|
|||||||||||||||||||||||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Струна, закрепленная на одном концеПредположим, что струна закреплена неподвижно в точке с координатой х=0 и тянется в положительном направлении оси х. Пусть по струне справа налево (то есть в отрицательном направлении оси х) распространяется волна
Дойдя до точки закрепления, волна отразится. Если пренебречь потерями энергии, то амплитуда отраженной волны совпадет с амплитудой падающей волны. Надо учесть также, что при отражении происходит изменение направления движения элемента на обратное (как в упругом ударе шарика о стенку):
Суперпозиция падающей и отраженной волн имеет вид:
Мы видим, что в любой момент времени
Это и есть условие закрепления струны в точке х=0. Воспользовавшись известными формулами тригонометрии для преобразования разности косинусов, записываем (3.53) в виде:
где итах – наибольшее смещение в стоячей волне. Мы нашли особый тип колебаний: в каждой точке пространства струна колеблется с частотой w и амплитудой umaxsin kx, причем все точки струны одновременно достигают своих максимальных отклонений (или проходят положение равновесия), и если мы находимся, например, в узле струны, то есть в точке с координатой
то в любой момент времени эта точка остается узлом. Иными словами, здесь нет движения волны, точки узлов волны (нулевых значений смещения) неподвижны, равно как и точки ее максимумов. Такие колебания и называются стоячими волнами.
Это очевидно хотя бы потому, что точки узлов волны неподвижны, и переноса энергии через них быть не может. Можно рассуждать и иначе: две бегущие волны, образовавшие стоячую, переносят ту же энергию, но в противоположных направлениях, так что оба эти процесса взаимно компенсируются. На рис. 3.9 показано образование стоячей волны при сложении двух бегущих навстречу друг другу монохроматических волн. Подставляя найденное решение (3.53) в выражение (3.39), получаем для мгновенного значения плотности энергии стоячей волны выражение
Усредняя по времени, находим:
Мы получили, что средняя плотность энергии стоячей волны не зависит от точки наблюдения и равна сумме средних плотностей энергий двух бегущих волн, суперпозицией которых она является. Пример 1. Для струны, закрепленной на одном конце, найдем точки, в которых плотность энергии колебаний не зависит от времени. Используя соотношение
представим (3.54) в виде:
Теперь ясно, что зависимости от времени не будет, если
или
то есть в точках
Пример 2. Найдем закон изменения во времени плотности энергии стоячей волны в точках, где смещение струны достигает своих максимальных значений. Указанные точки имеют координаты
В этих точках
так что из (3.54) следует:
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.) |