Хвалі: віды хваль і вызначэнне хвалі. Віды электрамагнітных і гукавых хваль

Хвалі бываюць не толькі ў вадзе. З іх складаюцца гук, святло і т. Д. Як такое можа быць і што такое хвалі наогул?

сутнасць

Гэты тэрмін выкарыстоўваецца ў розных навуковых галінах, але перш за ўсё ў фізіцы. Паводле тэрміналогіі дадзенай дысцыпліны працэс распаўсюджвання ваганняў - гэта хваля. Вызначэнне нескладанае, але на справе ўсё не так ужо і проста. Пры гэтым асобныя часціцы не рухаюцца, а толькі перамяшчаюцца паблізу сваіх палажэнняў раўнавагі. З чаго вынікае такое ўласцівасць хваль: яны з'яўляюцца сродкам пераносу энергіі без змяненняў у матэрыі. Часам адбываецца і гэта, але толькі як пабочнае з'ява. Тыя, хто хоць раз быў на моры, выдатна ўяўляюць сабе, што такое хваля.

Вызначэнне, зрэшты, - гэта не адзінае, што трэба ведаць, сутыкаючыся з гэтай з'явай. Важна тое, што яно вельмі цесна ўзаемазвязана з ваганнямі, таму іх вывучэнне адбываецца сумесна як у тэорыі, так і на практыцы.

паходжанне

Хвалі могуць генеравацца рознымі спосабамі. Прычынай іх узнікнення заўсёды служыць ўзбуджэнне часціц і вывядзенне іх з раўнавагі. Гэта можа быць зроблена з дапамогай спецыяльных прылад, такіх як антэны ці выпраменьвальнікі. Акрамя таго, прычынай можа быць ўзнікненне няўстойлівасцяў, як у выпадку з моцным ветрам, з-за якога па вадзе бяжыць рабізна.

Гісторыя даследавання з'явы

Вывучэннем механізму ўзнікнення і распаўсюджвання хваль у розных навуковых дысцыплінах, такіх як акіянолаг, сейсмалогіі, механіка, акустыка, медыцына і, зразумела, фізіка ў цэлым, а таксама многія іншыя, займаліся многія вядомыя навукоўцы. Лічыцца, што найбольш важкі ўклад унёс нямецкі даследчык Генрых Герц. Ён усталяваў некаторыя заканамернасці і адкрыў невядомыя да гэтай з'явы, звязаныя з узаемадзеяннем электрамагнітных хваляў, напрыклад, інтэрферэнцыю, дыфракцыю і палярызацыю. Яго даследаванні ў далейшым былі выкарыстаныя для стварэння радыёсувязі. Зразумела, былі і іншыя навукоўцы, якія вывучалі гэтую з'яву і ўнеслі ў развіццё навукі важкі ўклад, напрыклад, Максвел, але менавіта імя Герца было ўвекавечана ў адзінцы вымярэння частаты хвалі.

віды хваляў

Існуе вялікая колькасць класіфікацый па розных прыкметах. Перш за ўсё, гэты кірунак ваганняў хвалі. Віды хваль па гэтым крытэры: падоўжныя, папярочныя, змешаныя. Існуюць і зусім іншыя спосабы іх групоўкі: апісанне раўнаннямі, геаметрыя, фізічнае асяроддзе і т. Д.

Важна, што пры ўзнікненні гэтай з'явы нічога прынцыпова новага ў рэчыве не зьяўляецца, змяняецца толькі арганізацыя часціц, што і спараджае тыя ці іншыя падзеі. З пункту гледжання ўспрымання гэта можа быць выказана як святло, колер, гук, радыяцыя, а таксама нябачная воку энергія і т. Д. У сваю чаргу, яны таксама могуць быць класіфікаваны.

Акрамя таго, яшчэ адрозніваюць механічныя і электрамагнітныя хвалі. Віды хваляў з першай катэгорыі таксама могуць дзяліцца на пругкія і тыя, якія ўзнікаюць на паверхні вады. Гэтая класіфікацыя мае на ўвазе разгляду асяроддзя распаўсюду. У цэлым жа асноўнае і самае папулярнае дзяленне ўключае ў сябе толькі гукавыя і электрамагнітныя хвалі. Пра іх у далейшым і пойдзе гаворка больш падрабязна.

агульнае апісанне

Любая хваля валодае побач уласцівасцяў і параметраў, з дапамогай якіх яе можна апісаць. Па-першае, гэта яе даўжыня, якая пазначаецца як λ (лямбда). Акрамя таго, яна валодае частатой, перыядам і хуткасцю. Асобна вылучаюць хвалевы фронт або паверхню, то ёсць мноства кропак, якія знаходзяцца ў аднолькавай фазе, і прамень або вектар, які паказвае кірунак распаўсюду.

З апошнімі двума параметрамі звязаная яшчэ адна класіфікацыя. У залежнасці ад выгляду фронту хвалі могуць быць сферычнымі і плоскімі. Для спрошчаных разлікаў і вырашэння некаторых задач паверхню можа лічыцца плоскай, але толькі пры ўмове значнага выдалення ад крыніцы. Зыходзячы з усіх гэтых характарыстык, і вылучаюць розныя віды хваль.

