Навколо нас часто трапляються явища, пов’язані з вібраціями, звуками та хвилями. Тільки скажіть вібрації землетрусу, звук птахів і хвилі морської води. У сьогоднішній дискусії ми познайомимось далі з останнім явищем, а саме хвилями.
Отже, що розуміється під хвилею? Хвилі - це вібрації, що поширюються. Наприклад, дитина прив’язує кінець мотузки до гілки дерева. Потім дитина регулярно вібрує другим кінцем мотузки вгору-вниз. Видно, що з часом вібрація поширюється уздовж мотузки, поки не досягне кінця мотузки, який зав'язаний і утворює хвилю.
З цієї ілюстрації ми отримуємо визначення, що поширення вібрації називається хвилею.
Ідеальна форма хвилі буде слідувати за рухом синусоїди. Окрім електромагнітного випромінювання і, можливо, гравітаційного випромінювання, яке може рухатися через вакуум, хвилі існують і в середовищі (яке через зміну форми може виробляти силу пружини), де вони можуть подорожувати і можуть переміщати енергію з одного місця в інше без змушуючи частинки середовища рухатися постійно; тобто немає масового руху.
Середовище є лінійним, якщо різні хвилі в будь-якій даній точці середовища можна скласти; обмежена, якщо обмежена, інакше її називають «нескінченною»; рівномірні, якщо їх фізичні особливості не змінюються в різних точках; ізотропні, якщо їх фізичні характеристики "однакові" в різних напрямках.
Залежно від напрямку поширення та напрямку вібрації хвилі об’єднуються у два типи, а саме Поперечні хвилі та Поздовжні хвилі.
Поперечні хвилі
Поперечні хвилі - це хвилі, напрямок поширення яких перпендикулярний напрямку вібрації.
Наприклад, дитина вібрує мотузкою, яка закінчується деревом, так що вона утворює хвилі в мотузці, як показано на малюнку. Видно, що хвилі, що утворюються на мотузці, є поперечними хвилями, де напрям поширення перпендикулярний напрямку вібрації.
Поперечні хвилі зазвичай виникають в пружних твердих тілах; коливання в цьому випадку - це зміщення твердої частинки від її розслабленого положення в напрямку, перпендикулярному поширенню хвилі. Оскільки зміщення відповідає локальній деформації зсуву матеріалу, поперечна хвиля цієї властивості називається хвилею зсуву. У сейсмології зсувні хвилі також називають вторинними хвилями або S-хвилями.
(Читайте також: Розуміння різниці вібрацій та хвиль)
Є кілька прикладів поперечних хвиль, включаючи хвилі на мотузках і легкі хвилі.
Поздовжні хвилі
На відміну від поперечних хвиль, поздовжні хвилі - це хвилі, напрямок поширення яких паралельний напрямку вібрації.
Наприклад, пружина з одним кінцем, горизонтально зв'язаним, знаходиться в рівновазі. Потім він витягується і випускається, викликаючи вібрацію та хвилі, які виникають навесні. Видно, що хвиля, що утворюється на пружині, є поздовжньою хвилею, де напрям поширення паралельний напрямку вібрації.
До поздовжніх хвиль належать звукові хвилі (коливання під тиском, переміщення частинок і швидкість руху частинок, що поширюються в еластичному середовищі), і сейсмічні Р-хвилі (створені в результаті землетрусів та вибухів). У поздовжній хвилі зміщення середовища паралельно поширенню хвилі. Хвилі вздовж розтягнутої ігри Слінкі, де відстань між котушками збільшується і зменшується, є гарною візуалізацією і контрастує з вертикальними хвилями вздовж поперечних коливальних струн гітари.
Є кілька прикладів поздовжніх хвиль, включаючи хвилі у джерелах та звукові хвилі.
