גלים מקיפים אותנו בכל מקום, מכיוון שאנו חיים בעולם של תנועה וקול. מה טיבו של תהליך הגל, מהי מהות תורת תהליכי הגל? בואו נסתכל על זה עם דוגמה של ניסויים.
המושג של גלים בפיזיקה
מושג נפוץ לתהליכים רבים הוא הנוכחות של צליל. בהגדרה, צליל הוא תוצאה של תנועות תנודות מהירות שנוצרות על ידי אוויר או מדיום אחר הנתפס על ידי איברי השמיעה שלנו. בהכרת ההגדרה הזו, נוכל להמשיך לשקול את המושג "תהליך גל". ישנם מספר ניסויים המאפשרים לך לשקול חזותית את התופעה הזו.
ניתן לצפות בתהליכי הגלים הנחקרים בפיזיקה בצורה של גלי רדיו, גלי קול, גלי דחיסה בעת שימוש במיתרי הקול. הם התפשטו באוויר.
כדי להגדיר חזותית את המושג, זרוק אבן לשלולית ואפיין את התפשטות האפקטים. זוהי דוגמה לגל כבידה. זה מתרחש עקב עלייתו ונפילתו של הנוזל.
אקוסטיקה
חלק שלם בשם "אקוסטיקה" מוקדש לחקר תכונות הקול בפיזיקה. בואו נראה מה זה מאפיין. בואו נתמקד בדברים ותהליכים שבהם הכל עדיין לא ברור, על בעיות שעדיין מחכות לפתרון.
לאקוסטיקה, כמו ענפי פיזיקה אחרים, יש עדיין הרבה תעלומות לא פתורות. הם עדיין לא נפתחים. בואו ניקח בחשבון את תהליך הגל באקוסטיקה.
סאונד
מושג זה קשור לנוכחות של תנועות נדנודות, המופקות על ידי חלקיקי המדיום. צליל הוא סדרה של תהליכים נדנודים הקשורים להופעת גלים. בתהליך היווצרות במדיום של דחיסה ורידוד, מתרחש תהליך גל.
אינדיקטורים של אורך הגל תלויים באופי המדיום שבו מתרחשים תהליכי תנודה. כמעט כל התופעות המתרחשות בטבע קשורות לנוכחות של רעידות קול וגלי קול המתפשטים בסביבה.
דוגמאות לקביעת תהליך הגל בטבע
תנועות אלו יכולות להודיע על תופעת תהליך הגל. גלי קול בתדר גבוה יכולים לעבור אלפי קילומטרים, למשל כאשר הר געש מתפרץ.
כאשר מתרחשת רעידת אדמה, מתרחשות רעידות אקוסטיות וגיאאקוסטיות חזקות, אותן ניתן לרשום על ידי מקלטי קול מיוחדים.
בעת רעידת אדמה תת-ימית מתרחשת תופעה מעניינת ונוראה - צונאמי, שהוא גל ענק שהתעורר במהלך מופע תת-קרקעי או תת-מימי עוצמתי של היסודות.
תודות לאקוסטיקה, ניתן לקבל מידע שצונאמי מתקרב. רבות מהתופעות הללו ידועות כבר זמן רב. אבל עד עכשיו, כמה מושגים של פיזיקהדורשים לימוד מדוקדק. לכן, לחקר תעלומות שעדיין לא נפתרו, גלי קול הם שבאים להציל.
תורת הטקטוניקה
במאה ה-18 נולדה "השערת הקטסטרופה". באותה תקופה לא היו קשורים המושגים "יסוד" ו"סדירות". ואז הם גילו שגיל קרקעית האוקיינוס צעיר בהרבה מהיבשה, והמשטח הזה מתעדכן כל הזמן.
בזמן הזה, הודות להסתכלות חדשה על כדור הארץ, צמחה השערה מטורפת לתוך התיאוריה של "הטקטוניקה של הלוחות הליטוספריים", הקובעת שמעטפת כדור הארץ זזה, והרקיע צף. תהליך כזה דומה לתנועה של קרח נצחי.
כדי להבין את התהליך המתואר, חשוב להיפטר מסטריאוטיפים והשקפות רגילות, כדי לממש סוגים אחרים של הוויה.
התקדמות נוספת במדע
לחיים הגיאולוגיים על פני כדור הארץ יש זמן ומצב חומר משלהם. המדע הצליח לשחזר את הדמיון. קרקעית האוקיינוס נעה ללא הרף, וגורמת לקרעים ותצורות רכס כאשר חומר חדש עולה ממעמקי כדור הארץ אל פני השטח ומתקרר בהדרגה.
בזמן זה מתרחשים תהליכים ביבשה כאשר לוחות עצומים של הליתוספירה צפים על פני המעטפת של כדור הארץ - קליפת האבן העליונה של כדור הארץ, הנושאת את היבשות וקרקעית הים.
