Поток энергии и интенсивность волны

Поток энергии волн (Ф) характеризуется средней энергией, пе­реносимой волнами в единицу времени через некоторую поверх­ность. Усреднение должно быть сделано за время, значительно большее периода колебаний.

Единицей потока энергии волн является ватт (Вт).

Найдем связь потока энергии волн с энергией колеблющихся точек и скоростью распространения волны.

Выделим объем среды, в которой распространяется волна, в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 5.21); площадь его основания S, а длина ребра численно равна скорости u и совпадает с направлением распространения волны. В соответствии с этим за 1с сквозь площадку S пройдет та энергия, которой обладают ко­леблющиеся частицы в объеме параллелепипеда Sv. Это и есть по­ток энергии волн:

(5.53)

где — средняя объемная плотность энергии колебательного движения (среднее значение энергии колебательного движения частиц, участвующих в волновом процессе и расположенных в 1 м³).

Поток энергии волн, отнесенный к площади, ориентиро­ванной перпендикулярно направлению распространения волн, называют плотностью потока энергии волн, или интенсивностью волн:

(5.54)

Единицей плотности потока энергии волн яв­ляется ватт на квадратный метр (Вт/м²).

Энергия, переносимая упругой волной, складывается из по­тенциальной энергии деформации и кинетической энергии ко­леблющихся частиц. Приведем без вывода выражение для сред­ней объемной плотности энергии волн:

(5.55)

где А — амплитуда колебаний точек среды, r— плотность. Подставляя (5.55) в (5.54),имеем

Таким образом, плотность потока энергии упругих волн про­порциональна плотности среды, квадрату амплитуды колебаний частиц, квадрату частоты колебаний и скорости распростране­ния волны.