І. Механічні хвилі

Тема: «Властивості хвиль»

Мета роботи: Ознайомлення з основними властивостями електромагнітних та стоячих механічних хвиль. Більш глибоке засвоєння понять довжина хвилі, частота, швидкість поширення, фаза, поляризація хвильового процесу. Обладнання: Генератор незагасаючих електромагнітних коливань, передаюча антена, приймальна антена, випрямлювач ВУП-1, підсилювач низької частоти, гучномовець, з’єднувальні провідники. Металевий екран, кювета з водою, металева гратка..

Теоретичні відомості

Хвилею називають процес поширення збуджень, який супроводжується перенесенням енергії від джерела в навколишній простір. Розглянемо два типи хвиль: механічні хвилі, які поширюються в пружному середовищі, та електромагнітні.

І. Механічні хвилі.

Механічною хвилею називають процес поширення в пружному середо-вищі механічних коливань. Розрізняють хвилі поперечні і поздовжні.

У поперечній хвилі напрям коливань частинок середовища перпендикуляр-ний до напряму поширення хвилі. Поперечні пружні хвилі ідуть тільки в твердих тілах, де є пружні сили деформації зсуву

У поздовжній хвилі напрям коливань частинок середовища збігається з напрямом поширення хвилі. В рідинах і газах пружні сили виникають тільки під час стиску і не виникають під час зсуву, тому поперечні механічні хвилі в рідинах і газах не розповсюджуються, а поширюються тільки поздовжні хвилі. Під час поширення в середовищі одночасно декількох механічних хвиль коливання частинок середовища можна визначити, користуючись принципом суперпозиції хвиль, як геометричну суму коливань, які б виконувала частинка при поширенні кожної з хвиль окремо.

Якщо накладаються дві хвилі, одна з яких – пряма, а друга – відбита, що йдуть назустріч одна одній, утворюється хвиля, яка називається стоячою. Рівняння прямої і відбитої хвиль можна записати так:

Амплітуди і частоти прямої і відбитої хвиль однакові (рис.1). Рівняння стоячої хвилі має вигляд:

+ ).

Амплітуда коливань в такій хвилі залежить від координати х за гармонічним законом косінуса і набуває максимальних значень у точках, координати яких задовольняють умову

(n= 0,1,2…).

Ці точки називають пучностями стоячої хвилі.

Рис.1

У точках, координати яких задовольняють умову

(n= 0,1,2…),

амплітуда коливань дорівнює нулю. Ці точки називаються вузлами стоячої хвилі. Пучності і вузли являють собою не одну точку, а площини. Відстань між сусідніми пучностями, або сусідніми вузлами, називається довжиною стоячої хвилі λ_ст ідорівнює половині довжини прямої хвилі (λ/2). Таким чином відстань між сусіднім вузлом і пучністю дорівнює λ/4. Точки, які перебувають по різні боки від вузла, коливаються у протифазі. Всі точки, які містяться між сусідніми вузлами, коливаються в однаковій фазі. На відміну від прямої хвилі в стоячій хвилі не відбувається перенесення енергії. Довжина прямої хвилі λ у два рази довша ніж довжина стоячої хвилі λ_ст.

В даній лабораторній роботі явище «стояча хвиля» спостерігається на установці (рис.2), що складається з джерела змінного струму-1, джерела механічних хвиль-2 з частотою коливань 50 Гц (електричний дзвінок), шнура-3, в якому збуджуються поперечні хвилі, перетину-4, густина якого більша за густину шнура.

Рис.2

Шнур одним кінцем жорстко закріплений на джерелі 2, а другим на перепоні 4. При включенні джерела коливань у шнурі збуджується хвиля, яка при зустрічі з перепоною відбивається і тоді спостерігається накладання прямої і зворотної хвиль з утворенням стоячої хвилі.

Поиск по сайту: