Чем отличается поперечная волна от продольной кратко
Обновлено: 05.07.2024
Темы кодификатора ЕГЭ: механические волны, длина волны, звук.
Механические волны - это процесс распространения в пространстве колебаний частиц упругой среды (твёрдой, жидкой или газообразной).
Наличие у среды упругих свойств является необходимым условием распространения волн: деформация, возникающая в каком-либо месте, благодаря взаимодействию соседних частиц последовательно передаётся от одной точки среды к другой. Различным типам деформаций будут соответствовать разные типы волн.
Продольные и поперечные волны.
Волна называется продольной, если частицы среды колеблются параллельно направлению распространения волны. Продольная волна состоит из чередующихся деформаций растяжения и сжатия. На рис. 1 показана продольная волна, представляющая собой колебания плоских слоёв среды; направление, вдоль которого колеблются слои, совпадает с направлением распространения волны (т. е. перпендикулярно слоям).
 |
| Рис. 1. Продольная волна |
Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечная волна вызывается деформациями сдвига одного слоя среды относительно другого. На рис. 2 каждый слой колеблется вдоль самого себя, а волна идёт перпендикулярно слоям.
 |
| Рис. 2. Поперечная волна |
Продольные волны могут распространяться в твёрдых телах, жидкостях и газах: во всех этих средах возникает упругая реакция на сжатие, в результате которой появятся бегущие друг за другом сжатия и разрежения среды.
Однако жидкости и газы, в отличие от твёрдых тел, не обладают упругостью по отношению к сдвигу слоёв. Поэтому поперечные волны могут распространяться в твёрдых телах, но не внутри жидкостей и газов*.
Важно отметить, что частицы среды при прохождении волны совершают колебания вблизи неизменных положений равновесия, т. е. в среднем остаются на своих местах. Волна, таким образом, осуществляет
перенос энергии, не сопровождающийся переносом вещества.
Наиболее просты для изучения гармонические волны. Они вызываются внешним воздействием на среду, меняющимся по гармоническому закону. При распространении гармонической волны частицы среды совершают гармонические колебания с частотой, равной частоте внешнего воздействия. Гармоническими волнами мы в дальнейшем и ограничимся.
Рассмотрим процесс распространения волны более подробно. Допустим, что некоторая частица среды (частица ) начала совершать колебания с периодом . Действуя на соседнюю частицу она потянет её за собой. Частица в свою очередь, потянет за собой частицу и т. д. Так возникнет волна, в которой все частицы будут совершать колебания с периодом .
Однако частицы имеют массу, т. е. обладают инертностью. На изменение их скорости требуется некоторое время. Следовательно, частица в своём движении будет несколько отставать от частицы , частица будет отставать от частицы и т. д. Когда частица пустя время завершит первое колебание и начнёт второе, своё первое колебание начнёт частица , находящаяся от частицы на некотором расстоянии .
Итак, за время, равное периоду колебаний частиц, возмущение среды распространяется на расстояние . Это расстояние называется длиной волны. Колебания частицы будут идентичны колебаниям частицы колебания следующей частицы будут идентичны колебаниям частицы и т. д. Колебания как бы воспроизводят себя на расстоянии можно назвать пространственным периодом колебаний; наряду с временным периодом она является важнейшей характеристикой волнового процесса. В продольной волне длина волны равна расстоянию между соседними сжатиями или разрежениями (рис. 1 ). В поперечной - расстоянию между соседними горбами или впадинами (рис. 2 ). Вообще, длина волны равна расстоянию (вдоль направления распространения волны) между двумя ближайшими частицами среды, колеблющимися одинаково (т. е. с разностью фаз, равной ).
Скоростью распространения волны называется отношение длины волны к периоду колебаний частиц среды:
Частотой волны называется частота колебаний частиц:
Отсюда получаем связь скорости волны, длины волны и частоты:
| На поверхности жидкости могут существовать волны особого типа, похожие на поперечные - так называемые поверхностные волны. Они возникают под действием силы тяжести и силы поверхностного натяжения. |
Звуковыми волнами в широком смысле называются всякие волны, распространяющиеся в упругой среде. В узком смысле звуком называют звуковые волны в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом. Ниже этого диапазона лежит область инфразвука, выше - область ультразвука.
К основным характеристикам звука относятся громкость и высота.
Громкость звука определяется амплитудой колебаний давления в звуковой волне и измеряется в специальных единицах -децибелах (дБ). Так, громкость 0 дБ является порогом слышимости, 10 дБ - тиканье часов, 50 дБ - обычный разговор, 80 дБ - крик, 130 дБ - верхняя граница слышимости (так называемый болевой порог).
Тон - это звук, который издаёт тело, совершающее гармонические колебания (например, камертон или струна). Высота тона определяется частотой этих колебаний: чем выше частота, тем выше нам кажется звук. Так, натягивая струну, мы увеличиваем частоту её колебаний и, соответственно, высоту звука.
