Распространение волн в упругой среде

Среда называется упругой, если ее деформации, вызываемые внешними воздействиями, полностью исчезают после прекращения этих воздействий. При достаточно малых деформациях все тела практически считаются упругими.

Если в упругую среду поместить колеблющееся тело (источник колебаний), то соседние с ним частицы среды тоже придут в колебательное движение. Колебание этих частиц передается в результате упругого взаимодействия соседним частицам среды и т.д. Через некоторое время колебание охватит всю среду. Однако, в разных точках оно будет совершаться с различными фазами: чем дальше расположена частица от источника колебаний, тем позднее она начнет колебаться и тем больше будет запаздывать по фазе ее колебание. Распространение колебаний в среде называется волновым процессом или волной.Пример: сейсмические волны, волны на воде. Направление распространения волны (колебания) называется лучом.

Упругая волна называется поперечной,если частицы среды колеблются перпендикулярно лучу, т.е. она является упругой волной сдвига, следовательно, может распространяться только в средах, обладающих упругостью формы, т.е. в твёрдых телах (рис. 1.1а). Исключение составляют волны на поверхности воды.

Если же частицы среды колеблются вдоль луча (рис. 1.1б), то упругая волна сжатия называется продольной. Направления колебаний указаны стрелками.

Продольные волны могут возникнуть в средах, обладающих упругостью объема, т.е. в твердых, жидких и газообразных телах.

Волны, образованные внешним воздействием, приложенным к среде, называются бегущими волнами, так как они "бегут" от создающего их источника. Важным свойством бегущих волн является то, что они переносят энергию и импульс. Например, камень, брошенный на спокойную поверхность водоема, вызывает распространение круговых волн, которые могут сообщить кинетическую энергию плавающей на воде травинке.

Рис.1.1.

Упругая волна называется гармонической, если соответствующие ей колебания частиц среды являются гармоническими, т.е. описываются функцией синуса или косинуса.

Основные закономерности волнового процесса справедливы не только для механических волн упругой среды, но и для волн любой природы, в частности для волн электромагнитного поля. Волны подчиняются законам геометрической оптики, отражаясь и преломляясь у поверхностей раздела сред, где скорость их распространения изменяется.