▷ Волна (физика)

В этой статье объясняется, что такое волны в физике и каковы их характеристики. Итак, вы найдете определение волны в физике, примеры волн, каковы элементы волн и, наконец, какие бывают виды волн в физике.

Что такое волна в физике?

В физике волна — это возмущение, которое распространяется в пространстве, неся энергию, но не перенося материю. Другими словами, волна — это движение, распространяющееся через пространство, которое после прохождения волны остается таким же, как и ее первоначальное состояние.

Как правило, волны, изучаемые в физике, представляют собой гармонические и периодические волны, что означает, что их график циклически повторяется с течением времени, и их можно определить с помощью функции синуса или косинуса.

Некоторые волны требуют для транспортировки материальной среды, тогда как другие способны переноситься в вакууме. Ниже мы увидим, какие бывают типы волн.

Примеры волн

Теперь, когда мы знаем значение волны в физике, давайте рассмотрим несколько примеров повседневных волн, чтобы лучше понять эту концепцию.

Примеры волн:

Звуковые волны.
Рябь возникает на поверхности воды, когда бросают камень.
Волна, создаваемая вибрацией струны.
Волны растекаются по пирсу.
Электромагнитные волны.

Элементы волны

Элементами или частями волны являются:

Удлинение (y) : расстояние между положением волны и положением ее равновесия.
Амплитуда (А) : расстояние между максимальным растяжением и положением равновесия.
Гребень : каждая из самых высоких точек волны.
Долина : каждая из самых низких точек волны.
Цикл или колебание : это путь волны от одной точки к следующей эквивалентной точке.
Длина волны (λ) : расстояние, которое разделяет две последовательные эквивалентные точки волны.
Период (T) : время, необходимое для завершения полного колебания.
Частота (f) : количество колебаний или вибраций, которые волна совершает в единицу времени.

$f=\cfrac{1}{T}$

Угловая частота (или пульсация) (ω) : это скорость, с которой волна совершает колебания.

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

Волновое число (k) : определяется как количество циклов, выполненных на длине 2π метров.

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$

Скорость распространения (v) : это скорость, с которой распространяется волна.

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\cfrac{\omega}{k}$

уравнение волны

В физике уравнение волны имеет вид y(x,t) = A sin(k x ± ω t + φ ₀ ). Эта формула используется для расчета удлинения волны в определенном положении и в определенное время.

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

Золото:

$y$

является удлинением волны.
$A$

это амплитуда волны.
$x$

– расстояние от исследуемой точки до начала волны.
$k$

это волновое число.
$\omega$

– угловая частота или частота пульсации.
$t$

это момент времени.
$\phi_0$

является начальной фазой волны.

Знак перед угловой скоростью определяет направление движения волны. Если знак отрицательный, это означает, что волна распространяется вправо, а если знак положительный, это означает, что волна распространяется влево.

Примечание. Имейте в виду, что в физике уравнение волны можно выразить несколькими способами, поэтому его также можно выразить с помощью косинуса. Однако наиболее используемой формулой является функция, описанная в этой статье.

Виды волн

В физике существует несколько способов классификации волн, поэтому ниже мы увидим, какие бывают типы волн в соответствии с критериями, используемыми для их классификации.

По размерам распространения

Одномерные волны : волна распространяется только в одном направлении.
Двумерные волны : волна распространяется в двух измерениях, то есть вдоль поверхности.
Трехмерные волны : волна распространяется в трех измерениях, то есть в пространстве.

В зависимости от направления колебаний

Продольные волны : направление колебаний совпадает с направлением распространения волны.
Поперечные волны : направление колебаний перпендикулярно направлению распространения волн.

В зависимости от среды

Механические волны : для распространения волне необходима материальная среда.
Электромагнитные волны : волна может распространяться в вакууме.

По частоте

Периодические волны : волновой график циклически повторяется.
Непериодические волны : Волна колеблется свободно, не следуя циклическому шаблону.

Для более подробного объяснения, а также примеров каждого типа волн, нажмите на следующую ссылку:

➤ См.: Типы волн в физике.