Valovi nas obdajajo povsod, saj živimo v svetu gibanja in zvoka. Kakšna je narava valovnega procesa, kaj je bistvo teorije valovnih procesov? Poglejmo si to s primerom poskusov.
Koncept valov v fiziki
Skupni koncept za številne procese je prisotnost zvoka. Po definiciji je zvok posledica hitrih nihajnih gibov, ki jih ustvarja zrak ali drug medij, ki ga zaznavajo naši slušni organi. Če poznamo to definicijo, lahko nadaljujemo z obravnavo koncepta "valovnega procesa". Obstajajo številni poskusi, ki vam omogočajo vizualno preučitev tega pojava.
Proučevane valovne procese v fiziki lahko opazujemo v obliki radijskih valov, zvočnih valov, kompresijskih valov pri uporabi glasilk. Širijo se po zraku.
Če želite vizualno definirati koncept, vrzite kamen v lužo in označite širjenje učinkov. To je primer gravitacijskega vala. Pojavi se zaradi dviga in padanja tekočine.
Akustika
Celoten razdelek, imenovan "Akustika", je namenjen preučevanju lastnosti zvoka v fiziki. Poglejmo, kaj označuje. Osredotočimo se na stvari inprocesi, v katerih še ni vse jasno, o problemih, ki še čakajo na rešitev.
Akustika ima, tako kot druge veje fizike, še veliko nerešenih skrivnosti. Odprti jih je treba še. Poglejmo valovni proces v akustiki.
Zvok
Ta koncept je povezan s prisotnostjo nihajnih gibov, ki jih proizvajajo delci medija. Zvok je niz nihajnih procesov, povezanih s pojavom valov. V procesu nastajanja v mediju stiskanja in redčenja pride do valovnega procesa.
Indikatorji valovne dolžine so odvisni od narave medija, kjer potekajo oscilatorni procesi. Skoraj vsi pojavi, ki se pojavljajo v naravi, so povezani s prisotnostjo zvočnih tresljajev in zvočnih valov, ki se širijo v okolju.
Primeri določanja valovnega procesa v naravi
Ta gibanja lahko obveščajo o fenomenu valovnega procesa. Visokofrekvenčni zvočni valovi lahko potujejo na tisoče kilometrov, na primer ob izbruhu vulkana.
Ko pride do potresa, se pojavijo močne akustične in geoakustične vibracije, ki jih lahko zaznajo posebni zvočni sprejemniki.
Med podvodnim potresom se zgodi zanimiv in grozen pojav - cunami, ki je ogromen val, ki je nastal ob močni podzemni ali podvodni manifestaciji elementov.
Zahvaljujoč akustiki lahko dobite informacije, da se bliža cunami. Mnogi od teh pojavov so znani že dolgo. Toda do zdaj nekaj konceptov fizikezahtevajo skrbno študijo. Zato pri preučevanju skrivnosti, ki še niso rešene, na pomoč priskočijo zvočni valovi.
Teorija tektonike
V 18. stoletju se je rodila "hipoteza katastrofe". Takrat pojma "element" in "pravilnost" nista bila povezana. Nato so odkrili, da je starost oceanskega dna veliko mlajša od kopnega in ta površina se nenehno posodablja.
V tem času je, zahvaljujoč novemu pogledu na zemljo, ta nora hipoteza prerasla v teorijo "tektonike litosferskih plošč", ki pravi, da se zemeljski plašč premika, nebesni svod pa lebdi. Takšen proces je podoben gibanju večnega ledu.
Za razumevanje opisanega procesa se je pomembno znebiti stereotipov in običajnih pogledov, spoznati druge vrste bivanja.
Nadaljnji napredek v znanosti
Geološko življenje na zemlji ima svoj čas in agregatno stanje. Znanosti je uspelo poustvariti podobnost. Dno oceana se nenehno premika, kar povzroča razpoke in tvorbe grebenov, ko se nova snov dviga iz globin zemlje na površje in se postopoma ohlaja.
V tem času na kopnem potekajo procesi, ko ogromne plošče litosfere plavajo na površini zemeljskega plašča - zgornje kamnite lupine zemlje, ki nosi celine in morsko dno.
Število takšnih plošč je približno deset. Plašč je nemiren, zato se litosferske plošče začnejo premikati. V laboratorijskih pogojih je ta postopek videti kot elegantna izkušnja.
V naravi grozi z geološko katastrofo- potres. Razlog za gibanje litosferskih plošč so globalni konvekcijski procesi, ki se pojavljajo v globinah zemlje. Posledica kipenja bo cunami.
Japonska
Med drugimi potresno nevarnimi območji zemlje Japonska zavzema posebno mesto, ta veriga otokov se imenuje "ognjeni pas".
Če natančno sledimo dihu zemeljskega svoda, lahko napovemo bližajočo se katastrofo. Za preučevanje nihajnih procesov je bila v debelino zemlje uvedena ultragloboka vrtalna naprava. Prodrla je do globine 12 km in znanstvenikom omogočila sklepanje o prisotnosti določenih kamnin v zemlji.
Hitrost elektromagnetnega valovanja se preučuje pri pouku fizike v 9. razredu. Pokažite izkušnje z utežmi, ki se nahajajo na enaki razdalji drug od drugega. Povezani so z enakimi vzmeti običajne oblike.
Če prvo utež premaknete v desno za določeno razdaljo, druga utež ostane nekaj časa v istem položaju, vendar se vzmet že začne stiskati.
Definicija izraza "val"
Ker je tak proces potekal, se je pojavila elastična sila, ki bo potisnila drugo utež. Dobil bo pospešek, čez nekaj časa bo nabral hitrost, se premaknil v to smer in stisnil vzmet med drugo in tretjo utežjo. Po drugi strani bo tretji prejel pospešek, začel pospeševati, prestavljal in vplival na četrto vzmet. Tako bo proces potekal na vseh elementih sistema.
V tem primeru je premik drugega tovora vzdolžčas bo nastopil pozneje kot prvi. Učinek vedno zaostaja za vzrokom.
Prav tako bo premik drugega tovora povzročil premik tretjega. Ta proces se ponavadi širi v desno.
Če je prva teža začela nihati po harmoničnem zakonu, se bo ta proces razširil na drugo utež, vendar z zapoznelo reakcijo. Če torej naredite, da prva utež vibrira, lahko dobite nihanje, ki se bo sčasoma razširilo v prostoru. To je definicija vala.
Različice valov
Predstavljajmo si snov, ki je sestavljena iz atomov, to so:
- imajo maso - kot uteži, predlagane v poskusu;
- se povezujejo med seboj in tvorijo trdno telo s kemičnimi vezmi (kot je razpravljano v poskusu z vzmetjo).
Iz tega sledi, da je materija sistem, ki spominja na model iz izkušenj. Lahko širi mehanski val. Ta proces je povezan s pojavom elastičnih sil. Takšni valovi se pogosto imenujejo "poskočni".
Obstajata dve vrsti elastičnih valov. Če jih želite določiti, lahko vzamete dolgo vzmet, jo pritrdite na eni strani in jo raztegnete v desno. Tako lahko vidite, da je smer širjenja valov vzdolž vzmeti. Delci medija se premikajo v isto smer.
V takem valu narava smeri nihanja delcev sovpada s smerjo širjenja valov. Ta koncept se imenuje "vzdolžni val".
Če vzmet raztegneš in ji daš čas, da pridev stanje mirovanja, nato pa močno spremenite položaj v navpični smeri, bo vidno, da se val širi vzdolž vzmeti in se večkrat odbije.
Toda smer nihanja delcev je zdaj navpična, širjenje valov pa je vodoravno. To je prečni val. Lahko obstaja samo v trdnih snoveh.
Hitrost elektromagnetnega valovanja različnih vrst je različna. To lastnost seizmologi uspešno uporabljajo za določanje razdalje do virov potresa.
Ko se val širi, delci nihajo vzdolž ali čez, vendar tega ne spremlja prenos snovi, temveč le gibanje. Tako je navedeno v učbeniku "Fizika" 9. razred.
