гипотезу Максвелла о существовании электромагнитного поля.

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментально открыть электромагнитные волны. Это сделал немецкий физик Генрих Герц, который использовал устройство, названное в его честь вибратором Герца-открытый колебательный контур.

Простейшая система, в которой возникают электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.

Для того, чтобы иметь колебания в цепи, необходимо зарядить конденсатор. В результате периодической перезарядки конденсатора в цепи возникают колебания. Между обкладками конденсатора возникает переменное электрическое поле. А вокруг него переменное магнитное поле, вихрь и вихрь переменного электрического поля и др. Таким образом, в пространстве электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитных волн. Генри Герц измерил частоту ν гармонических колебаний в цепи и длину λ электромагнитной волны и определил скорость электромагнитной волны:

Значение скорости электромагнитной волны, полученное в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла с = 299 792 458 м = 300 000 км/с. Чтобы сделать излучение более интенсивным, необходимо увеличить циклическую частоту. По формуле: ω=1/√(L∙C) частота зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Так, необходимо уменьшить индуктивность L и электрическую емкость C. для этого необходимо уменьшить количество витков катушки и раздвинуть обкладки конденсатора. Закрытый колебательный контур превращается в открытый – прямой проводник. Проводник был разрезан, оставляя зазор, чтобы поставить шары и зарядить до высокой разности потенциалов. В результате между шариками проскакивала искра. Возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения, серии импульсов быстроизменяющегося тока, Герц получал электромагнитные волны высокой частоты. Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора (резонатора), который является тем же устройством, что и излучающий вибратор

Итак, процесс взаимного порождения электрического поля переменным магнитным полем и изменение магнитного поля электрическое поле может продолжать распространяться, захватывая новые области пространства. Переменные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся в пространстве и генерирующие друг друга, называются электромагнитной волной.

Электромагнитное поле-особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие. И это поле имеет совершенно иную природу, чем электростатическое. Линии натяжения не имеют начала и конца, они замкнуты. Отсюда и название вихревого поля. Вихревое электрическое поле-это поле, силовые линии которого не начинаются и не заканчиваются нигде, а являются замкнутыми линиями.

Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. Сила, действующая на заряд со стороны вихревого электрического поля, равна:

Но, в отличие от электростатического поля, работа вихревого электрического поля на замкнутой линии не равна нулю. Так как при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, потому, что сила и перемещение совпадают по направлению.

Согласно теории Максвелла, электромагнитная волна переносит энергию. Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов и Электрическое и магнитное поля в электромагнитной волне перпендикулярны друг к другу, причем каждое из них перпендикулярно к направлению распространения волны:

Таким образом, электромагнитная волна является поперечной волной. Электромагнитная волна излучается колеблющимися зарядами, при этом важно, чтобы заряды двигались с ускорением. Электромагнитная волна, как и механическая, характеризуется периодом и частотой колебаний, длиной волны и скоростью распространения. Период Т – это время одного колебания. Частота ν – это число колебаний за одну секунду. Длина волны λ — это расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за время одного периода. В вакууме для электромагнитной волны период Т и частота ν и длина волны λ связаны соотношениями:

Герц не только открыл электромагнитные волны, но и показал, что они ведут себя подобно другим волнам. Они поглощаются, отражаются, преломляются, наблюдаются явления интерференции и дифракции волн. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн:

Отражение электромагнитных волн: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения;

Поглощение волн: электромагнитные волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик;

Преломление волн: электромагнитные волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик;

Интерференция волн: сложение волн от когерентных источников;

Дифракция волн: отгибание волнами препятствий.

Фронтом волны называется геометрическое место точек, до которых дошли возмущения в данный момент времени. Поверхность равной фазы называется волновой поверхностью. Плоской волной называется волна, у которой волновая поверхность - плоскость. Линия, перпендикулярная волновой поверхности, называется лучом. Электромагнитная волна, как мы уже сказали, переносит энергию. Луч указывает направление, в котором волна переносит энергию. Тогда для плоской электромагнитной волны скорость, которой перпендикулярна поверхности площадью s, то можно ввести понятие плотность потока излучения. Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

Иногда ее называют интенсивностью волны. Плотностью потока электромагнитного излучения пропорциональна четвертой степени циклической частоты.

Источники излучения электромагнитных волн разнообразны, но самым простым является точечный источник. Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью (например, звёзды).

Длина электромагнитных волн различна: от значений порядка 10 13 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (γ-лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, -излучение. Атомные ядра испускают самое коротковолновое -излучение. Особого различия между отдельными излучениями нет. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации. Электромагнитные волны обнаруживаются, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений.

Сегодня мы знаем, что к опасным видам излучения относятся: гамма-излучение, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение, остальные – безопасны. Распределение электромагнитных излучений по диапазонам условное и резкой границы между областями нет. Вся шкала электромагнитных волн является подтверждением того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами.

В зависимости от своей частоты или длины волны электромагнитные волны имеют различное применение. Они несут людям пользу и вред. Бытовые обогревательные приборы, приборы для приготовления еды, телефоны, компьютеры, вышки сотовой связи и телебашни, электропровода излучают электромагнитные волны. Больше других источников электромагнитные волны у нас дома излучают мобильные телефоны, микроволновые печи, холодильники, электрические кухонные плиты. Самым мощным источником излучения являются линии электропередач, и строить жилые дома под ними, воспрещено. Антенны радиопередатчиков нельзя устанавливать на сооружениях, в которых живут люди. Эмбрионы и ткани, находящиеся в стадии роста, больше всего подвержены влиянию волн, воздействуют электромагнитное поле на центральную нервную систему и мышцы тела. Это влияние становится причиной бессонницы и дисфункций в неврологической области, нарушения частоты биений сердца и скачков давления. Но есть, и полезные свойства электромагнитных волн. Их используют в физиотерапевтическом лечении некоторых болезней так как они способствуют быстрому заживлению тканей, останавливает развитие воспалительных процессов. Мы сегодня исключить полностью общение с электромагнитными волнами не можем, но чтобы обезопасить себя дома, надо грамотно устанавливать бытовые устройства в комнатах.

Итак, свойства электромагнитных волн:

1. Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.

2. Электромагнитные волны излучаются зарядами, которые движутся с ускорением, например, при колебаниях. Причем, чем больше ускорение колеблющихся зарядов, тем больше интенсивность излучения волны.

3. Векторы и в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны.

4.Электромагнитная волна является поперечной.

Разбор тренировочного задания

1. Определить, на какой частоте работает передатчик, если длина излучаемых им волн равна 200 м.

Частоту выражаем через длину волны и скорость.

Ответ:

2. Ёмкость конденсатора колебательного контура Какова индуктивность катушки контура, если идет прием станции, работающей на длине волны 1000 метров?

Формула Томсона для периода колебаний:

Период колебаний выражаем через длину волны и скорость:

Ответ:

Читайте также: