Упругие волны

Важными величинами для описания упругих волн являются волновое давление, скорость частиц, смещение частиц и интенсивность волн.

Упругие волны движутся со скоростью, которая зависит от свойств среды, через которую они проходят.

При распространении волны не происходит переноса вещества. Частицы ее колеблются вблизи положения равновесия. Важной характеристикой волновых возмущений является тип сил, пытающихся возвращать частицы среды в положение равновесия в процессе возникновения и распространения возмущений.

Упругие силы возвращения

Общей чертой для упругих волн является то, что силовым фактором, обеспечивающим возврат частицы среды в положение равновесия является сила упругости. Такие среды называют упругими.

Среди них различают среды, в которых упругие восстанавливающие силы возникают только при деформациях растяжения-сжатия. Близкими к таким модельным средам являются реальные жидкости и газы. В таких средах могут существовать только волны растяжения-сжатия (продольные волны). Изучением свойств таких волн занимается акустика. Твердые упругие тела имеют способность сопротивления не только к растяжению-сжатию, а также к смещениям. В них могут существовать два типа возмущений – продольные и поперечные волны. Если в первых направление движения частиц вблизи положения равновесия совпадает с направлением распространения волны, то во втором случае частицы движутся в перпендикулярном направлении. Закономерности генерации, распространения и взаимодействия продольных волн , а также свойства упругих волн имеют большое значение, поскольку они широко используются в различных областях науки и техники.

Физические характеристики упругих сред

Для качественного и количественного анализа процесса распространения упругих волн в определенной среде необходимо определить её плотность и характеристики упругости. Для сжимаемых жидкостей и газов силовой характеристикой процесса изменения объема является давление $p$. Эта силовая характеристика волнового процесса является функцией координат и времени $p = p(x, y, z, t)$. Для определения положения точки здесь используются Декартовые координаты. Упругость таких сред характеризует объемным модулем упругости $К$. Именно этим модулем устанавливается связь между величиной давления и плотности $ρ$ среды:

$p=K\frac{\rho -{{\rho }_{0}}}{{{\rho }_{0}}}$

где $ρ_0$ – плотность невозмущенной среды. В рамках предположения об относительной малости изменения плотности среды в процессе распространения возмущений для определения давления в каждой точке области занятой средой следует найти решение волнового уравнения для давления при соответствующих граничных и начальных условиях.

В случае твердого упругого тела внутренние силы при деформации описываются совокупностью нормальных и касательных напряжений, которые называются тензором напряжений.

Изменение формы и объема выделенного элемента среды описывается тензором деформаций.

Научная статья по физике на заказ от проверенных экспертов по низкой цене!

Тест по теме «Упругие волны»