Скорость звука в разных средах различна: чем более упругой является среда, тем быстрее в ней распространяется звук. В жидкостях скорость звука больше, чем в газах, а в твёрдых телах - больше, чем в жидкостях.
Например, скорость звука в воздухе при равна примерно 340 м/с (её удобно запомнить как "треть километра в секунду")*. В воде звук распространяется со скоростью около 1500 м/с, а в стали - около 5000 м/с.
Заметим, что частота звука от данного источника во всех средах одна и та же: частицы среды совершают вынужденные колебания с частотой источника звука. Согласно формуле (1) заключаем тогда, что при переходе из одной среды в другую наряду со скоростью звука изменяется длина звуковой волны.
Разница между поперечными и продольными волнами - Разница Между
Содержание:
Основное отличие - поперечные и продольные волны
поперечный а такжепродольный два разных типа волн. главное отличие между поперечными и продольными волнами заключается в том, что в поперечных волнах колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны, в то время как в продольных волнах, Колебания происходят параллельно направлению распространения волны.
Что такое поперечные волны
В поперечных волнах происходят колебанияперпендикуляр (нормаль) к направлению распространения волны. Простую демонстрацию можно выполнить, покачивая веревку вверх и вниз. Сама волна будет распространяться вдоль веревки, тогда как отдельные частицы волны колеблются перпендикулярно длине веревки.
Волна в приведенном выше примере являетсямеханический волна - волна проходит через среду (веревку), частицы которой колеблются, чтобы провести волну. Кроме того, поперечные волны включаютэлектромагнитный волны (радиоволны, микроволны, инфракрасный, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-лучи - все это электромагнитные волны). Для распространения электромагнитных волн не требуется среда, т. Е. Они могут проходить в вакууме. Мы получаем энергию от Солнца через электромагнитные волны, излучаемые Солнцем. В электромагнитных волнах нет частиц, которые физически колеблются, чтобы распространять волну в пространстве, но, скорее, это электрическое поле и сопутствующее магнитное поле, которое колеблется.
Колебания поперечной волны могут быть установлены влюбое направление перпендикулярно направлению распространения. Когда все вибрации происходят в одном направлении, волна называетсяполяризованный (поляризованный).
Что такое продольные волны
В продольных волнах колебания происходят параллельно направлению распространения волны. Наиболее распространенным примером для этих типов волн являются звуковые волны, которые состоят из колеблющихся молекул воздуха. Параллельное движение устанавливает области с компрессия где колеблющиеся частицы находятся ближе друг к другу, а области с разрежения где колеблющиеся частицы находятся дальше друг от друга.
Поскольку продольные волны могут колебаться только в одном направлении, они не могут быть поляризованы. Диаграмма ниже иллюстрирует разницу между поперечными и продольными волнами:
а) вверху: продольная волна и б) внизу: поперечная волна.
Разница между поперечными и продольными волнами
Направление колебаний
Впоперечные волны, Колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны.
Впродольные волныколебания происходят параллельно направлению распространения.
поляризация
Поперечные волны может быть поляризован.
Продольные волны не может быть поляризован.
В области физики мы определяем волну как колебание, которое сопровождается передачей энергии, которая проходит через среду (массу или пространство) с частотой. Волны подразделяются на две основные категории: продольные волны и поперечные волны. Продольная волна — это волна, которая движется в направлении своего распространения; его движение часто похоже на колебания. В этом типе волны движение среды происходит слева направо или справа налево по общей линии, а движение волны — влево или вправо. Лучший пример продольной волны — звуковые волны. Поперечная волна — это волна, движущаяся под прямым углом к направлению своего распространения; его движение похоже на колебания или поток. В этом типе волны движение среды происходит вверх и вниз или вниз и вверх по общей линии, а движение волны — влево или вправо. Типичный пример поперечной волны — волна в воде.
Сравнительная таблица
| Продольная волна | Поперечная волна |
| Продольный означает продольный проход. Продольная волна — это волна, которая движется в направлении своего распространения. | Поперечный означает поперечный или проходящий через что-либо. Поперечная волна — это волна, движущаяся под прямым углом к направлению своего распространения. |
| Движение | |
| В продольной волне волна движется влево или вправо, а среда движется влево и вправо. | В поперечной волне волна движется влево или вправо, а среда движется вверх и вниз. |
| Производство | |
| Продольные волны часто возникают из-за вибраций (как в звуке). | Поперечный имеет разные явления. |
| Пример | |
| Пример продольной волны — звуковая волна. | Пример поперечной волны — волны на воде. |
Что такое продольная волна?
Продольный означает продольный проход. Продольная волна — это волна, которая движется в направлении своего распространения; его движение часто похоже на колебания. В этом типе волны движение среды происходит слева направо или справа налево по общей линии, а движение волны — влево или вправо.