מספר הצלחות הללו הוא כעשר. המעטפת חסרת מנוחה, ולכן הלוחות הליטוספריים מתחילים לנוע. בתנאי מעבדה, לתהליך זה יש מראה של חוויה חיננית.
בטבע הוא מאיים על אסון גיאולוגי- רעידת אדמה. הסיבה לתנועת הלוחות הליטוספריים היא תהליכי ההסעה העולמיים המתרחשים במעמקי כדור הארץ. התוצאה של הרתיחה תהיה צונאמי.
Japan
בין שאר האזורים המסוכנים מבחינה סיסמית בכדור הארץ, יפן תופסת מקום מיוחד, שרשרת האיים הזו נקראת "חגורת האש".
בקרוב אחרי נשימת רקיע כדור הארץ, אפשר לחזות את האסון הממשמש ובא. כדי לחקור תהליכים נדנודים, הוכנסה אסדת קידוח עמוקה במיוחד לעובי כדור הארץ. הוא חדר לעומק של 12 ק מ ואיפשר למדענים להסיק מסקנות לגבי נוכחותם של סלעים מסוימים בתוך כדור הארץ.
מהירות של גל אלקטרומגנטי נלמדת בשיעורי פיזיקה בכיתה ט'. הצג ניסיון עם משקולות הממוקמות במרחק שווה אחת מהשנייה. הם מחוברים על ידי קפיצים זהים מהצורה הרגילה.
אם תעביר את המשקל הראשון ימינה למרחק מסוים, השני נשאר באותו מיקום לזמן מה, אבל הקפיץ כבר מתחיל להידחס.
הגדרת המונח "גל"
מאז שהתהליך כזה התרחש, נוצר כוח אלסטי שידחוף את המשקל השני. הוא יקבל תאוצה, לאחר זמן מה הוא יתפוס תאוצה, ינוע בכיוון הזה וידחוס את הקפיץ בין המשקולות השני והשלישי. בתורו, השלישי יקבל תאוצה, יתחיל להאיץ, להזיז ולהשפיע על הקפיץ הרביעי. וכך התהליך יתקיים בכל מרכיבי המערכת.
במקרה זה, העקירה של העומס השני לאורךהזמן יתרחש מאוחר יותר מהראשון. ההשפעה תמיד מפגרת אחרי הסיבה.
כמו כן, תזוזה של המטען השני תגרור עקירה של השלישי. תהליך זה נוטה להתפשט ימינה.
אם המשקל הראשון החל להתנוד לפי החוק ההרמוני, אז תהליך זה יתפשט למשקל השני, אך עם תגובה מושהית. לכן, אם תגרמו למשקל הראשון לרטוט, תוכלו לקבל תנודה שתתפשט בחלל עם הזמן. זו ההגדרה של גל.
זנים של גלים
בואו נדמיין חומר שמורכב מאטומים, הם:
- יש מסה - כמו המשקולות שהוצעו בניסוי;
- מתחברים זה לזה, יוצרים גוף מוצק באמצעות קשרים כימיים (כפי שנדון בניסוי עם קפיץ).
זה נובע שחומר הוא מערכת הדומה למודל מניסיון. זה יכול להפיץ גל מכני. תהליך זה קשור להופעת כוחות אלסטיים. גלים כאלה מכונים לעתים קרובות "קופצניים".
ישנם שני סוגים של גלים אלסטיים. כדי לקבוע אותם, אתה יכול לקחת קפיץ ארוך, לתקן אותו בצד אחד למתוח אותו ימינה. אז אתה יכול לראות שכיוון התפשטות הגלים הוא לאורך המעיין. חלקיקי המדיום נעים באותו כיוון.
בגל כזה, אופי כיוון תנודת החלקיקים עולה בקנה אחד עם כיוון התפשטות הגל. מושג זה נקרא "גל אורך".
אם תמתח את הקפיץ ותיתן לו זמן לבואלמצב של מנוחה, ולאחר מכן לשנות בחדות את המיקום בכיוון האנכי, ניתן יהיה לראות שהגל מתפשט לאורך המעיין ומשתקף פעמים רבות.
אבל כיוון תנודת החלקיקים הוא כעת אנכי, והתפשטות הגל אופקית. זהו גל רוחבי. זה יכול להתקיים רק במוצקים.
מהירותו של גל אלקטרומגנטי מסוג אחר שונה. נכס זה משמש בהצלחה סיסמולוגים כדי לקבוע את המרחק למקורות רעידת אדמה.
כאשר גל מתפשט, חלקיקים מתנודדים לאורך או לרוחב, אבל זה לא מלווה בהעברת חומר, אלא רק בתנועה. אז זה מצוין בספר הלימוד "פיזיקה" כיתה ט'.
