Початкові відомості про хвилі

Хвилею називають процес розповсюдження в просторі коливань частинок середовища. Самі частинки не переміщаються в просторі обсягу середовища, а рухаються біля своїх положень рівноваги.

Залежно від того, напрямки коливань частинок середовища збігаються або перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі, розрізняють хвилі поздовжні і поперечні.

Фронтом хвилі називають геометричне місце точок, до яких у процесі поширення хвилі коливання доходять в один і той же момент часу. Хвильовий фронт відокремлює область простору, де частинки середовища знаходяться в збуреному стані, від області, де коливання ще не виникли.

Хвильовою поверхнею називають поверхню, яка проходить через положення рівноваги частинок, що коливаються в однаковій фазі.

Хвилі називають плоскими, сферичними або циліндричними, якщо їх хвильові поверхні являють собою площини, сферичні і циліндричні поверхні відповідно. Напрямки поширення хвилі перпендікулярні хвильовим поверхням.

Нехай якась скалярна фізична величина S (наприклад, зсув частинок середовища) залежить тільки від однієї просторової координати x і часу t, тобто . Легко бачити, що, якщо структура аргументу функції має вигляд , то значення функції , яке вона мала в точках площини в момент часу t, буде тим же в точках площини , але із запізненням за часом на , де .

Дійсно, це підтверджується порівнянням між собою виразів:

,

.

У такому випадку говорять, що збурення фізичної величини S поширюється у позитивному напрямку осі x зі швидкістю .

Будь-яка функція від аргументу виду висловлює поширення збурення уздовж осі х. Якщо графік залежності S від x має підвищення і западини та їх розташування різне в різні моменти часу, то процес, що описується рівнянням , називають плоскою хвилею. Хвиля, що поширюється в негативному напрямі осі x, описується рівнянням

.