As ondas nos cercam em todos os lugares, pois vivemos em um mundo de movimento e som. Qual é a natureza do processo ondulatório, qual é a essência da teoria dos processos ondulatórios? Vejamos isso com um exemplo de experimentos.
O conceito de ondas na física
Um conceito comum para muitos processos é a presença de som. Por definição, o som é o resultado de movimentos oscilatórios rápidos que são criados pelo ar ou outro meio percebido por nossos órgãos auditivos. Conhecendo esta definição, podemos passar a considerar o conceito de "processo ondulatório". Existem vários experimentos que permitem que você considere visualmente esse fenômeno.
Os processos ondulatórios estudados na física podem ser observados na forma de ondas de rádio, ondas sonoras, ondas de compressão ao usar as cordas vocais. Eles se espalham pelo ar.
Para definir visualmente o conceito, jogue uma pedra em uma poça e caracterize a propagação dos efeitos. Este é um exemplo de onda gravitacional. Ocorre devido à subida e descida do líquido.
Acústica
Uma seção inteira chamada "Acústica" é dedicada ao estudo das propriedades do som na física. Vejamos o que caracteriza. Vamos nos concentrar nas coisas eprocessos em que tudo ainda não está claro, em problemas que ainda estão esperando para serem resolvidos.
Acústica, como outros ramos da física, ainda tem muitos mistérios não resolvidos. Eles ainda serão abertos. Vamos considerar o processo de onda em acústica.
Som
Este conceito está associado à presença de movimentos oscilatórios, que são produzidos pelas partículas do meio. O som é uma série de processos oscilatórios associados ao aparecimento de ondas. No processo de formação no meio de compressão e rarefação, ocorre um processo ondulatório.
Os indicadores de comprimento de onda dependem da natureza do meio onde ocorrem os processos oscilatórios. Quase todos os fenômenos que ocorrem na natureza estão associados à presença de vibrações sonoras e ondas sonoras que se propagam no ambiente.
Exemplos de determinação do processo de ondas na natureza
Esses movimentos podem informar sobre o fenômeno do processo ondulatório. Ondas sonoras de alta frequência podem viajar milhares de quilômetros, como quando um vulcão entra em erupção.
Quando ocorre um terremoto, ocorrem fortes vibrações acústicas e geoacústicas, que podem ser registradas por receptores de som especiais.
Durante um terremoto subaquático, ocorre um fenômeno interessante e terrível - um tsunami, que é uma enorme onda que surgiu durante uma poderosa manifestação subterrânea ou submarina dos elementos.
Graças à acústica, você pode obter informações de que um tsunami está se aproximando. Muitos desses fenômenos são conhecidos há muito tempo. Mas até agora, alguns conceitos de físicarequerem estudo cuidadoso. Portanto, para o estudo de mistérios que ainda não foram resolvidos, são as ondas sonoras que vêm em socorro.
Teoria da tectônica
No século 18, nasceu a "hipótese da catástrofe". Naquela época, os conceitos de "elemento" e "regularidade" não estavam conectados. Então eles descobriram que a idade do fundo do oceano é muito mais jovem que a da terra, e essa superfície está em constante atualização.
Foi nessa época, graças a um novo olhar sobre a Terra, que essa hipótese maluca se transformou na teoria da "Tectônica das placas litosféricas", que afirma que o manto da Terra se move e o firmamento flutua. Tal processo é semelhante ao movimento do gelo eterno.
Para entender o processo descrito, é importante se livrar de estereótipos e visões habituais, para perceber outros tipos de ser.
Mais avanços na ciência
A vida geológica na Terra tem seu próprio tempo e estado de matéria. A ciência conseguiu recriar a semelhança. O fundo do oceano está em constante movimento, causando rupturas e formações de cordilheiras à medida que nova matéria sobe das profundezas da terra para a superfície e esfria gradualmente.
Neste momento, os processos ocorrem em terra quando placas colossais da litosfera flutuam na superfície do manto terrestre - a concha de pedra superior da terra, que carrega os continentes e o fundo do mar.
