Введение

Волна, являющаяся колебанием материи.

В физике механическая волна – это колебание материи, которое, следовательно, переносит энергию через материальную среду. (Вакуум, с классической точки зрения, является нематериальной средой, в которой распространяются электромагнитные волны.) Хотя волны могут распространяться на большие расстояния, перемещение среды, в которой они распространяются – материала – ограничено. Поэтому колеблющийся материал не удаляется далеко от своего исходного положения равновесия. Механические волны могут возникать только в средах, обладающих упругостью и инерцией. Существуют три типа механических волн: поперечные, продольные и поверхностные. Наиболее распространенные примеры механических волн – это волны на воде, звуковые волны и сейсмические волны. Как и все волны, механические волны переносят энергию. Эта энергия распространяется в том же направлении, что и волна. Для возникновения волны требуется начальный приток энергии; после добавления этой начальной энергии волна распространяется в среде до тех пор, пока вся ее энергия не будет передана. В отличие от них, электромагнитным волнам не требуется среда для распространения, хотя они могут распространяться и в ней.

Поперечная волна

Поперечная волна — это форма волны, в которой частицы среды колеблются вокруг своего среднего положения перпендикулярно направлению распространения волны. Чтобы увидеть пример, перемещайте один конец пружины Slinky (другой конец которой зафиксирован) влево и вправо, а не вперед и назад. Свет также обладает свойствами поперечной волны, хотя он является электромагнитной волной.

Продольная волна

Продольные волны заставляют среду колебаться параллельно направлению распространения волны. Они состоят из множественных сжатий и разрежений. Разрежение – это область максимального расстояния между частицами в продольной волне, а сжатие – область минимального расстояния между ними. Скорость продольной волны увеличивается в среде с более высоким показателем преломления из-за большей плотности атомов в сжатой среде. Звук является примером продольной волны.

Поверхностные волны

Этот тип волны распространяется по поверхности или границе раздела между двумя средами. Примером поверхностной волны могут служить волны в бассейне, океане, озере или любом другом водном объекте. Существуют два типа поверхностных волн: волны Рэлея и волны любви. Волны Рэлея, также известные как земляные волны, распространяются в виде ряби с движением, аналогичным движению волн на поверхности воды. Такие волны значительно медленнее объемных волн, примерно на 90% от скорости для типичной однородной упругой среды. Волны Рэлея теряют энергию только в двух измерениях и, следовательно, более разрушительны при землетрясениях, чем обычные объемные волны, такие как P-волны и S-волны, которые теряют энергию во всех трех направлениях. Волна любви – это поверхностная волна, характеризующаяся горизонтальными колебаниями, сдвигающимися или поперечными по отношению к направлению распространения. Обычно они распространяются немного быстрее, чем волны Рэлея, со скоростью около 90% от скорости объемной волны, и имеют наибольшую амплитуду.