Примером продольных волн являются звуковые волны и т. Д. Продольная волна подразделяется на две группы: продольная волна 1 и продольная волна 2. Продольная волна 1 — это волна, в которой частица или объект движется в горизонтальном направлении и представляет собой простую гармонику. движение влево или вправо.
Например, когда пружина растягивается, ее частица движется в направлении растяжения, пружина в целом не движется, она будет вибрировать при прохождении через нее волнового импульса. В продольной волне 2 движение называется возмущением, движущимся параллельно точке его распространения. В нем множество мелких частиц движутся как простое гармоническое движение влево или вправо. Если взять в качестве примера пружину, продольная волна 2 вызывает возмущение пружины в целом.
Что такое поперечная волна?
Поперечный означает поперечный или простирающийся поперек чего-либо. Поперечная волна — это волна, движущаяся под прямым углом к направлению своего распространения; его движение похоже на колебания или поток. В этом типе волны движение среды происходит вверх и вниз или вниз и вверх по общей линии, а движение волны — влево или вправо. Типичный пример поперечной волны — волна в воде и т. Д.
Поперечная волна также подразделяется на две: поперечная волна 1 и поперечная волна 2. Поперечная волна 1 — это волна, в которой частица или объект движутся в вертикальном направлении и демонстрируют простое гармоническое движение вверх или вниз. Например, когда вы трясете веревку, представьте, что одна из ее частиц движется по форме волны. Поперечная волна 2, при этом все частицы объектов движутся в среде и создают волну. Направление волны — влево или вправо от точки распространения, а движение среды — вверх и вниз.
Продольная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении распространения волны (рис.1, а).
Причиной возникновения продольной волны является деформация сжатия/растяжения, т.е. сопротивление среды изменению ее объема. В жидкостях или газах такая деформация сопровождается разрежением или уплотнением частиц среды. Продольные волны могут распространяться в любых средах – твердых, жидких и газообразных.
Примерами продольных волн являются волны в упругом стержне или звуковые волны в газах.
Поперечные волны
Поперечная волна – это волна, при распространении которой смещение частиц среды происходит в направлении, перпендикулярном распространению волны (рис.1,б).
Причиной поперечной волны является деформация сдвига одного слоя среды относительно другого. При распространении поперечной волны в среде образуются гребни и впадины. Жидкости и газы, в отличие от твердых тел, не обладают упругостью по отношению к сдвигу слоев, т.е. не оказывают сопротивления изменению формы. Поэтому поперечные волны могут распространяться только в твердых телах.
Примерами поперечных волн могут служить волны, бегущие по натянутой веревке или по струне.
Волны на поверхности жидкости не являются ни продольными, ни поперечными. Если бросить на поверхность воды поплавок, то можно увидеть, что он движется, покачиваясь на волнах, по круговой траектории. Таким образом, волна на поверхности жидкости имеет как поперечную, так и продольную компоненты. На поверхности жидкости также могут возникать волны особого типа – так называемые поверхностные волны. Они возникают в результате действия силы тяжести и силы поверхностного натяжения.
Рис.1. Продольные (а) и поперечные (б) механические волны
Примеры решения задач
Начертим поверхность волны вблизи поплавка через некоторый промежуток времени , учитывая, что за это время поплавок опустился вниз, так как его скорость в момент времени была направлена вниз. Продолжив линию вправо и влево, покажем положение волны в момент времени . Сравнив положение волны в начальный момент времени (сплошная линия) и в момент времени (пунктирная линия), делаем вывод о том, что волна распространяется влево.
Рассмотрим симуляцию распространения волны в пружине (рис. \(1\)). В этом случае колебания витков происходят в том же направлении, куда и распространяется волна, т.е. направление колебаний совпадает с направлением распространения волны.
Волны, в которых направление колебаний совпадает с направлением их распространения, называются продольными волнами.
Проведём опыт с длинным резиновым шнуром Один его конец неподвижно закрепим, а другой будем перемещать так, чтобы совершались в колебательные движения в вертикальной плоскости (под углом 90° к первоначальному положению шнура). Из-за сил упругости, которые возникнут в шнуре, колебание будет передаваться дальше и распространятся по всему шнуру. Таким образом, направление колебаний будет перпендикулярно исходному положению шнура, но передача колебаний (распространение волны) станет происходить вдоль него (рис. \(2\)).
Если колебание частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны, то такую волну называют поперечной волной.
Устройство, с помощью которого можно моделировать поперечные и продольные волны, называется волновой машиной (рис. \(3\), \(4\)). Ее основные части — шарики, соединенные пружинками (шарики моделируют частицы среды, в которой распространяется волна). Смоделированные волны распространяются по горизонтали.
Читайте также: