какое движение называют волновым
Волновое движение
Почему распространяется волна? Чтобы это понять, следует помнить, что между частицами шнура, воды, пружины действуют силы притяжения и отталкивания. Если бы этих сил не было, то и шнур, и пружина, и вода либо распались бы на отдельные части (отсутствие сил притяжения), либо слиплись бы (отсутствие сил отталкивания).
Пока шнур или пружина не деформированы, силы притяжения между частицами равны силам отталкивания. При деформации изменяются расстояния между частицами, и силы притяжения между ними уже не будут равны силам отталкивания. Их равнодействующая и есть та сила, которая вызывает смещение частиц. Таким образом, благодаря наличию сил взаимодействия между частицами колебания частиц конца шнура или пружины передаются соседним частицам, затем следующим и т. д. То же происходит и с частицами воды.
Итак, для того чтобы волна распространялась, необходимо наличие среды (шнур, пружина, вода, воздух), частицы которой взаимодействуют между собой.
Важно, что волна не переносит частицы вещества: от одной частицы к другой передаются колебания.
4. В примере со шнуром его частицы совершают колебания в вертикальном направлении (вверх — вниз), а волна распространяется в горизонтальном направлении.
Волны, в которых направление колебаний частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны, называют поперечными.
В примере с пружиной частицы колеблются в горизонтальном направлении и волна распространяется в этом же направлении.
Волны, в которых колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны, называют продольными.
Вопросы для самопроверки
1. Какое движение называют волновым?
2. Какие условия необходимы для существования волнового движения?
3. Приведите примеры волнового движения.
4. Чем отличаются продольные волны от поперечных?
Разработка урока по физике на тему «Понятие о волновом движении».
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Тема: Понятие о волновом движении.
Цель урока: изучение основных характеристик волнового движения, скорость и энергию волны.
Учащиеся должны знать:
— Общие сведения о волновом движении.
— Скорость распространения волны.
— Уравнение бегущей волны.
— Волновая поверхность и волновой фронт.
— Энергия бегущей волны.
Учащиеся должны уметь: объяснить
— Какое движение называют волновым.
— Что понимают под волнами.
— В чём состоит главная особенность волнового движения.
— Как скорость распространения волны связана с длиной волны и частотой.
— Как можно отличить продольную волну от поперечной.
— В каких средах могут возникнуть поперечные волны.
— Какая волна называется бегущей.
— Что называют фронтом волны.
— Как направлена скорость волны по отношению к фронту волны.
I Организационный момент.
II Постановка целей и задач урока.
III Проверка домашнего задания :
Биологические действия высокочастотных электромагнитных волн и защита от них.
IV Изучение нового материала ( демонстрация слайдов )
План изложения нового материала:
1. Общие сведения о волновом движении.
Процесс распространения колебаний по всему телу называется волновым движением.
2. Механические волны.
В зависимости от природы возникновения волны делятся на механические и электромагнитные.
Механические волны представляют собой процесс распространения механических колебаний в упругой среде, а электромагнитные волны представляют собой чередующиеся переменные электрические и магнитные поля, связанные друг с другом.
3. Поперечные волны.
4. Продольные волны.
5. Характеристики волн.
7. Скорость распространения волны.
8. Уравнение бегущей волны.
9. Волновая поверхность и волновой фронт.
10. Энергия бегущей волны.
V Закрепление нового материала ( контрольные вопросы )
1. Какое движение называют волновым?
2. Что понимают под волнами?
3. В чём состоит главная особенность волнового движения?
4. Как скорость распространения волны связана с длиной волны и частотой?
5. Как можно отличить продольную волну от поперечной?
6. В каких средах могут возникнуть поперечные волны?
7. Какая волна называется бегущей?
8. Что называют фронтом волны? Как направлена скорость волны по отношению к фронту волны?
VI Подведение итогов ( оценка за выполненные работы учащихся )
VII Домашнее задание: § ответить на вопросы, конспект.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс профессиональной переподготовки
Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации
Курс повышения квалификации
Современные педтехнологии в деятельности учителя
Тема: Понятие о волновом движении.
Цель урока: изучение основных характеристик волнового движения, скорость и энергию волны.
Учащиеся должны знать:
— Общие сведения о волновом движении.
— Скорость распространения волны.
— Уравнение бегущей волны.
— Волновая поверхность и волновой фронт.
— Энергия бегущей волны.
Учащиеся должны уметь: объяснить
— Какое движение называют волновым.
— Что понимают под волнами.
— В чём состоит главная особенность волнового движения.
— Как скорость распространения волны связана с длиной волны и частотой.
— Как можно отличить продольную волну от поперечной.
— В каких средах могут возникнуть поперечные волны.
— Какая волна называется бегущей.
— Что называют фронтом волны.
— Как направлена скорость волны по отношению к фронту волны.
I Организационный момент.
II Постановка целей и задач урока.
III Проверка домашнего задания :
Биологические действия высокочастотных электромагнитных волн и защита от них.
IV Изучение нового материала ( демонстрация слайдов )
План изложения нового материала:
1. Общие сведения о волновом движении.
Процесс распространения колебаний по всему телу называется волновым движением.
2. Механические волны.
В зависимости от природы возникновения волны делятся на механические и электромагнитные.
Механические волны представляют собой процесс распространения механических колебаний в упругой среде, а электромагнитные волны представляют собой чередующиеся переменные электрические и магнитные поля, связанные друг с другом.
3. Поперечные волны.
4. Продольные волны.
5. Характеристики волн.
7. Скорость распространения волны.
8. Уравнение бегущей волны.
9. Волновая поверхность и волновой фронт.
10. Энергия бегущей волны.
V Закрепление нового материала ( контрольные вопросы )
1. Какое движение называют волновым?
2. Что понимают под волнами?
3. В чём состоит главная особенность волнового движения?
4. Как скорость распространения волны связана с длиной волны и частотой?
5. Как можно отличить продольную волну от поперечной?
6. В каких средах могут возникнуть поперечные волны?
7. Какая волна называется бегущей?
8. Что называют фронтом волны? Как направлена скорость волны по отношению к фронту волны?
VI Подведение итогов ( оценка за выполненные работы учащихся )
VII Домашнее задание: § ответить на вопросы, конспект.
Номер материала: 524582
Международная дистанционная олимпиада Осень 2021
Не нашли то что искали?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.
Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул
Время чтения: 1 минута
Школьных охранников предлагают обучать основам психологии
Время чтения: 2 минуты
ВШЭ перейдет на удаленку до конца года
Время чтения: 1 минута
В школе в Пермском крае произошла стрельба
Время чтения: 1 минута
55 российских школ остаются на карантине по коронавирусу
Время чтения: 0 минут
Минобрнауки утвердило перечень олимпиад для школьников на 2021-2022 учебный год
Время чтения: 1 минута
Подарочные сертификаты
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.
§ 42. Длина волны
Какое движение называют волновым?
Что называют периодом и частотой колебаний?
1. Одной из характеристик волнового движения является длина волны.
Расстояние между двумя ближайшими горбами или впадинами поперечной волны (рис. 125, а) или расстояние между двумя ближайшими сгущениями или разрежениями продольной волны (рис. 125, б) называют длиной волны.
Рассматривая фотографию волны, заметим, что картина волнового движения повторяется в пространстве на расстояниях, равных длине волны.
Длина волны обозначается буквой λ (греч. буква «ламбда»).
Её основной единицей является метр (1 м).
2. Рассмотрим, как длина волны связана с периодом и частотой колебаний, которые совершают частицы среды.
Предположим, что мы сделали фотографии волны в некоторые моменты времени (рис. 126). На рисунке 126, а показано положение частиц среды в момент времени t = 0. В этот момент времени частица А имеет максимальное смещение относительно положения равновесия, в котором находятся точки В, С, D и т. д.
Через промежуток времени t = Т, равный периоду колебаний частиц среды (рис. 126, б), частица А, совершив полное колебание, опять будет иметь максимальное смещение относительно положения равновесия. За это время в колебания придут частицы В, С, D, Е, а частица Е будет иметь максимальное отклонение от положения равновесия. Через промежуток времени, равный двум периодам колебаний, т. е. через t = 2Т, в таком же положении будет частица К (рис. 126, в).
Расстояние между частицами А и Е (а также частицами Е и К) равно длине волны. Следовательно,
Волны
Волна (Wave, surge, sea) — образуется благодаря сцеплению частиц жидкости и воздуха; скользя по гладкой поверхности воды, поначалу воздух создаёт рябь, а уже затем, действует на ее наклонные поверхности, развивает постепенно волнение водной массы. Опыт показал, что водяные частицы не имеют поступательного движения; перемещается только вертикально. Морскими волнами называют движение воды на морской поверхности, возникающее через определённые промежутки времени.
Высшая точка волны называется гребнем или вершиной волны, а низшая точка — подошвой. Высотой волны называется расстояние от гребня до её подошвы, а длина это расстояние между двумя гребнями или подошвами. Время между двумя гребнями или подошвами называется периодом волны.
Содержание
Основные причины возникновения
В среднем высота волны во время шторма в океане достигает 7-8 метров, обычно может растянуться в длину — до 150 метров и до 250метров во время шторма.
Волны, наблюдаемые и в других водных пространствах, могут быть двух родов:
1) Ветровые, созданные ветром, принимающие по прекращении действия ветра установившийся характер и называемые установившимися волнами, или зыбью; Ветровые волны создаются вследствие воздействия ветра (передвижение воздушных масс) на поверхность воды, то есть нагнетания. Причина колебательных движений волн становится легко понятна, если заметить воздействие того же ветра на поверхность пшеничного поля. Хорошо заметна непостоянность ветровых потоков, которые и создают волны.
2) Волны перемещения, или стоячие волны, образуются в результате сильных толчков на дне при землетрясениях или возбужденные, например, резким изменением давления атмосферы. Данные волны носят также название одиночных волн.
В отличие от приливов, отливов и течений волны в не перемещают массы воды. Волны идут, но вода остается на месте. Лодка, которая качается на волнах, не уплывает вместе с волной. Она сможет немного переместиться по наклонной, только благодаря силе земной гравитации. Частицы воды в волне движутся по кольцам. Чем дальше эти кольца от поверхности, тем меньше они становятся и, наконец, исчезают совсем. Находясь в субмарине на глубине 70-80 метров, вы не ощутите действие морских волн даже при самом сильном шторме на поверхности.
Виды морских волн
Волны могут проходить огромные расстояния, не изменяя формы и практически не теряя энергии, долго после того, как вызвавший их ветер утихнет. Разбиваясь о берег, морские волны высвобождают огрмную энергию, накопленную за время странствия. Сила непрерывно разбивающихся волн по-разному изменяет форму берега. Разливающиеся и накатывающиеся волны намывают берег и поэтому называются конструктивными. Волны, обрушивающиеся на берег, постепенно разрушают его и смывают защищающие его пляжи. Поэтому они называются деструктивными.
Низкие, широкие, закругленные волны вдали от берега называются зыбью. Волны заставляют частички воды описывать кружки, кольца. Размер колец уменьшается с глубиной. По мере приближения волны к покатому берегу частицы воды в ней описывают все более сплющенные овалы. Приближаясь к берегу, морские волны больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. На мелководье частицы воды больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. Мысы образованы из более твердой породы и разрушаются медленнее, чем соседние участки берега. Крутые, высокие морские волны подтачивают скалистые утесы у основания, образуя ниши. Утесы порой обрушиваются. Сглаженная волнами терраса — это все, что остается от разрушенных морем скал. Иногда вода поднимается по вертикальным трещинам в скале до вершины и вырывается на поверхность, образуя воронку. Разрушительная сила волн расширяет трещины в скале, образуя пещеры. Когда волны подтачивают скалу с двух сторон, пока не соединятся в проломе, образуются арки. Когда верх арки падает в море, остаются каменные столбы. Их основания подтачиваются, и столбы обрушиваются, образуя валуны. Галька и песок на пляже — это результат эрозии.
Деструктивные волны постепенно размывают берег и уносят песок и гальку с морских пляжей. Обрушивая всю тяжесть своей воды и смытого материала на склоны и обрывы, волны разрушают их поверхность. Они вжимают воду и воздух в каждую трещину, каждую расщелину, часто с энергией взрыва, постепенно разделяя и ослабляя скалы. Отколовшиеся обломки скал используются для дальнейшего разрушения. Даже самые твердые скалы постепенно уничтожаются, и суша на берегу изменяется под действием волн. Волны могут разрушать морской берег с поразительной быстротой. В графстве Линкольншир, в Англии, эрозия (разрушение) надвигается со скоростью 2 м в год. С 1870 г., когда был построен самый большой в США маяк на мысе Гаттерас, море смыло пляжи на 426 м в глубину побережья.
