2015-10-22
2395
Тема: Физика волн. Электромагнитные волны.
План лекції №21:
| 3.2. Волны 3.2.4. Энергия упругой волны 3.2.5. Электромагнитные волны 3.2.6. Световые волны Задания и вопросы для самоконтроля |
Энергия упругой волны
Распространение волн связано с переносом энергии. При этом частицы среды не переносятся волной, а совершают колебание около положения равновесия. Скорость колеблющейся частицы, в соответствии с формулами (3.11) и (3.24), равна
.
Кинетическая энергия частиц, заключенных в объеме 
, равна (см. формулу (1.29))
.
Масса выделенного объема m равна
,
где ρ - плотность среды.
Тогда значение кинетической энергии выделенного объема равно
.
Выделенный объем обладает также потенциальной энергией 
. Можно показать, что
,
где, согласно формуле (3.23), 
.
Следовательно, кинетическая энергия выделенного объема равна потенциальной энергии.
Полная энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергии
.
Полная энергия, возникающая в упругой среде при распространении в ней плоской гармонической волны, равна
Плотностью энергии называется энергия, заключенная в единице объема, т. е.
Из формулы (3.26) следует, что плотность энергии в каждый момент времени в разных точках пространства различна. Среднее значение плотности энергии определяется средним значением квадрата синуса
Следовательно, среднее по времени значение плотности энергии в данной точке среды равно
Итак, энергия волны (3.25), плотность энергии (3.26) и ее среднее значение (3.27) пропорциональны плотности среды, квадрату амплитуды и квадрату частоты.