O número de tais placas é cerca de dez. O manto está inquieto, então as placas litosféricas começam a se mover. Sob condições de laboratório, este processo tem a aparência de uma experiência graciosa.
Na natureza, ameaça um desastre geológico- terremoto. A razão para o movimento das placas litosféricas são os processos de convecção global que ocorrem nas profundezas da Terra. O resultado da agitação será um tsunami.
Japão
Entre outras áreas sismicamente perigosas da Terra, o Japão ocupa um lugar especial, esta cadeia de ilhas é chamada de "cinturão de fogo".
Seguindo de perto o sopro do firmamento da terra, pode-se prever a catástrofe iminente. Para estudar os processos oscilatórios, uma sonda de perfuração ultraprofunda foi introduzida na espessura da terra. Ele penetrou a uma profundidade de 12 km e permitiu aos cientistas tirar conclusões sobre a presença de certas rochas no interior da Terra.
A velocidade de uma onda eletromagnética é estudada nas aulas de física no 9º ano. Mostre experiência com pesos localizados a uma distância igual um do outro. Eles são conectados por molas idênticas da forma usual.
Se você deslocar o primeiro peso para a direita uma certa distância, o segundo permanece na mesma posição por um tempo, mas a mola já está começando a comprimir.
Definição do termo "onda"
Desde que tal processo ocorreu, surgiu uma força elástica que empurrará o segundo peso. Ele ganhará aceleração, depois de um tempo ele ganhará velocidade, se moverá nessa direção e comprimirá a mola entre o segundo e o terceiro pesos. Por sua vez, a terceira receberá aceleração, começará a acelerar, mudará e afetará a quarta mola. E assim o processo ocorrerá em todos os elementos do sistema.
Neste caso, o deslocamento da segunda carga ao longotempo ocorrerá mais tarde do que o primeiro. O efeito sempre fica atrás da causa.
Além disso, o deslocamento da segunda carga acarretará o deslocamento da terceira. Esse processo tende a se espalhar para a direita.
Se o primeiro peso começou a flutuar de acordo com a lei harmônica, então esse processo se espalhará para o segundo peso, mas com uma reação retardada. Portanto, se você fizer o primeiro peso vibrar, poderá obter uma oscilação que se espalhará no espaço ao longo do tempo. Esta é a definição de uma onda.
Variedades de ondas
Vamos imaginar uma substância que consiste em átomos, são eles:
- tem massa - como os pesos propostos no experimento;
- conectam-se uns aos outros, formando um corpo sólido através de ligações químicas (como discutido no experimento com uma mola).
Segue que a matéria é um sistema semelhante a um modelo da experiência. Pode propagar uma onda mecânica. Este processo está associado ao surgimento de forças elásticas. Essas ondas costumam ser chamadas de "s altantes".
Existem dois tipos de ondas elásticas. Para determiná-los, você pode pegar uma mola longa, fixá-la de um lado e esticá-la para a direita. Então você pode ver que a direção da propagação da onda é ao longo da mola. As partículas do meio se movem na mesma direção.
Em tal onda, a natureza da direção de oscilação da partícula coincide com a direção de propagação da onda. Este conceito é chamado de "onda longitudinal".
Se você esticar a mola e der tempo para ela virpara um estado de repouso, e então mudar bruscamente a posição na direção vertical, será visto que a onda se propaga ao longo da mola e é refletida muitas vezes.
Mas a direção de oscilação da partícula agora é vertical, e a propagação da onda é horizontal. Esta é uma onda transversal. Só pode existir em sólidos.
A velocidade da onda eletromagnética de diferentes tipos é diferente. Esta propriedade é usada com sucesso por sismólogos para determinar a distância das fontes do terremoto.
Quando uma onda se propaga, as partículas oscilam ao longo ou transversalmente, mas isso não é acompanhado pela transferência de matéria, mas apenas pelo movimento. Portanto, é indicado no livro didático "Física" 9ª série.
