Толқындар бізді барлық жерде қоршайды, өйткені біз қозғалыс пен дыбыс әлемінде өмір сүреміз. Толқындық процестің табиғаты қандай, толқындық процестер теориясының мәні неде? Мұны эксперименттер мысалымен қарастырайық.
Физикадағы толқындар түсінігі
Көптеген процестерге ортақ ұғым - дыбыстың болуы. Анықтау бойынша, дыбыс ауа немесе есту мүшелеріміз қабылдайтын басқа орта арқылы жасалған жылдам тербеліс қозғалыстарының нәтижесі болып табылады. Бұл анықтаманы біле отырып, біз «толқындық процесс» түсінігін қарастыруға кірісеміз. Бұл құбылысты визуалды түрде қарастыруға мүмкіндік беретін бірқатар эксперименттер бар.
Физикада зерттелетін толқындық процестерді дауыс сымдарын пайдаланған кезде радиотолқындар, дыбыс толқындары, қысу толқындары түрінде байқауға болады. Олар ауа арқылы таралады.
Тұжырымдаманы көрнекі түрде анықтау үшін шалшыққа тас лақтырып, әсерлердің таралуын сипаттаңыз. Бұл гравитациялық толқынның мысалы. Бұл сұйықтықтың көтерілуіне және төмендеуіне байланысты болады.
Акустика
«Акустика» деп аталатын тұтас бір бөлім физикадағы дыбыстың қасиеттерін зерттеуге арналған. Оның нені сипаттайтынын көрейік. нәрселерге назар аударайық жәнебәрі әлі анық емес процестер, әлі шешімін күтіп тұрған мәселелер бойынша.
Физиканың басқа салалары сияқты акустиканың әлі де ашылмаған құпиялары көп. Олар әлі ашылмаған. Акустикадағы толқындық процесті қарастырайық.
Дыбыс
Бұл концепция ортаның бөлшектерімен жасалатын тербелмелі қозғалыстардың болуымен байланысты. Дыбыс – толқындардың пайда болуымен байланысты тербелмелі процестер тізбегі. Сығылу және сиректеу ортасында түзілу процесінде толқындық процесс жүреді.
Толқын ұзындығының индикаторлары тербелмелі процестер жүретін ортаның табиғатына байланысты. Табиғатта болатын құбылыстардың барлығы дерлік қоршаған ортада таралатын дыбыс тербелістері мен дыбыс толқындарының болуымен байланысты.
Табиғаттағы толқындық процесті анықтау мысалдары
Бұл қозғалыстар толқындық процестің құбылысы туралы ақпарат бере алады. Жоғары жиілікті дыбыс толқындары жанартау атқылаған кездегі сияқты мыңдаған километрді жүріп өтуі мүмкін.
Жер сілкінісі болған кезде күшті акустикалық және геоакустикалық тербеліс пайда болады, оларды арнайы дыбыс қабылдағыштар тіркей алады.
Су астындағы жер сілкінісі кезінде қызықты және қорқынышты құбылыс орын алады - цунами, ол элементтердің жер асты немесе су астындағы күшті көрінісі кезінде пайда болған үлкен толқын.
Акустиканың арқасында цунами жақындап қалғаны туралы ақпаратты ала аласыз. Бұл құбылыстардың көпшілігі бұрыннан белгілі. Бірақ осы уақытқа дейін физиканың кейбір ұғымдарымұқият зерделеуді талап етеді. Сондықтан әлі шешілмеген жұмбақтарды зерттеу үшін көмекке дыбыс толқындары келеді.
Тектоника теориясы
18 ғасырда «апат гипотезасы» дүниеге келді. Ол кезде «элемент» және «заңдылық» ұғымдары бір-бірімен байланыспаған. Содан кейін олар мұхит түбінің жасы құрлыққа қарағанда әлдеқайда жас екенін және оның беті үнемі жаңартылып тұратынын анықтады.
Дәл осы уақытта жерге жаңа көзқарастың арқасында ақылсыз гипотеза «Литосфералық плиталардың тектоникасы» теориясына айналды, онда жер мантиясы қозғалады, ал аспан қабаты қалқып тұрады. Мұндай процесс мәңгілік мұздың қозғалысына ұқсайды.
Сипатталған процесті түсіну үшін стереотиптер мен үйреншікті көзқарастардан арылу, болмыстың басқа түрлерін жүзеге асыру маңызды.
Ғылымдағы одан әрі жетістіктер
Жердегі геологиялық өмірдің өз уақыты мен заттың күйі бар. Ғылым ұқсастықты қалпына келтіре алды. Мұхит түбі үздіксіз қозғалып, жердің тереңдігінен жер бетіне жаңа зат көтеріліп, бірте-бірте салқындаған сайын жарылып, жоталардың түзілуіне әкеледі.
Осы кезде құрлықта литосфераның орасан зор пластинкалары жер мантиясының бетінде қалқып жүргенде процестер жүреді - материктер мен теңіз түбін тасымалдайтын жердің жоғарғы тас қабығы.