прыклады

Акрамя самых зразумелых рэчаў, накшталт гучання струны або хваляў на моры, можна падумаць таксама аб колах на вадзе, якія з'яўляюцца ад кінутага каменя, выбухах, сне на мяккім матрацы і многіх іншых з'явах. Ультрафіялетавыя або інфрачырвоныя прамяні, а таксама тое, што не чуваць чалавечаму вуху - усё гэта праявы аднаго і таго ж з'явы, распаўсюджвання хвалі. Віды хваляў настолькі разнастайныя, а самі яны настолькі шматаблічны, што сапраўды складана паверыць у тое, што такія розныя рэчы, па сутнасці, маюць адну прыроду.

Гукавыя хвалі: асаблівасці

Слых дае чалавеку вялікую колькасць інфармацыі пра навакольны свет. Але без хваль гэта было б немагчыма. Гукавая іх разнавіднасць ставіцца да пругкім. Іх асаблівасць складаецца ў тым, што даўжыня такіх хваляў і, адпаведна, частата такія, што вышыня знаходзіцца ў межах чутнасці. Для чалавека гэты дыяпазон складае ад 20 да 20000 герц. Усё, што ніжэй, называецца інфрагуку, а вышэй - ультрагукам. Першы пакуль яшчэ дрэнна вывучаны, а вось другі шырока выкарыстоўваецца ў навуцы, медыцыне і многіх іншых галінах. Такія віды гукавых хваль. Іх характарыстыкі вызначаюцца такімі параметрамі, як даўжыня, частата і спалучэнне розных відаў ваганняў. Ад гэтага залежаць, адпаведна, гучнасць, вышыня тону і тэмбр.

Як і любая іншая хваля, гук па прыродзе сваёй выкліканы ваганнямі. Гэта можна адчуць, напрыклад, стоячы на канцэрце побач з калонкай. Хвалі могуць распаўсюджвацца ў многіх відах асяроддзяў, у тым ліку вадкіх і цвёрдых. У вакууме жа, як лічыцца, гукі ці не чутны. Менавіта таму так часта бываюць папрокі ў бок галівудскіх рэжысёраў, якія здымаюць сцэны з маштабнымі і гучнымі выбухамі ў беспаветранай прасторы. Вывучэннем гукавых ваганняў і хваляў займаецца даволі шырокі раздзел фізікі - акустыка. Гэтая вельмі цікавая навука мае шмат спосабаў прымянення ў жыцці. Напрыклад, з выкарыстаннем ведаў акустыкі праектуюцца канцэртныя і оперныя залы, каб прадстаўлення былі добра чутныя на любых месцах.

Ўспрыманне гукаў чалавекам і жывёламі адбываецца за кошт пераўтварэння механічных ваганняў у электрычныя сігналы. Гэты механізм даволі складзены, але яго значэнне нельга пераацаніць. Зрэшты, тое ж самае можна сказаць пра гуках наогул. З іх дапамогай можна мець зносіны, перадаваць інфармацыю, мяняць настрой. Яны ўплываюць на людзей, нават калі знаходзяцца па-за межамі чутнасці. Менавіта таму існуе, напрыклад, паняцце "шумавое забруджванне". За адзінку гучнасці гуку прыняты бел, названы так у гонар вучонага А. Бэла, вынаходніка тэлефона.

Ўласцівасці і віды электрамагнітных хваляў

Але ёсць і адмысловы тып ваганняў, без якіх цяжка ўявіць сучаснае жыццё. Мабільныя тэлефоны, бесправадная сувязь, радыё, ЗВЧ-печы і многія іншыя прыборы не існавалі б, калі б не былі адкрыты электрамагнітныя хвалі. А яшчэ было б немагчыма ўспрымаць колер, ды і святла не існавала б. Хіба можна гэта сабе ўявіць?

У адрозненне ад гукаў гэтая разнавіднасць ваганняў можа распаўсюджвацца ў любых асяроддзях, у тым ліку і ў вакууме, прычым іх хуткасць роўная хуткасці святла. Па сутнасці, дадзены тып хваляў ёсць распаўсюд электрамагнітных палёў у прасторы і часу. Іх структура вельмі цікавая, паколькі яна складаецца з дзвюх частак. Магнітнае і электрычнае палі напераменку спараджаюць адзін аднаго і распаўсюджваюцца па ўзаемна перпендыкулярным вектарах. Адно з асноўных уласцівасцяў такой хвалі - яна заўсёды папярочная. Акрамя таго, яна заўсёды распаўсюджваецца з паскарэннем.

Адрозніваюць розныя віды электрамагнітных хваль у залежнасці ад іх даўжыні. Існуе 6 асноўных дыяпазонаў ад самых доўгіх да самых кароткіх:

• радыёхвалі;
• інфрачырвонае выпраменьванне, інакш кажучы, цяпло;
• бачнае святло і колеры;
• ўльтрафіялет;
• рэнтген;
• гама-выпраменьванне (у тым ліку радыяцыя).

Бо сапраўды практычна немагчыма ўявіць свет без усіх гэтых з'яў.