Caracterização da equação de onda
A equação de onda na ciência física é um tipo de equação diferencial hiperbólica linear. Também é usado para outras áreas cobertas pela física teórica. Esta é uma das equações que a física matemática usa para cálculos. Em particular, as ondas gravitacionais são descritas. Usado para descrever processos:
- em acústica, via de regra, tipo linear;
- em eletrodinâmica.
Os processos de onda são exibidos no cálculo para o caso multidimensional de uma equação de onda homogênea.
A diferença entre uma onda e um swing
Descobertas notáveis vêm do pensamento sobre um fenômeno comum. Galileu tomou as batidas de seu coração como o padrão do tempo. Assim, descobriu-se a constância do processo de oscilações do pêndulo - uma das principais disposições da mecânica. Istoabsolutamente apenas para um pêndulo matemático - um sistema oscilatório ideal, caracterizado por:
- posição de equilíbrio;
- força que retorna o corpo à sua posição de equilíbrio quando se desvia;
- transições de energia quando ocorre flutuação.
Para desequilibrar o sistema, é necessária a condição para a ocorrência de oscilações. Neste caso, uma certa energia é relatada. Diferentes sistemas vibratórios requerem diferentes tipos de energia.
Oscilação é um processo que se caracteriza por uma constante repetição de movimentos ou estados do sistema em determinados períodos de tempo. Uma demonstração clara do processo oscilatório é o exemplo de um pêndulo oscilante.
Os processos oscilatórios e ondulatórios são observados em quase todos os fenômenos naturais. A onda tem a função de perturbar ou alterar o estado do meio, propagando-se no espaço e transportando energia sem a necessidade de transferir matéria. Esta é uma propriedade distinta dos processos ondulatórios; eles têm sido estudados na física há muito tempo. Ao pesquisar, você pode destacar o comprimento de onda.
As ondas sonoras podem existir em todas as esferas, não existem apenas no vácuo. As ondas eletromagnéticas têm propriedades especiais. Eles podem existir em todos os lugares, mesmo no vácuo.
A energia de uma onda depende de sua amplitude. A onda circular, propagando-se a partir da fonte, espalha energia no espaço, de modo que sua amplitude diminui rapidamente.
Uma onda linear tem propriedades interessantes. Sua energia não é dissipada no espaço, portantoa amplitude de tais ondas diminui apenas devido à força de atrito.
A direção de propagação da onda é representada por raios - linhas perpendiculares à frente da onda.
O ângulo entre o raio incidente e a normal é o ângulo de incidência. Entre o feixe normal e o refletido está o ângulo de reflexão. A igualdade desses ângulos é preservada em qualquer posição do obstáculo em relação à frente de onda.
Quando ondas se movendo em direções opostas se encontram, uma onda estacionária pode se formar.
Resultados
As partículas do meio entre os nós adjacentes de uma onda estacionária oscilam na mesma fase. Estes são os parâmetros do processo de onda fixados nas equações de onda. Quando as ondas se encontram, tanto aumentos quanto diminuições em suas amplitudes podem ser observados.
Conhecendo as principais características do processo ondulatório, é possível determinar a amplitude da onda resultante em um determinado ponto. Vamos determinar em que fase a onda da primeira e da segunda fonte chegará a este ponto. Além disso, as fases são opostas.
Se a diferença de caminho for um número ímpar de meias ondas, a amplitude da onda resultante neste ponto será mínima. Se a diferença de caminho for igual a zero ou um número inteiro de comprimentos de onda, um aumento na amplitude da onda resultante será observado no ponto de encontro. Este é um padrão de interferência quando as ondas de duas fontes são adicionadas.
A frequência das ondas eletromagnéticas é fixa na tecnologia moderna. O dispositivo receptor deve registrar ondas eletromagnéticas fracas. Se você colocar um refletor, mais energia das ondas entrará no receptor. O sistema refletor é instalado de forma a criar o máximosinal no dispositivo receptor.
Características do processo ondulatório fundamentam as idéias modernas sobre a natureza da luz e a estrutura da matéria. Assim, ao estudá-los em um livro de física do 9º ano, você pode aprender com sucesso a resolver problemas do campo da mecânica.
