Волновые процессы, продольные и поперечные волны

Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется волновым процессом (или волной). При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества.

Среди разнообразных волн, встречающихся в природе и технике, выделяются следующие их типы: волны на поверхности жидкости, упругие и электромагнитные волны. Упругими (или механическими) волнами называются механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и попереч­ные. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны, в поперечных — в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны.

Бегущая волна — волновое движение, при котором поверхность равных фаз перемещается с конечной скоростью.

бегущие воАлны при распространении в среде переносят энергию. С бегущей волной, групповая скорость которой отлична от нуля, связан перенос энергии, импульсаили других характеристик процесса^[2].

Эволюцию бегущей волны во времени и пространстве можно описать выражением:

где — амплитудная огибающая волны, — волновое число и — фаза колебаний.Фазовая скорость этой волны даётся выражением

где — это длина волны.

11, Электромагни́тные во́лны, электромагни́тное излуче́ние — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.

Среди электромагнитных полей вообще, порождённыхэлектрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

Электромагнитные волны подразделяются на:

· радиоволны (начиная со сверхдлинных),

· терагерцовое излучение,

· инфракрасное излучение,

· видимый свет,

· ультрафиолетовое излучение,

· рентгеновское излучение и жёсткое (гамма-излучение)(см. ниже, см. также рисунок).

1. Из теории Максвелла вытекает, что если в какой-либо малой области пространства периодически изменять электрическое и магнитное поля, то эти изменения должны периодически повторяться и во всех других точках пространства, причем в каждой последующей несколько позже, чем в предыдущей, т.е. от источника электромагнитных колебаний должны во все стороны распространяться электромагнитные волны с определенной скоростью. Вывод о конечности скорости распространения электромагнитных волн — очень важное следствие из теории Максвелла.

Дж. Максвелл чисто математически показал, что скорость распространения электромагнитного поля в вакууме равна скорости света c=3⋅108mc, c=3⋅108mc, а в среде эта скорость ν меньше и зависит от свойств среды:

v=cεμ√, v=cεμ,

где ε — диэлектрическая проницаемость среды, μ — магнитная проницаемость среды.

2. При распространении электромагнитных волн в каждой точке пространства происходят периодически повторяющиеся изменения электрического и магнитного полей. Эти изменения удобно изображать в виде колебаний векторов напряженности электрического поля E⃗ E→ и индукции магнитного поля B⃗ B→ в каждой точке пространства. Электромагнитная волна — поперечная волна, так как

E⃗ ⊥v⃗ E→⊥v→ и B⃗ ⊥v⃗. B→⊥v→.

3. Колебания векторов E⃗ E→ и B⃗ B→ в каждой точке электромагнитной волны происходят в одинаковых фазах и по двум взаимно перпендикулярным направлениям

E⃗ ⊥B⃗ E→⊥B→

в каждой точке пространства.

4. Векторы E⃗ E→ и B⃗ B→ образуют с вектором скорости распространения v⃗ v→ правовинтовую систему (рис. 2): если головку правого винта расположить в плоскости векторов E⃗ E→ к B⃗ B→ и поворачивать ее в направлении от E⃗ E→ к B⃗ B→ по кратчайшему пути, то поступательное движение острия винта укажет направление вектора v⃗ v→ в момент времени t.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: