Хвильовий фронт. Швидкість і довжина хвилі

У природі не існує процесів, що поширюються з нескінченно великою швидкістю, тому обурення, створене зовнішнім впливом в одній точці середовища, досягне іншої точки не миттєво, а через деякий час. При цьому середовище ділиться на дві області: область, точки якої вже залучені в коливальний рух, і область, точки якої ще знаходяться в рівновазі. Поверхня, що розділяє ці області, називається фронтом хвилі.

Фронт хвилі – геометричне місце точок, до яких до даного моменту дійшло коливання (обурення середовища).

При поширенні хвилі її фронт переміщається, рухаючись з деякою швидкістю, яку називають швидкістю хвилі.

Швидкістю хвилі (v) називається швидкість переміщення її фронту.

Швидкість хвилі залежить від властивостей середовища і типу хвилі: поперечні і поздовжні хвилі в твердому тілі поширюються з різними швидкостями.

Швидкість хвилі в середовищі не слід плутати зі швидкістю руху частинок середовища, залучених до хвильовий процес. Наприклад, при поширенні звукової хвилі в повітрі середня швидкість коливань його молекул порядку 10 см / с, а швидкість звукової хвилі при нормальних умовах близько 330 м / с.

Форма хвильового фронту визначає геометричний тип хвилі. Найпростіші типи хвиль за цією ознакою – плоскі і сферичні.

Плоскою називається хвиля, у якої фронтом є площина, перпендикулярна напрямку розповсюдження.

Плоскі хвилі виникають, наприклад, у закритому поршнем циліндрі з газом, коли поршень робить коливання.

Амплітуда плоскої хвилі залишається практично незмінною. Її слабке зменшення в міру віддалення від джерела хвилі пов’язано з в’язкістю рідкого або газоподібного середовища.

Сферичної називається хвиля, у якої фронт має форму сфери.

Такий, наприклад, є хвиля, яка викликається в рідкому або газоподібному середовищі пульсуючим сферичним джерелом.

Амплітуда сферичної хвилі при видаленні від джерела убуває обернено пропорційно квадрату відстані.

Для опису ряду хвильових явищ, наприклад інтерференції і дифракції, використовують спеціальну характеристику, звану довжиною хвилі.

Якщо деяка точка середовища віддалена від джерела на відстань s, а швидкість хвилі дорівнює v, то обурення, створене джерелом, досягне цієї точки через час τ = s / v. Тому фаза коливань в розглянутій точці в момент часу t буде такою ж, як фаза коливань джерела в момент часу (t – s / v), а амплітуда коливань залишиться практично незмінною.

Посилання на основну публікацію