Глава 6. Упругие волны

Колебания, возбужденные в какой-либо точке среды (твердой, жидкой или газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Процесс распространения колебаний в среде называется волновым процессом (или волной).

Упругими (механическими) волнами называются механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде.

При распространении волны частицы среды не перемещаются вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице передается энергия колебаний (перенос энергии без переноса вещества).

Волны, которые переносят энергию в пространстве, называются бегущими.

Упругие волны бывают продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны, а в поперечных – перпендикулярно направлению распространения волны. Продольные волны возникают в твердых, жидких и газообразных телах. Поперечные – только в твердых телах.

Распространяясь от источника колебаний, волновой процесс охватывает все новые частицы пространства.

Поверхность, относительно которой частицы среды колеблются в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью.

Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Волна в этих случаях называется плоской или сферической.

Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени , называется волновым фронтом (фронт волны разделяет область занятую колебаниями от свободной от них).

Вид фронта волны совпадает с видом волновой поверхности.

Волна является плоской, если ее волновые поверхности представляют собой совокупность плоскостей, параллельных друг другу.

Пример: волны от плывущего катера.

Волна является сферической, если ее волновые поверхности имеют вид концентрических сфер с общим центром.

Пример: звуковые волны от громкоговорителя.

Уравнением упругой волны называется функция

               ,                                     (6.1)

где x - смещение колеблющейся частицы от положения равновесия с радиус-вектором  в момент времени , координаты равновесного положения частицы.

Упругая волна будет незатухающей, если энергия волны не поглощается средой. Тогда колебания частиц среды можно описать гармоническим законом.