Мұндай табақтардың саны он шақты. Мантия тынышсыз, сондықтан литосфералық тақталар қозғала бастайды. Зертханалық жағдайларда бұл процесс керемет әсер береді.
Табиғатта ол геологиялық апатқа қауіп төндіреді- жер сілкінісі. Литосфералық тақталардың қозғалысының себебі - жердің тереңдігінде болатын жаһандық конвекциялық процестер. Тұншығудың нәтижесі цунами болады.
Жапония
Жердің басқа сейсмикалық қауіпті аймақтарының ішінде Жапония ерекше орын алады, бұл аралдар тізбегі «өрт белдеуі» деп аталады.
Жер аспанының тынысына жақын отырып, келе жатқан апатты болжауға болады. Тербелмелі процестерді зерттеу үшін жердің қалыңдығына ультра терең бұрғылау қондырғысы енгізілді. Ол 12 км тереңдікке еніп, ғалымдарға жердің ішінде кейбір тау жыныстарының бар екендігі туралы қорытынды жасауға мүмкіндік берді.
Электромагниттік толқынның жылдамдығы 9-сыныпта физика сабағында оқытылады. Бір-бірінен бірдей қашықтықта орналасқан салмақтармен тәжірибені көрсетіңіз. Олар кәдімгі пішіндегі бірдей серіппелер арқылы қосылады.
Бірінші салмақты белгілі бір қашықтыққа оңға жылжытсаңыз, екіншісі біраз уақыт сол қалпында қалады, бірақ серіппе қысыла бастады.
"толқын" терминінің анықтамасы
Мұндай процесс орын алғандықтан, екінші салмақты итеретін серпімділік күші пайда болды. Ол үдеу алады, біраз уақыттан кейін ол жылдамдықты көтеріп, осы бағытта қозғалады және екінші және үшінші салмақтар арасындағы серіппені қысады. Өз кезегінде, үшінші жеделдету алады, жылдамдата бастайды, ауысады және төртінші көктемге әсер етеді. Осылайша, процесс жүйенің барлық элементтерінде орын алады.
Бұл жағдайда екінші жүктің бойымен орын ауыстыруыуақыт біріншіден кеш болады. Әсер әрқашан себептен артта қалады.
Сонымен қатар екінші жүктің орын ауыстыруы үшіншісінің ығысуы болады. Бұл процесс оңға қарай таралады.
Егер бірінші салмақ гармоникалық заңға сәйкес тербеле бастаса, онда бұл процесс екінші салмаққа таралады, бірақ кешіктірілген реакциямен. Сондықтан, егер сіз бірінші салмақты дірілдетсеңіз, уақыт өте келе кеңістікте таралатын тербеліс алуға болады. Бұл толқынның анықтамасы.
Толқындардың түрлері
Атомдардан тұратын затты елестетейік, олар:
- массасы бар - экспериментте ұсынылған салмақтар сияқты;
- бір-бірімен байланысып, химиялық байланыстар арқылы қатты денені құрайды (серіппемен тәжірибеде талқыланғандай).
Материя тәжірибеден алынған үлгіге ұқсайтын жүйе екені шығады. Ол механикалық толқынды тарата алады. Бұл процесс серпімді күштердің пайда болуымен байланысты. Мұндай толқындар жиі "серпілмелі" деп аталады.
Эластикалық толқындардың екі түрі бар. Оларды анықтау үшін сіз ұзын серіппені алып, оны бір жағынан бекітіп, оны оңға қарай созуға болады. Сонымен толқынның таралу бағыты серіппе бойымен екенін көруге болады. Ортаның бөлшектері бір бағытта қозғалады.
Мұндай толқында бөлшектердің тербеліс бағытының сипаты толқынның таралу бағытымен сәйкес келеді. Бұл ұғым «бойлық толқын» деп аталады.
Көктемді созып, Келуге уақыт берсеңтыныштық күйіне, содан кейін тік бағытта позицияны күрт өзгерткенде, толқынның серіппе бойымен таралатыны және көп рет шағылысқаны көрінеді.
Бірақ бөлшектердің тербеліс бағыты енді тік, ал толқынның таралуы көлденең. Бұл көлденең толқын. Ол тек қатты денелерде болуы мүмкін.
Әр түрлі электромагниттік толқынның жылдамдығы әртүрлі. Бұл сипатты сейсмологтар жер сілкінісі көздеріне дейінгі қашықтықты анықтау үшін сәтті пайдаланады.
Толқын тараған кезде бөлшектер бойымен немесе көлденеңінен тербеледі, бірақ бұл заттың тасымалдануымен емес, тек қозғалыспен бірге жүреді. Сонымен 9-сынып «Физика» оқулығында көрсетілген.