Karakterizacija valovne enačbe
Valna enačba v fiziki je neke vrste linearna hiperbolna diferencialna enačba. Uporablja se tudi za druga področja, ki jih pokriva teoretična fizika. To je ena od enačb, ki jih matematična fizika uporablja za izračune. Predvsem so opisani gravitacijski valovi. Uporablja se za opis procesov:
- v akustiki praviloma linearni tip;
- v elektrodinamiki.
Valni procesi so prikazani v izračunu za večdimenzionalni primer homogene valovne enačbe.
Razlika med valom in gugalnico
Izjemna odkritja prihajajo iz razmišljanja o običajnem pojavu. Galileo je utrip svojega srca vzel za merilo časa. Tako je bila odkrita konstantnost procesa nihanja nihala - ena glavnih določb mehanike. Toabsolutno samo za matematično nihalo - idealen nihajni sistem, za katerega je značilno:
- ravnotežni položaj;
- sila, ki vrne telo v ravnotežni položaj, ko odstopa;
- prehodi energije, ko pride do nihanja.
Za dvig sistema iz ravnovesja je nujen pogoj za nastanek nihanj. V tem primeru se poroča o določeni energiji. Različni vibracijski sistemi zahtevajo različne vrste energije.
Nihanje je proces, za katerega je značilno nenehno ponavljanje gibov ali stanj sistema v določenih časovnih obdobjih. Jasen prikaz nihajnega procesa je primer nihajnega nihala.
Oscilatorne in valovne procese opazimo v skoraj vseh naravnih pojavih. Val ima funkcijo motenja ali spreminjanja stanja medija, se širi v prostoru in prenaša energijo brez potrebe po prenosu snovi. To je značilna lastnost valovnih procesov, ki jih v fiziki preučujejo že dolgo. Pri raziskovanju lahko poudarite valovno dolžino.
Zvočni valovi lahko obstajajo v vseh sferah, ne obstajajo samo v vakuumu. Elektromagnetno valovanje ima posebne lastnosti. Lahko obstajajo povsod, tudi v vakuumu.
Energija vala je odvisna od njegove amplitude. Krožni val, ki se širi od vira, razprši energijo v prostoru, zato se njegova amplituda hitro zmanjšuje.
Linearni val ima zanimive lastnosti. Njegova energija se torej ne razprši v vesoljuamplituda takšnih valov se zmanjša samo zaradi sile trenja.
Smer širjenja valov prikazujejo žarki - črte, ki so pravokotne na fronto valovanja.
Kot med vpadnim žarkom in normalo je vpadni kot. Med normalnim in odbitim žarkom je odbojni kot. Enakost teh kotov je ohranjena pri katerem koli položaju ovire glede na valovno fronto.
Ko se srečajo valovi, ki se premikajo v nasprotnih smereh, lahko nastane stoječi val.
Rezultati
Delci medija med sosednjimi vozlišči stoječega vala nihajo v isti fazi. To so parametri valovnega procesa, določeni v valovnih enačbah. Ko se valovi srečajo, je mogoče opaziti povečanje in zmanjšanje njihovih amplitud.
Poznavanje glavnih značilnosti valovnega procesa je mogoče določiti amplitudo nastalega vala na določeni točki. Ugotovimo, v kateri fazi bo val iz prvega in drugega vira prispel na to točko. Poleg tega sta si faze nasprotni.
Če je razlika poti liho število polovičnih valov, bo amplituda nastalega vala na tej točki minimalna. Če je razlika poti enaka nič ali celemu številu valovnih dolžin, bo na stičišču opaziti povečanje amplitude nastalega vala. To je interferenčni vzorec, ko se dodajo valovi iz dveh virov.
Frekvenca elektromagnetnih valov je fiksirana v sodobni tehnologiji. Sprejemna naprava mora registrirati šibke elektromagnetne valove. Če postavite reflektor, bo v sprejemnik vstopilo več energije valovanja. Reflektorski sistem je nameščen tako, da ustvarja maksimumsignal na sprejemni napravi.
Značilnosti valovnega procesa so osnova sodobnih idej o naravi svetlobe in strukturi snovi. Tako se lahko pri njihovem preučevanju v učbeniku fizike za 9. razred uspešno naučite reševanja nalog s področja mehanike.
