Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны.

Если в среде распространяется одновременно несколько волн, то колебания частиц среды оказываются геометрической суммой колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн по отдельности. Это вытекающее из опыта утверждение называется принципом суперпозиции (наложения) волн.

В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают постоянной разностью фаз, волны называются когерентными. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции, заключающееся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других точках ослабляют друг друга. Очень важный случай интерференции наблюдается при наложении двух встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Возникающий в результате колебательный процесс называется стоячей волной.

Стоячая волна - это волна, которая образуется при наложении двух волн с одинаковой амплитудой и частотой, когда волны движутся навстречу друг другу.

Практически стоячие волны возникают при отражении волн от преград. Падающая на преграду волна и бегущая ей навстречу отраженная волна налагаясь друг на друга, дают стоячую волну.

Напишем уравнения двух плоских волн, распространяющихся вдоль оси x в противоположных направлениях:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru ,

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

Сложив эти уравнения и преобразовав результат по формуле для суммы косинусов, получим:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

Чтобы упростить это уравнение, выберем начало отсчета x так, чтобы разность Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru стала равной нулю, а начало отсчета t - так, чтобы оказалась равной нулю сумма Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .Тогда

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru - уравнение стоячей волны.

Заменив волновое число к его значением Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru , получим уравнение стоячей волны, удобное для анализа колебаний частиц в стоячей волне:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

Из этого уравнения видно, что в каждой точке стоячей волны происходят колебания той же частоты, что и у встречных волн, причем амплитуда колебаний зависит от x:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

В точках, координаты которых удовлетворяют условию

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru ,

амплитуда колебаний достигает максимального значения. Эти точки называются пучностями стоячей волны. Значения координат пучностей равны:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

В точках, координаты которых удовлетворяют условию:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru ,

амплитуда колебаний обращается в нуль. Эти точки называются узлами стоячей волны. Точки среды, находящиеся в узлах, колебаний не совершают. Координаты узлов имеют значения:

Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru .

Из этих формул следует, что расстояние между соседними пучностями, так же как и расстояние между соседними узлами, равно Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru . Пучности и узлы сдвинуты друг относительно друга на четверть длины волны.



Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru

На рисунке представлен график отклонений точек от положения равновесия для момента времени t (сплошная кривая) и график отклонений точек для момента времени Получите уравнение стоячей волны. Приведите график стоячей волны. - student2.ru (пунктирная кривая). Как видно из рисунка точки, лежащие по разные стороны от узла, колеблются в противофазе. Все точки, заключенные между двумя соседними узлами, колеблются синфазно (т.е. в одинаковой фазе).

Стоячая волна не переносит энергию. Дважды за период происходит превращение энергии стоячей волны то полностью в потенциальную, сосредоточенную в основном вблизи узлов волны, то полностью в кинетическую, сосредоточенную в основном вблизи пучностей волны. В результате происходит переход энергии от каждого узла к соседним пучностям и обратно. Средний по времени поток энергии в любом сечении волны равен нулю.

Наши рекомендации