Толқын теңдеуінің сипаттамасы
Физика ғылымындағы толқындық теңдеу сызықты гиперболалық дифференциалдық теңдеудің бір түрі болып табылады. Ол теориялық физиканың басқа салаларында да қолданылады. Бұл математикалық физика есептеулер үшін қолданатын теңдеулердің бірі. Атап айтқанда, гравитациялық толқындар сипатталған. Процестерді сипаттау үшін пайдаланылады:
- акустикада, әдетте, сызықтық түрі;
- электродинамикада.
Толқындық процестер біртекті толқын теңдеуінің көпөлшемді жағдайына арналған есептеуде көрсетіледі.
Толқын мен тербелістің айырмашылығы
Таңғажайып жаңалықтар кәдімгі құбылыс туралы ойлаудан туындайды. Галилео өз жүрегінің соғуын уақыт өлшемі ретінде қабылдады. Осылайша, маятниктердің тербеліс процесінің тұрақтылығы ашылды - механиканың негізгі ережелерінің бірі. Олабсолютті тек математикалық маятник үшін - идеалды тербелмелі жүйе, ол келесімен сипатталады:
- баланс орны;
- дене ауытқыған кезде оны тепе-теңдік күйіне қайтаратын күш;
- тербелістер орын алған кездегі энергияның ауысуы.
Жүйені теңгерімнен шығару үшін тербелістердің пайда болу шарты қажет. Бұл жағдайда белгілі бір энергия хабарланады. Әртүрлі діріл жүйелері әртүрлі қуат түрлерін қажет етеді.
Тербеліс – белгілі бір уақыт аралығындағы қозғалыстардың немесе жүйе күйлерінің тұрақты қайталануымен сипатталатын процесс. Тербелмелі процестің айқын көрінісі тербелмелі маятниктің мысалы болып табылады.
Тербелмелі және толқындық процестер барлық дерлік табиғат құбылыстарында байқалады. Толқын ортаның күйін бұзатын немесе өзгертетін, кеңістікте таралатын және затты тасымалдауды қажет етпей-ақ энергияны тасымалдайтын функцияларды атқарады. Бұл толқындық процестердің ерекше қасиеті, олар физикада ұзақ уақыт бойы зерттелді. Зерттеу кезінде толқын ұзындығын бөлектеуге болады.
Дыбыс толқындары барлық сферада болуы мүмкін, олар тек вакуумда ғана болмайды. Электромагниттік толқындардың ерекше қасиеттері бар. Олар кез келген жерде, тіпті вакуумда да болуы мүмкін.
Толқынның энергиясы оның амплитудасына байланысты. Көзден таралатын дөңгелек толқын кеңістікте энергияны шашыратады, сондықтан оның амплитудасы тез төмендейді.
Сызықтық толқынның қызықты қасиеттері бар. Сондықтан оның энергиясы кеңістікте таралмайдымұндай толқындардың амплитудасы үйкеліс күшінің әсерінен ғана азаяды.
Толқынның таралу бағыты сәулелермен - толқын фронтына перпендикуляр сызықтармен бейнеленген.
Түскен сәуле мен нормаль арасындағы бұрыш - түсу бұрышы. Қалыпты және шағылған сәуленің арасында шағылу бұрышы болады. Бұл бұрыштардың теңдігі толқындық фронтқа қатысты кедергінің кез келген орнында сақталады.
Қарама-қарсы бағытта қозғалатын толқындар кездескен кезде, тұрақты толқын пайда болуы мүмкін.
Нәтижелер
Тұрып тұрған толқынның көрші түйіндері арасындағы ортаның бөлшектері бір фазада тербеледі. Бұл толқындық теңдеулерде бекітілген толқындық процестің параметрлері. Толқындар түйіскен кезде олардың амплитудасының артуын да, кемуін де байқауға болады.
Толқындық процестің негізгі сипаттамаларын біле отырып, алынған толқынның берілген нүктедегі амплитудасын анықтауға болады. Осы нүктеге бірінші және екінші көздерден толқын қай фазада келетінін анықтайық. Оның үстіне фазалар қарама-қарсы.
Егер жол айырмашылығы жарты толқындардың тақ саны болса, осы нүктедегі нәтиже толқынының амплитудасы минималды болады. Жол айырмашылығы нөлге немесе толқын ұзындығының бүтін санына тең болса, кездесу нүктесінде алынған толқын амплитудасының ұлғаюы байқалады. Бұл екі көзден толқындар қосылған кездегі кедергі үлгісі.
Электромагниттік толқындардың жиілігі заманауи технологияда бекітілген. Қабылдаушы құрылғы әлсіз электромагниттік толқындарды тіркеуі керек. Егер сіз рефлекторды қойсаңыз, қабылдағышқа көбірек толқындық энергия түседі. Рефлекторлық жүйе максимум жасайтын етіп орнатылғанқабылдау құрылғысындағы сигнал.
Жарық табиғаты мен материяның құрылымы туралы заманауи идеялардың негізінде толқындық процестің сипаттамалары жатыр. Осылайша, оларды 9-сыныптың физика оқулығында оқығанда, сіз механика пәнінен есептерді шығару жолын сәтті үйренуге болады.