אפיון משוואת הגלים
משוואת הגלים במדעי הפיזיקה היא מעין משוואה דיפרנציאלית היפרבולית ליניארית. הוא משמש גם לתחומים אחרים המכוסים על ידי פיזיקה תיאורטית. זו אחת המשוואות שבהן משתמשת הפיזיקה המתמטית לחישובים. במיוחד מתוארים גלי כבידה. משמש לתיאור תהליכים:
- באקוסטיקה, ככלל, סוג ליניארי;
- באלקטרודינמיקה.
תהליכי גל מוצגים בחישוב עבור המקרה הרב-ממדי של משוואת גל הומוגנית.
ההבדל בין גל לתנופה
תגליות ראויות לציון מגיעות מחשיבה על תופעה רגילה. גלילאו לקח את פעימות ליבו כסטנדרט של זמן. כך, התגלתה הקביעות של תהליך תנודות המטוטלת - אחת ההוראות העיקריות של המכניקה. זהלחלוטין רק עבור מטוטלת מתמטית - מערכת תנודה אידיאלית, המאופיינת ב:
- עמדה איזון;
- כוח שמחזיר את הגוף למצב שיווי המשקל שלו כשהוא סוטה;
- מעברי אנרגיה כאשר מתרחשת תנודות.
כדי להוציא את המערכת מאיזון, התנאי להתרחשות תנודות הכרחי. במקרה זה, מדווחת על אנרגיה מסוימת. מערכות רטט שונות דורשות סוגים שונים של אנרגיה.
תנודה היא תהליך המאופיין בחזרה מתמדת של תנועות או מצבים של המערכת בפרקי זמן מסוימים. הדגמה ברורה של תהליך התנודה היא הדוגמה של מטוטלת מתנדנדת.
תהליכי תנודה וגלים נצפים כמעט בכל תופעות הטבע.לגל יש את הפונקציה להפריע או לשנות את מצב המדיום, להתפשט במרחב ולשאת אנרגיה ללא צורך בהעברת חומר. זהו תכונה ייחודית של תהליכי גל; הם נחקרו בפיזיקה במשך זמן רב. בעת מחקר, אתה יכול להדגיש את אורך הגל.
גלי קול יכולים להתקיים בכל הספירות, הם לא קיימים רק בוואקום. לגלים אלקטרומגנטיים תכונות מיוחדות. הם יכולים להתקיים בכל מקום, אפילו בחלל ריק.
האנרגיה של גל תלויה באמפליטודה שלו. הגל המעגלי, המתפשט מהמקור, מפזר אנרגיה בחלל, כך שהמשרעת שלו יורדת במהירות.
לגל ליניארי יש תכונות מעניינות. לכן האנרגיה שלו לא מתפזרת בחללהמשרעת של גלים כאלה יורדת רק בגלל כוח החיכוך.
כיוון התפשטות הגלים מתואר באמצעות קרניים - קווים המאונכים לחזית הגל.
הזווית בין הקרן הפוגעת לנורמלית היא זווית הפגיעה. בין האלומה הרגילה והמוחזרת נמצאת זווית ההשתקפות. השוויון של זוויות אלו נשמר בכל מיקום של המכשול ביחס לחזית הגל.
כשגלים הנעים בכיוונים מנוגדים נפגשים, יכול להיווצר גל עומד.
תוצאות
חלקיקי המדיום בין צמתים סמוכים של גל עומד מתנודדים באותו שלב. אלו הם הפרמטרים של תהליך הגלים הקבועים במשוואות הגלים. כאשר גלים נפגשים, ניתן להבחין בעליות וירידה באמפליטודות שלהם.
כדי לדעת את המאפיינים העיקריים של תהליך הגל, ניתן לקבוע את משרעת הגל המתקבל בנקודה נתונה. הבה נקבע באיזה שלב יגיע הגל מהמקור הראשון והשני בנקודה זו. יתר על כן, השלבים הפוכים.
אם הפרש הנתיב הוא מספר אי-זוגי של חצאי גלים, משרעת הגל המתקבל בנקודה זו תהיה מינימלית. אם הפרש הנתיב שווה לאפס או למספר שלם של אורכי גל, תראה עלייה במשרעת הגל המתקבל בנקודת המפגש. זוהי דפוס הפרעה כאשר גלים משני מקורות נוספים.
תדירות הגלים האלקטרומגנטיים קבועה בטכנולוגיה מודרנית. המכשיר הקולט חייב לרשום גלים אלקטרומגנטיים חלשים. אם תשים רפלקטור, יותר אנרגיית גל תיכנס למקלט. מערכת המשקף מותקנת כך שהיא יוצרת את המקסימוםאות במכשיר המקבל.
מאפייני תהליך הגל עומדים בבסיס הרעיונות המודרניים על טבע האור ומבנה החומר. כך, כאשר לומדים אותם בספר לימוד פיזיקה לכיתה ט', ניתן ללמוד בהצלחה כיצד לפתור בעיות מתחום המכניקה.
