Перенесення енергії хвилею, що біжить

Наши партнеры ArtmMisto

При незатухаючих коливань тіла, наприклад, маятника, його повна енергія залишається незмінною, зменшення кінетичної енергії супроводжується одночасним збільшенням його потенційної енергії, і навпаки. В біжать хвилях інша справа.

Поширення біжучих хвиль пов'язане з передачею енергії від однієї хитається точки до іншої. Це видно з такого прикладу. Коли де-небудь відбувається сплеск води, наприклад, викликаний стрибком риби, то від цього місця колами розходяться хвилі, які забирають енергію все далі від місця їх виникнення, а поверхня води, пройдена хвилями, заспокоюється. Щоб хвилі йшли безперервно, частинкам води в тому місці, де виникають хвилі, потрібно передавати всі нову енергію. Наприклад, ритмічно смикаючи за поплавок, можна отримати безперервний ряд хвиль на поверхні води.

Перенесення енергії хвилею, що біжить пояснюється тим, що максимум як кінетичної, так і потенційної енергії в такій хвилі доводиться на точку хвилі, яка проходить положення рівноваги. Покажемо це на прикладі хвилі, що біжить по шнуру.

На рис. 24.15 зображена частина шнура, по якому вправо біжить хвиля. Тут слід зауважити, що в стані спокою цей шнур займає горизонтальне положення. Таким чином, коли по шнуру біжить хвиля, то в області точок А і В він не деформований, а в точці С деформація зсуву у шнура найбільша. Тому максимум потенційної енергії пружної деформації шнура доводиться на точку С, яка проходить положення стійкої рівноваги.

Але точка С має і найбільшу швидкість руху v в порівнянні з іншими точками шнура, т. Е. Має максимальну кінетичну енергію. Оскільки точка С рухається вниз, через мить середнє положення займають найближча до неї точка праворуч, до якої перейде і максимум енергії. Вона в свою чергу передасть цю енергію ще далі і т. Д. Таким чином, передача енергії в біжучому хвилі відбувається з тією ж швидкістю, з якою поширюється фаза коливань. Теорія показує, що енергія, що переноситься хвилею, прямо пропорційна щільності середовища, квадрату амплітуди коливань і квадрату їх частоти.