Las olas nos rodean por todas partes, ya que vivimos en un mundo de movimiento y sonido. ¿Cuál es la naturaleza del proceso ondulatorio, cuál es la esencia de la teoría de los procesos ondulatorios? Veamos esto con un ejemplo de experimentos.
El concepto de ondas en física
Un concepto común para muchos procesos es la presencia de sonido. Por definición, el sonido es el resultado de rápidos movimientos oscilatorios creados por el aire u otro medio percibido por nuestros órganos auditivos. Conocida esta definición, podemos proceder a considerar el concepto de "proceso ondulatorio". Hay una serie de experimentos que le permiten considerar visualmente este fenómeno.
Los procesos ondulatorios estudiados en física se pueden observar en forma de ondas de radio, ondas de sonido, ondas de compresión cuando se usan las cuerdas vocales. Se propagan por el aire.
Para definir visualmente el concepto, tira una piedra a un charco y caracteriza la propagación de los efectos. Este es un ejemplo de una onda gravitacional. Ocurre debido a la subida y bajada del líquido.
Acústica
Una sección completa llamada "Acústica" está dedicada al estudio de las propiedades del sonido en la física. Veamos qué caracteriza. Centrémonos en las cosas yprocesos en los que aún no está todo claro, sobre problemas que aún esperan solución.
La acústica, como otras ramas de la física, aún tiene muchos misterios sin resolver. Aún están por abrir. Consideremos el proceso ondulatorio en acústica.
Sonido
Este concepto está asociado a la presencia de movimientos oscilatorios, que son producidos por las partículas del medio. El sonido es una serie de procesos oscilatorios asociados a la aparición de ondas. En el proceso de formación en el medio de compresión y rarefacción, ocurre un proceso ondulatorio.
Los indicadores de longitud de onda dependen de la naturaleza del medio donde tienen lugar los procesos oscilatorios. Casi todos los fenómenos que ocurren en la naturaleza están asociados a la presencia de vibraciones sonoras y ondas sonoras que se propagan en el medio ambiente.
Ejemplos de determinación del proceso ondulatorio en la naturaleza
Estos movimientos pueden informar sobre el fenómeno del proceso ondulatorio. Las ondas sonoras de alta frecuencia pueden viajar miles de kilómetros, como cuando un volcán entra en erupción.
Cuando ocurre un terremoto, se producen fuertes vibraciones acústicas y geoacústicas, que pueden ser registradas por receptores especiales de sonido.
Durante un terremoto submarino, tiene lugar un fenómeno interesante y terrible: un tsunami, que es una enorme ola que surge durante una poderosa manifestación subterránea o submarina de los elementos.
Gracias a la acústica, puedes obtener información de que se acerca un tsunami. Muchos de estos fenómenos se conocen desde hace mucho tiempo. Pero hasta ahora, algunos conceptos de la físicarequieren un estudio cuidadoso. Por lo tanto, para el estudio de misterios que aún no han sido resueltos, son las ondas sonoras las que vienen al rescate.
Teoría de la tectónica
En el siglo XVIII nació la "hipótesis de la catástrofe". En ese momento, los conceptos de "elemento" y "regularidad" no estaban conectados. Luego descubrieron que la edad del fondo del océano es mucho más joven que la de la tierra, y esta superficie se actualiza constantemente.
Fue en este momento, gracias a una nueva mirada a la tierra, que esa loca hipótesis se transformó en la teoría de la "Tectónica de las placas litosféricas", que establece que el manto terrestre se mueve y el firmamento flota. Tal proceso es similar al movimiento del hielo eterno.
Para comprender el proceso descrito, es importante deshacerse de los estereotipos y puntos de vista habituales, para darse cuenta de otros tipos de ser.
Más avances en la ciencia
La vida geológica en la tierra tiene su propio tiempo y estado de la materia. La ciencia ha logrado recrear la semejanza. El fondo del océano se mueve constantemente, provocando rupturas y formaciones de crestas a medida que la materia nueva se eleva desde las profundidades de la tierra hacia la superficie y se enfría gradualmente.
En este momento, los procesos ocurren en la tierra cuando las placas colosales de la litosfera flotan en la superficie del manto terrestre, la capa de piedra superior de la tierra, que transporta los continentes y el lecho marino.
