Cпеціальні різновиди хвиль

1. Ударні хвилі. При поширенні звукових хвиль швидкість коливання частинок не перевищує декількох см / с, тобто вона в сотні разів менше швидкості хвилі. При сильних збуреннях (вибух, рух тіл з надзвуковою швидкістю, потужний електричних розряд) швидкість вагається частинок середовища може стати порівнянною зі швидкістю звуку. При цьому виникає ефект, званий ударною хвилею.

При вибуху нагріті до високих температур продукти, що володіють великою щільністю, розширюються і стискають тонкий шар навколишнього повітря.

Ударна хвиля – поширювана з надзвуковою швидкістю тонка перехідна область, в якій відбувається стрибкоподібне зростання тиску, щільності і швидкості руху речовини.

Ударна хвиля може володіти значною енергією. Так, при ядерному вибуху на утворення ударної хвилі в навколишньому середовищі витрачається близько 50% всієї енергії вибуху. Ударна хвиля, досягаючи об’єктів, здатна викликати руйнування.

2. Поверхневі хвилі. Поряд з об’ємними хвилями в суцільних середовищах при наявності протяжних кордонів можуть існувати хвилі, локалізовані поблизу кордонів, які грають роль хвилеводів. Такі, зокрема, поверхневі хвилі в рідині і пружною середовищі, відкриті англійським фізиком В. Стретта (лордом Релеєм) в 90-х роках 19 століття. В ідеальному випадку хвилі Релея поширюються вздовж кордону півпростору, експоненціально затухаючи в поперечному напрямку. В результаті поверхневі хвилі локалізують енергію збурень, створених на поверхні, в порівняно вузькому приповерхневому шарі.

Поверхневі хвилі – хвилі, які розповсюджуються уздовж вільної поверхні тіла або уздовж кордону тіла з іншими середовищами і швидко згасають при видаленні від кордону.

Прикладом таких хвиль можуть служити хвилі в земній корі (сейсмічні хвилі). Глибина проникнення поверхневих хвиль становить кілька довжин хвиль. На глибині, що дорівнює довжині хвилі λ, об’ємна щільність енергії хвилі становить приблизно 0,05 її об’ємної щільності на поверхні. Амплітуда зміщення швидко убуває при видаленні від поверхні і на глибині декількох довжин хвиль практично зникає.

3. Хвилі збудження в активних середовищах.

Активно збудлива, або активна, середа – безперервна середовище, що складається з великого числа елементів, кожен з яких володіє запасом енергії.

При цьому кожен елемент може перебувати в одному з трьох станів: 1 – збудження, 2 – рефрактерность (невозбудімості протягом певного часу після порушення), 3 – спокій. У збудження можуть перейти елементи тільки зі стану спокою. Хвилі збудження в активних середовищах називають автохвиль. Автоволни – це самоподдерживающиеся хвилі в активному середовищі, що зберігають свої характеристики постійними за рахунок розподілених в середовищі джерел енергії.

Характеристики автоволни – період, довжина хвилі, швидкість поширення, амплітуда і форма – в сталому режимі залежать тільки від локальних властивостей середовища і не залежать від початкових умов. У табл. 2.2 представлено схожість і відмінність автохвиль і звичайних механічних хвиль.

Автоволни можна зіставити з поширенням пожежі в степу. Полум’я розповсюджується по області з розподіленими запасами енергії (по сухій траві). Кожен наступний елемент (суха травинка) запалюється від попереднього. І таким чином поширюється фронт хвилі збудження (полум’я) по активному середовищі (сухій траві). При зустрічі двох вогнищ пожежі полум’я зникає, так як вичерпані запаси енергії – вся трава вигоріла.

Опис процесів розповсюдження автохвиль в активних середовищах використовується при вивченні поширення потенціалів дії по нервових і м’язових волокон.

Посилання на основну публікацію