Anda boleh bayangkan apakah gelombang mekanikal dengan membaling batu ke dalam air. Bulatan yang muncul di atasnya dan merupakan palung berselang-seli dan rabung adalah contoh gelombang mekanikal. Apakah intipati mereka? Gelombang mekanikal ialah proses perambatan getaran dalam media elastik.
Gelombang pada permukaan cecair
Gelombang mekanikal sedemikian wujud disebabkan oleh pengaruh daya antara molekul dan graviti pada zarah cecair. Orang ramai telah mengkaji fenomena ini untuk masa yang lama. Yang paling ketara ialah lautan dan ombak laut. Apabila kelajuan angin meningkat, mereka berubah dan ketinggian mereka meningkat. Bentuk ombak itu sendiri juga menjadi lebih rumit. Di lautan, mereka boleh mencapai perkadaran yang menakutkan. Salah satu contoh kekerasan yang paling jelas ialah tsunami yang menghanyutkan segala-galanya di laluannya.
Tenaga ombak laut dan lautan
Apabila sampai ke pantai, ombak laut meningkat dengan perubahan kedalaman yang mendadak. Mereka kadang-kadang mencapai ketinggian beberapa meter. Pada saat sedemikian, tenaga kinetik jisim air yang besar dipindahkan ke halangan pantai, yang cepat musnah di bawah pengaruhnya. Kekuatan ombak kadangkala mencapai nilai yang luar biasa.
Gelombang anjal
Dalam mekanik, bukan sahaja getaran pada permukaan cecair dikaji, tetapi juga apa yang dipanggil gelombang elastik. Ini adalah gangguan yang merambat dalam media yang berbeza di bawah tindakan daya kenyal di dalamnya. Gangguan sedemikian ialah sebarang sisihan zarah medium tertentu daripada kedudukan keseimbangan. Contoh gelombang elastik yang baik ialah tali panjang atau tiub getah yang dilekatkan pada sesuatu di satu hujung. Jika anda menariknya dengan kuat, kemudian mencipta gangguan pada penghujungnya yang kedua (tidak tetap) dengan pergerakan tajam sisi, anda boleh melihat cara ia "berlari" sepanjang keseluruhan tali ke sokongan dan dipantulkan ke belakang.
Sumber gelombang mekanikal
Perturbasi awal membawa kepada kemunculan gelombang dalam medium. Ia disebabkan oleh tindakan beberapa badan asing, yang dalam fizik dipanggil sumber gelombang. Ia boleh menjadi tangan seseorang yang menghayunkan tali, atau kerikil yang dilemparkan ke dalam air. Dalam kes apabila tindakan sumber adalah jangka pendek, gelombang bersendirian sering muncul dalam medium. Apabila "pengganggu" membuat pergerakan berayun panjang, gelombang mula muncul satu demi satu.
Syarat untuk berlakunya gelombang mekanikal
Ayunan jenis ini tidak selalu terbentuk. Keadaan yang diperlukan untuk penampilan mereka adalah kejadian pada saat gangguan medium daya yang menghalangnya, khususnya, keanjalan. Mereka cenderung untuk mendekatkan zarah-zarah berjiran apabila mereka bergerak berasingan, dan menolaknya dari satu sama lain apabila mereka mendekati satu sama lain. Daya kenyal bertindak pada jauh darisumber gangguan zarah, mula membawa mereka keluar dari keseimbangan. Dari masa ke masa, semua zarah medium terlibat dalam satu gerakan berayun. Penyebaran ayunan sedemikian ialah gelombang.
Gelombang mekanikal dalam medium anjal
Dalam gelombang elastik, terdapat 2 jenis gerakan serentak: ayunan zarah dan perambatan gangguan. Gelombang membujur ialah gelombang mekanikal yang zarahnya berayun sepanjang arah perambatannya. Gelombang melintang ialah gelombang yang zarah sederhananya berayun merentasi arah perambatannya.
Sifat gelombang mekanikal
Gangguan dalam gelombang membujur adalah jarang dan mampatan, dan dalam gelombang melintang ia adalah anjakan (anjakan) beberapa lapisan medium berbanding yang lain. Ubah bentuk mampatan disertai dengan penampilan daya anjal. Dalam kes ini, ubah bentuk ricih dikaitkan dengan penampilan daya anjal secara eksklusif dalam pepejal. Dalam media gas dan cecair, pergeseran lapisan media ini tidak disertai dengan penampilan daya yang disebutkan. Disebabkan sifatnya, gelombang membujur boleh merambat dalam mana-mana media, manakala gelombang melintang boleh merambat hanya dalam pepejal.
