Сууга таш ыргытуу менен механикалык толкундар эмне экенин элестете аласыз. Анын үстүндө пайда болгон жана алмашып турган чуңкурлар жана кырлар механикалык толкундардын мисалы болуп саналат. Алардын маңызы эмнеде? Механикалык толкундар ийкемдүү чөйрөдө термелүүнүн таралуу процесси.
Суюк беттердеги толкундар
Мындай механикалык толкундар суюктуктун бөлүкчөлөрүнө молекулалар аралык күчтөрдүн жана тартылуу күчүнүн таасиринен пайда болот. Бул көрүнүштү адамдар көптөн бери изилдеп келишет. Эң көрүнүктүүлөрү океан жана деңиз толкундары. Шамалдын ылдамдыгы жогорулаган сайын алар өзгөрүп, бийиктиги жогорулайт. Толкундардын формасы да татаалдашат. Океанда, алар коркунучтуу өлчөмдө жетиши мүмкүн. Күчтүн эң айкын мисалдарынын бири - жолундагы бардык нерселерди шыпырып салган цунами.
Деңиз жана океан толкундарынын энергиясы
Жээкке жеткенде деңиз толкундары тереңдиктин кескин өзгөрүшү менен көбөйөт. Алар кээде бир нече метр бийиктикке жетет. Мындай моменттерде суунун эбегейсиз массасынын кинетикалык энергиясы анын таасири астында тез талкаланган жээктеги тоскоолдуктарга өтөт. Серфингдин күчү кээде чоң мааниге жетет.
Эластикалык толкундар
Механикада суюктуктун бетиндеги термелүүлөр гана эмес, серпилгич толкундар деп аталгандар да изилденет. Булар алардагы серпилгич күчтөрдүн таасири астында ар кандай чөйрөдө таралган толкундоолор. Мындай дүрбөлөң – бул берилген чөйрөнүн бөлүкчөлөрүнүн тең салмактуулук абалынан кандайдыр бир четтөөлөрү. Серпилгич толкундардын жакшы мисалы - бир учуна бир нерсеге бекитилген узун аркан же резина түтүк. Эгерде сиз аны бекем тартып, анан анын экинчи (түзөлбөгөн) учунда капталдан курч кыймыл менен баш аламандык жаратсаңыз, анын аркандын бүт узундугу боюнча таянычка чейин кантип “чуркап” жана кайра чагылып жатканын көрө аласыз.
Механикалык толкундардын булагы
Баштапкы толкундоо чөйрөдө толкундун пайда болушуна алып келет. Ал физикада толкундун булагы деп аталган кандайдыр бир бөтөн дененин аракетинен келип чыгат. Бул арканды сермеп жаткан адамдын колу же сууга ыргытылган таш болушу мүмкүн. Булактын аракети кыска мөөнөттүү болгон учурда чөйрөдө көп учурда жалгыз толкун пайда болот. "Тынчсыздандыруучу" узак термелүүчү кыймылдарды жасаганда, толкундар биринин артынан бири пайда боло баштайт.
Механикалык толкундардын пайда болуу шарттары
Мындай термелүүлөр дайыма эле пайда боло бербейт. Алардын пайда болушунун зарыл шарты болуп ага тоскоол болгон күчтөрдүн чөйрөнүн, атап айтканда, ийкемдүүлүктүн бузулуу учурунда пайда болушу саналат. Алар бири-биринен алыстаганда кошуна бөлүкчөлөрдү жакындатып, бири-бирине жакындаганда бири-биринен түртүп жиберишет. Алыстан таасир этүүчү серпилгич күчтөрбөлүкчөлөрдүн бузулушунун булагы, аларды баланстан чыгара башташат. Убакыттын өтүшү менен чөйрөнүн бардык бөлүкчөлөрү бир термелүү кыймылына катышат. Мындай термелүүлөрдүн таралышы толкун болуп саналат.
Эластикалык чөйрөдөгү механикалык толкундар
Эластикалык толкунда бир эле учурда кыймылдын 2 түрү бар: бөлүкчөлөрдүн термелүүлөрү жана толкундоолордун таралышы. Узундук толкун – бөлүкчөлөрү таралуу багыты боюнча термелүүчү механикалык толкун. Туурасынан кеткен толкун – бул орто бөлүкчөлөрү таралуу багыты боюнча термелүүчү толкун.
Механикалык толкундардын касиеттери
Узунунан кеткен толкунда бузулуулар сейрек кездешүү жана кысуу, ал эми туурасынан кеткен толкунда чөйрөнүн кээ бир катмарларынын башкаларга салыштырмалуу жылыштары (жылуусу). Кысуу деформациясы серпилгич күчтөрдүн пайда болушу менен коштолот. Бул учурда жылыш деформациясы катуу заттарда гана серпилгич күчтөрдүн пайда болушу менен байланышкан. Газ жана суюк чөйрөдө бул чөйрөлөрдүн катмарларынын жылышы айтылган күчтүн пайда болушу менен коштолбойт. Өзүнүн касиеттеринен улам узунунан кеткен толкундар каалаган чөйрөдө тарай алат, ал эми туурасынан кеткен толкундар катуу заттарда гана тарай алат.
Суюктуктардын бетиндеги толкундардын өзгөчөлүктөрү
Суюктуктун бетиндеги толкундар узунунан да, туурасынан да эмес. Алар бир кыйла татаал, узунунан туурасынан кеткен мүнөзгө ээ. Бул учурда суюктуктун бөлүкчөлөрү тегерек боюнча же узун эллипстер боюнча кыймылдайт. Суюктуктун бетиндеги бөлүкчөлөрдүн тегерек кыймылдары, өзгөчө чоң термелүүлөр учурунда алардын жай, бирок үзгүлтүксүз кыймылы менен коштолот.толкун таралуу багытында жылып. Дал ошол суудагы механикалык толкундардын касиеттери жээкте түрдүү деңиз азыктарынын пайда болушуна себеп болот.
Механикалык толкун жыштыгы
Эгер серпилгич чөйрөдө (суюк, катуу, газ түрүндөгү) анын бөлүкчөлөрүнүн термелүүсү козголсо, анда алардын ортосундагы өз ара аракеттешүүдөн улам ал u ылдамдыгы менен тарайт. Демек, термелүүчү дене газ же суюк чөйрөдө болсо, анда анын кыймылы жанындагы бардык бөлүкчөлөргө бериле баштайт. Алар процесске кийинкилерди тартат жана башкалар. Бул учурда чөйрөнүн таптакыр бардык чекиттери термелүүчү дененин жыштыгына барабар, бирдей жыштык менен термелип баштайт. Бул толкундун жыштыгы. Башкача айтканда, бул маанини толкун тараган чөйрөдөгү чекиттердин термелүү жыштыгы катары мүнөздөсө болот.
Бул процесс кандайча болуп жатканы дароо түшүнүксүз болушу мүмкүн. Механикалык толкундар термелүү кыймылынын энергиясын анын булагынан чөйрөнүн перифериясына өткөрүү менен байланышкан. Натыйжада, толкун бир чекиттен экинчи чекитке алып жүрүүчү мезгилдик деформациялар пайда болот. Бул учурда чөйрөнүн бөлүкчөлөрү өздөрү толкун менен бирге кыймылдабайт. Алар тең салмактуулук абалына жакын термелет. Мына ошондуктан механикалык толкундун таралышы заттын бир жерден экинчи жерге өтүшү менен коштолбойт. Механикалык толкундар ар кандай жыштыктарга ээ. Ошондуктан, алар диапазонго бөлүнүп, атайын шкала түзүлгөн. Жыштык герц (Гц) менен өлчөнөт.
Негизги формулалар
Эсептөө формулалары абдан жөнөкөй болгон механикалык толкундар изилдөө үчүн кызыктуу объект болуп саналат. Толкун ылдамдыгы (υ) - анын алдыңкы кыймылынын ылдамдыгы (азыркы учурда чөйрөнүн термелүүсү жеткен бардык чекиттердин локусу):
υ=√G/ ρ, мында ρ – чөйрөнүн тыгыздыгы, G – ийкемдүүлүктүн модулу.
Эсептөөдө чөйрөдөгү механикалык толкундун ылдамдыгын толкун процессине катышкан чөйрөнүн бөлүкчөлөрүнүн кыймылынын ылдамдыгы менен чаташтырбоо керек. Демек, мисалы, абадагы үн толкуну анын молекулаларынын орточо термелүү ылдамдыгы 10 м/сек менен тарайт, ал эми кадимки шарттарда үн толкунунун ылдамдыгы 330 м/с.
Толкун фронту көптөгөн формаларда болот, алардын эң жөнөкөйлөрү:
• Тоголок - газ же суюк чөйрөдөгү термелүүлөрдүн натыйжасында пайда болот. Бул учурда толкундун амплитудасы булактан алыстаган сайын аралыктын квадратына тескери пропорцияда азаят.
• Жалпак - толкундун таралуу багытына перпендикуляр болгон тегиздик. Ал, мисалы, жабык поршендик цилиндрде термелгенде пайда болот. Тегиз толкун дээрлик туруктуу амплитудасы менен мүнөздөлөт. Анын бузулуу булагынан алыстаган сайын бир аз төмөндөшү газ же суюк чөйрөнүн илешкектүүлүгүнүн даражасы менен байланыштуу.
Толкун узундугу
Толкун узундугунун астында анын алдыңкы бөлүгү ошол убакытта кайсы аралыкка жыла тургандыгы түшүнүлөт.чөйрөнүн бөлүкчөлөрүнүн термелүү мезгилине барабар:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, мында T – термелүү мезгили, υ – толкундун ылдамдыгы, ω – циклдик жыштык, ν – орто чекиттердин термелүү жыштыгы.
Механикалык толкундун таралуу ылдамдыгы чөйрөнүн касиеттерине толугу менен көз каранды болгондуктан, анын узундугу λ бир чөйрөдөн экинчи чөйрөгө өтүүдө өзгөрөт. Бул учурда термелүү жыштыгы ν дайыма өзгөрүүсүз калат. Механикалык жана электромагниттик толкундар окшош болгондуктан, алар тараганда энергия өткөрүлөт, бирок эч нерсе өткөрүлбөйт.