El número de esas placas es de unas diez. El manto está inquieto, por lo que las placas litosféricas comienzan a moverse. En condiciones de laboratorio, este proceso tiene la apariencia de una experiencia elegante.
En la naturaleza, amenaza con un desastre geológico- terremoto. La razón del movimiento de las placas litosféricas son los procesos de convección global que ocurren en las profundidades de la tierra. El resultado de la ebullición será un tsunami.
Japón
Entre otras áreas sísmicamente peligrosas de la tierra, Japón ocupa un lugar especial, esta cadena de islas se llama el "cinturón de fuego".
Siguiendo de cerca el aliento del firmamento de la tierra, uno puede predecir la catástrofe inminente. Para estudiar los procesos oscilatorios, se introdujo una plataforma de perforación ultra profunda en el espesor de la tierra. Penetró a una profundidad de 12 km y permitió a los científicos sacar conclusiones sobre la presencia de ciertas rocas en el interior de la tierra.
La velocidad de una onda electromagnética se estudia en las lecciones de física en el grado 9. Mostrar experiencia con pesas ubicadas a la misma distancia entre sí. Están conectados por resortes idénticos de la forma habitual.
Si desplazas el primer peso hacia la derecha cierta distancia, el segundo permanece en la misma posición durante un tiempo, pero el resorte ya comienza a comprimirse.
Definición del término "onda"
Desde que tal proceso ha tenido lugar, ha surgido una fuerza elástica que empujará el segundo peso. Obtendrá aceleración, después de un tiempo aumentará la velocidad, se moverá en esta dirección y comprimirá el resorte entre el segundo y el tercer peso. A su vez, el tercero recibirá aceleración, comenzará a acelerar, cambiará y afectará al cuarto resorte. Y así el proceso tendrá lugar en todos los elementos del sistema.
En este caso, el desplazamiento de la segunda carga a lo largoel tiempo ocurrirá más tarde que el primero. El efecto siempre va a la zaga de la causa.
Además, el desplazamiento de la segunda carga supondrá el desplazamiento de la tercera. Este proceso tiende a extenderse hacia la derecha.
Si el primer peso comenzó a fluctuar de acuerdo con la ley armónica, entonces este proceso se extenderá al segundo peso, pero con una reacción retardada. Por lo tanto, si haces vibrar el primer peso, puedes obtener una oscilación que se extenderá en el espacio a lo largo del tiempo. Esta es la definición de una onda.
Variedades de ondas
Imaginemos una sustancia que consta de átomos, son:
- tener masa - como los pesos propuestos en el experimento;
- conectarse entre sí, formando un cuerpo sólido a través de enlaces químicos (como se explicó en el experimento con un resorte).
Se sigue que la materia es un sistema que se parece a un modelo de la experiencia. Puede propagar una onda mecánica. Este proceso está asociado con la aparición de fuerzas elásticas. Estas ondas a menudo se denominan "rebotantes".
Hay dos tipos de ondas elásticas. Para determinarlos, puede tomar un resorte largo, fijarlo en un lado y estirarlo hacia la derecha. Entonces puedes ver que la dirección de propagación de la onda es a lo largo del resorte. Las partículas del medio se mueven en la misma dirección.
En tal onda, la naturaleza de la dirección de oscilación de la partícula coincide con la dirección de propagación de la onda. Este concepto se llama "onda longitudinal".
Si estiras la primavera y le das tiempo para que vengaa un estado de reposo, y luego cambia bruscamente la posición en la dirección vertical, se verá que la onda se propaga a lo largo del resorte y se refleja muchas veces.
Pero la dirección de oscilación de la partícula ahora es vertical y la propagación de la onda es horizontal. Esta es una onda transversal. Solo puede existir en sólidos.
La velocidad de las ondas electromagnéticas de diferentes tipos es diferente. Los sismólogos utilizan con éxito esta propiedad para determinar la distancia a las fuentes de los terremotos.
Cuando se propaga una onda, las partículas oscilan a lo largo o a lo ancho, pero esto no va acompañado de transferencia de materia, sino solo de movimiento. Así se indica en el libro de texto "Física" Grado 9.
