Волновое движение

Главное по теме

• Волна переносит энергию и колебания, но не вещество. Волны бывают поперечные (колебания поперёк движения волны) и продольные (вдоль).
• Длина волны λ - расстояние между двумя ближайшими гребнями (или точками, колеблющимися одинаково). За один период волна проходит расстояние λ.
• Скорость волны: v = λ · ν = λ / T. При переходе в другую среду частота не меняется, меняются скорость и длина волны.
• Звук - продольная механическая волна, ему нужна среда, в вакууме звука нет. В воздухе скорость звука около 340 м/с, в воде около 1500 м/с, в твёрдых телах больше.
• Слышимый звук: от 16 Гц до 20000 Гц. Ниже - инфразвук, выше - ультразвук. Высота звука зависит от частоты, громкость от амплитуды, тембр от формы колебаний.
• Волны могут отражаться (эхо), преломляться, огибать препятствия (дифракция) и складываться (интерференция).
• Электромагнитные волны поперечные, распространяются и в вакууме со скоростью c = 3·10⁸ м/с. Для них λ = c / ν.
• Шкала ЭМ волн по возрастанию частоты: радиоволны, инфракрасное, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение.
• Эхо: звук проходит расстояние туда и обратно, поэтому расстояние до преграды s = v · t / 2.

Задания с разбором

Где теряют баллы

• Волны и звук: длина волны, скорость, частота

  Ловушка: При переходе волны в другую среду меняют частоту; путают, что громкость зависит от частоты.

  Как решать: v = λν. Из среды в среду частота та же, меняются скорость и длина волны. Громкость = амплитуда, высота тона = частота.

Объяснение простыми словами

Брось камень в пруд. По воде побегут круги. А теперь посмотри на пробку, которая плавает неподалёку: она не уплывает к берегу, а просто качается вверх-вниз на месте. Значит, по воде движется не сама вода, а колебание. Вот что такое волна: процесс распространения колебаний в среде. Волна переносит энергию, но не переносит вещество. Эта мысль самая важная в теме и часто встречается в тестах в виде вопроса «что переносит волна».

Волны бывают двух видов. В поперечной волне частицы среды колеблются поперёк направления, куда бежит волна. Пример: волна на верёвке, если встряхнуть её конец вверх-вниз, и волна на поверхности воды. Поперечные волны возможны в твёрдых телах и на границе жидкости. В продольной волне частицы колеблются вдоль направления распространения, образуя чередующиеся сгущения и разрежения. Пример: звук в воздухе, или волна, бегущая по длинной пружинке, если сжать и отпустить её конец. Продольные волны могут идти в газах, жидкостях и твёрдых телах. Ловушка: звук в воздухе продольный, а не поперечный.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Термины

Механическая волна

Распространение колебаний в упругой среде (в воде, воздухе, твёрдом теле); переносит энергию, но не вещество.

Источник волны

Колеблющееся тело, которое заставляет колебаться частицы окружающей среды.

Поперечная волна

Волна, в которой частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения; возможна в твёрдых телах и на поверхности жидкости.

Продольная волна

Волна, в которой частицы колеблются вдоль направления распространения; возникает в газах, жидкостях и твёрдых телах (сжатия и разрежения).

Длина волны λ

Расстояние, на которое распространяется волна за один период; единица - метр.

Скорость волны v

Скорость распространения колебаний; v = λ·ν = λ / T, зависит от среды.

Период и частота волны

Они равны периоду и частоте колебаний источника; при переходе в другую среду не меняются.

Фронт волны

Поверхность, до которой дошли колебания в данный момент времени.

Звуковая волна

Продольная волна в упругой среде, которую человек слышит, если частота лежит в диапазоне 16-20000 Гц.

Скорость звука

Скорость распространения звука в среде; в воздухе около 340 м/с, в воде около 1500 м/с, в стали около 5000 м/с.

Инфразвук

Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц; человек их не слышит.

Ультразвук

Звуковые волны с частотой выше 20000 Гц; применяют в УЗИ, дефектоскопии, у летучих мышей и дельфинов.

Высота звука

Определяется частотой колебаний: чем выше частота, тем выше тон.

Громкость звука

Определяется амплитудой (интенсивностью) волны: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Тембр

Окраска звука, зависящая от набора частот (обертонов), по которой мы отличаем разные инструменты и голоса.

Эхо

Звук, отражённый от преграды и вернувшийся к источнику.

Отражение и преломление волн

Отражение - возврат волны от границы двух сред; преломление - изменение направления волны при переходе в другую среду, где меняется её скорость.

Дифракция

Огибание волнами препятствий; выражена сильнее, когда размер препятствия сравним с длиной волны.

Интерференция

Сложение когерентных волн, при котором в одних местах колебания усиливаются, а в других ослабляются.

Стоячая волна

Волна, возникающая при сложении бегущей и отражённой волн; имеет неподвижные точки (узлы) и точки с наибольшей амплитудой (пучности).

Электромагнитная волна

Распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле; поперечная, идёт и в вакууме со скоростью c = 3·10⁸ м/с.

Шкала электромагнитных волн

Расположение волн по частоте: радиоволны, инфракрасное, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.