Ciri-ciri gelombang pada permukaan cecair
Gelombang pada permukaan cecair tidak membujur atau melintang. Mereka mempunyai watak yang lebih kompleks, yang dipanggil membujur-melintang. Dalam kes ini, zarah bendalir bergerak dalam bulatan atau sepanjang elips memanjang. Pergerakan bulat zarah pada permukaan cecair, dan terutamanya semasa ayunan besar, disertai dengan perlahan tetapi berterusan.bergerak ke arah perambatan gelombang. Sifat gelombang mekanikal di dalam air inilah yang menyebabkan kemunculan pelbagai makanan laut di pantai.
Frekuensi gelombang mekanikal
Jika dalam medium kenyal (cecair, pepejal, gas) getaran zarahnya teruja, maka disebabkan oleh interaksi antara mereka, ia akan merambat dengan kelajuan u. Jadi, jika jasad berayun berada dalam medium gas atau cecair, maka pergerakannya akan mula dihantar ke semua zarah yang bersebelahan dengannya. Mereka akan melibatkan yang seterusnya dalam proses dan seterusnya. Dalam kes ini, benar-benar semua titik medium akan mula berayun dengan frekuensi yang sama, sama dengan frekuensi badan berayun. Ia adalah kekerapan gelombang. Dalam erti kata lain, nilai ini boleh dicirikan sebagai kekerapan ayunan titik dalam medium di mana gelombang merambat.
Mungkin tidak segera jelas bagaimana proses ini berlaku. Gelombang mekanikal dikaitkan dengan pemindahan tenaga gerakan berayun dari sumbernya ke pinggir medium. Akibatnya, ubah bentuk berkala yang dipanggil timbul, yang dibawa oleh gelombang dari satu titik ke titik lain. Dalam kes ini, zarah medium itu sendiri tidak bergerak bersama gelombang. Mereka berayun berhampiran kedudukan keseimbangan mereka. Itulah sebabnya penyebaran gelombang mekanikal tidak disertai dengan pemindahan jirim dari satu tempat ke tempat lain. Gelombang mekanikal mempunyai frekuensi yang berbeza. Oleh itu, mereka dibahagikan kepada julat dan mencipta skala khas. Kekerapan diukur dalam hertz (Hz).
Formula Asas
Gelombang mekanikal, yang formula pengiraannya agak mudah, merupakan objek yang menarik untuk dikaji. Kelajuan gelombang (υ) ialah kelajuan pergerakan hadapannya (lokus semua titik yang telah dicapai oleh ayunan medium pada masa ini):
υ=√G/ ρ, di mana ρ ialah ketumpatan medium, G ialah modulus keanjalan.
Apabila mengira, jangan kelirukan kelajuan gelombang mekanikal dalam medium dengan kelajuan pergerakan zarah medium yang terlibat dalam proses gelombang. Jadi, sebagai contoh, gelombang bunyi dalam udara merambat dengan kelajuan getaran purata molekulnya 10 m/s, manakala kelajuan gelombang bunyi dalam keadaan normal ialah 330 m/s.
Hadapan gelombang terdapat dalam pelbagai bentuk, yang paling mudah ialah:
• Sfera - disebabkan oleh turun naik dalam medium gas atau cecair. Dalam kes ini, amplitud gelombang berkurangan dengan jarak dari sumber dalam perkadaran songsang kepada kuasa dua jarak.
• Rata - ialah satah yang berserenjang dengan arah perambatan gelombang. Ia berlaku, sebagai contoh, dalam silinder omboh tertutup apabila ia berayun. Gelombang satah dicirikan oleh amplitud yang hampir malar. Penurunan sedikit dengan jarak dari punca gangguan dikaitkan dengan tahap kelikatan medium gas atau cecair.
Panjang gelombang
Di bawah panjang gelombang difahami jarak di mana hadapannya akan bergerak dalam masa itusama dengan tempoh ayunan zarah medium:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, di mana T ialah tempoh ayunan, υ ialah kelajuan gelombang, ω ialah frekuensi kitaran, ν ialah kekerapan ayunan bagi titik sederhana.
Oleh kerana kelajuan perambatan gelombang mekanikal bergantung sepenuhnya pada sifat medium, panjangnya λ berubah semasa peralihan dari satu medium ke medium lain. Dalam kes ini, frekuensi ayunan ν sentiasa kekal sama. Gelombang mekanikal dan elektromagnet adalah serupa kerana apabila ia merambat, tenaga dipindahkan, tetapi tiada jirim dipindahkan.