Caracterización de la ecuación de onda
La ecuación de onda en la ciencia física es una especie de ecuación diferencial hiperbólica lineal. También se utiliza para otras áreas cubiertas por la física teórica. Esta es una de las ecuaciones que utiliza la física matemática para los cálculos. En particular, se describen las ondas gravitacionales. Se utiliza para describir procesos:
- en acústica, por regla general, tipo lineal;
- en electrodinámica.
Los procesos de onda se muestran en el cálculo para el caso multidimensional de una ecuación de onda homogénea.
La diferencia entre una ola y un columpio
Los descubrimientos notables provienen de pensar en un fenómeno ordinario. Galileo tomó los latidos de su corazón como patrón de tiempo. Así, se descubrió la constancia del proceso de oscilaciones del péndulo, una de las principales disposiciones de la mecánica. Esoabsolutamente solo para un péndulo matemático - un sistema oscilatorio ideal, que se caracteriza por:
- posición de equilibrio;
- fuerza que devuelve el cuerpo a su posición de equilibrio cuando se desvía;
- transiciones de energía cuando se produce una fluctuación.
Para desequilibrar el sistema, es necesaria la condición para que se produzcan oscilaciones. En este caso, se informa una cierta energía. Diferentes sistemas vibratorios requieren diferentes tipos de energía.
La oscilación es un proceso que se caracteriza por una constante repetición de movimientos o estados del sistema en determinados periodos de tiempo. Una clara demostración del proceso oscilatorio es el ejemplo de un péndulo oscilante.
Los procesos oscilatorios y ondulatorios se observan en casi todos los fenómenos naturales. La onda tiene la función de perturbar o cambiar el estado del medio, propagándose en el espacio y transportando energía sin necesidad de transferir materia. Esta es una propiedad distintiva de los procesos ondulatorios, han sido estudiados en física durante mucho tiempo. Al investigar, puede res altar la longitud de onda.
Las ondas de sonido pueden existir en todas las esferas, no existen solo en el vacío. Las ondas electromagnéticas tienen propiedades especiales. Pueden existir en todas partes, incluso en el vacío.
La energía de una onda depende de su amplitud. La onda circular, que se propaga desde la fuente, dispersa energía en el espacio, por lo que su amplitud disminuye rápidamente.
Una onda lineal tiene propiedades interesantes. Su energía no se disipa en el espacio, por lo tantola amplitud de tales ondas disminuye solo debido a la fuerza de fricción.
La dirección de propagación de la onda se representa mediante rayos, líneas que son perpendiculares al frente de la onda.
El ángulo entre el rayo incidente y la normal es el ángulo de incidencia. Entre el haz normal y el reflejado está el ángulo de reflexión. La igualdad de estos ángulos se conserva en cualquier posición del obstáculo con respecto al frente de onda.
Cuando las ondas que se mueven en direcciones opuestas se encuentran, se puede formar una onda estacionaria.
Resultados
Las partículas del medio entre nodos adyacentes de una onda estacionaria oscilan en la misma fase. Estos son los parámetros del proceso de onda fijados en las ecuaciones de onda. Cuando las ondas se encuentran, se pueden observar aumentos y disminuciones en sus amplitudes.
Conociendo las principales características del proceso ondulatorio, es posible determinar la amplitud de la onda resultante en un punto dado. Determinemos en qué fase llegará a este punto la onda de la primera y la segunda fuente. Además, las fases son opuestas.
Si la diferencia de trayectoria es un número impar de medias ondas, la amplitud de la onda resultante en este punto será mínima. Si la diferencia de caminos es igual a cero oa un número entero de longitudes de onda, se observará un aumento en la amplitud de la onda resultante en el punto de encuentro. Este es un patrón de interferencia cuando se suman ondas de dos fuentes.
La frecuencia de las ondas electromagnéticas es fija en la tecnología moderna. El dispositivo receptor debe registrar ondas electromagnéticas débiles. Si pones un reflector, entrará más energía de onda en el receptor. El sistema de reflectores está instalado de manera que crea el máximoseñal en el dispositivo receptor.
Las características del proceso ondulatorio subyacen a las ideas modernas sobre la naturaleza de la luz y la estructura de la materia. Por lo tanto, al estudiarlos en un libro de texto de física de noveno grado, puede aprender con éxito a resolver problemas del campo de la mecánica.