Цунами
Цунами — это волны огромной разрушительной силы. Они вызываются подводными землетрясениями или извержениями вулканов и могут пересекать океаны быстрее, чем реактивный самолет: 1000 км/ч. В глубоких водах они могут быть ниже одного метра, но, приближаясь к берегу, замедляют свой бег и вырастают до 30-50 метров, прежде чем обрушиться, затопляя берег и сметая все на своем пути. 90% всех зарегистрированных цунами отмечено в Тихом океане.
Наиболее распространённые причины.
Около 80% случаев зарождения цунами являются подводные землетрясения. При землетрясении под водой происходит взаимное смещение дна по вертикали: часть дна опускается, а часть приподнимается. На поверхности воды происходят колебательные движения по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, — среднему уровню моря, — и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Цунамигенным (то есть порождающим волну цунами) обычно является землетрясение с неглубоко расположенным очагом. Проблема распознавания цунамигенности землетрясения до сих пор не решена, и службы предупреждения ориентируются на магнитуду землетрясения. Наиболее сильные цунами генерируются в зонах субдукции. Также, необходимо чтобы подводный толчок вошёл в резонанс с волновыми колебаниями.
Оползни. Цунами такого типа возникают чаще, чем это оценивали в ХХ веке (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень и он же генерирует волну. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м. Подобного рода случаи достаточно редки и, не рассматриваются в качестве эталона. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны. Землетрясение может быть причиной оползня и, например, в Индонезии, где очень велико шельфовое осадконакопление, оползневые цунами особенно опасны, так как случаются регулярно, вызывая локальные волны высотой более 20 метров.
Вулканические извержения составляют примерно 5% всех случаев цунами. Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру, в результате чего возникает длинная волна. Классический пример — цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 году. Огромные цунами от вулкана Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности более 5000 кораблей, погибло около 36 000 человек.
Признаки появления цунами.
Волны-убийцы
Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, freak wave — аномальная волна) — гигантские волны, возникающие в океане, высотой более 30 метров, обладают несвойственным для морских волн поведением.
Еще каких-то 10-15 лет назад ученые считали истории моряков об исполинских волнах-убийцах, которые возникают из ниоткуда и топят корабли, всего лишь морским фольклором. Долгое время блуждающие волны считались выдумкой, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математические модели расчётов возникновения и их поведения, потому как волны высотой более 21 метра в океанах планеты Земля не могут существовать.
Одно из первых описаний волны-монстра относится к 1826 году. Её высота была более 25 метров и заметили её в Атлантическом океане недалеко от Бискайского залива. Этому сообщению никто не поверил. А в 1840 году мореплаватель Дюмон д’Юрвиль рискнул явиться на заседание Французского географического общества и заявить, что своими глазами видел 35-метровую волну. Присутствующие подняли его на смех. Но историй о громадных волнах-призраках, которые появлялись внезапно посреди океана даже при небольшом шторме, и своей крутизной походили на отвесные стены воды, становилось все больше.
Исторические свидетельства «волн-убийц»
Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метров, названная волной Дропнера. Проект «Максимальная волна» позволил по-новому посмотреть на причины гибели сухогрузов судов, которые перевозили контейнеры и другие немаловажные грузы. Дальнейшие исследования зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 20 метров. Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн), в котором предусматривается составление всемирной карты наблюдавшихся волн-монстров и её последующую обработку и дополнение.
Существует несколько гипотез о причинах возникновения экстремальных волн. Многие из них лишены здравого смысла. Наиболее простые объяснения построены на анализе простой суперпозиции волн разной длины. Оценки, однако, показывают, что вероятность экстремальных волн в такой схеме оказывается слишком мала. Другая заслуживающая внимания гипотеза предполагает возможность фокусировки волновой энергии в некоторых структурах поверхностных течений. Эти структуры, однако, слишком специфичны для того, чтобы механизм фокусировки энергии мог объяснить систематическое возникновение экстремальных волн. Наиболее достоверное объяснение возникновения экстремальных волн должно основываться на внутренних механизмах нелинейных поверхностных волн без привлечения внешних факторов.
Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.
Впрочем, полностью прояснить природу аномальных волн пока не удалось.