Распространение колебательного движения в упругой среде

Когда рыба «клюет» (дергает за крючок), то от поплавка по поверхности воды разбегаются круги. Вместе с поплавком смещаются соприкасающиеся с ним частицы воды, которые вовлекают в движение ближайшие к ним другие частицы и т. д.

Такое же явление происходит с частицами натянутого резинового шнура, если один его конец привести в колебание (рис. 24.13). Распространение колебаний в среде называют волновым движением. Колеблющееся тело, создающее волновое движение в окружающей среде, называют вибратором. Рассмотрим подробнее, как возникает волна на шнуре.

Если зафиксировать положения шнура через каждые 774 после начала колебаний его первой точки, то получится картина, показанная на рис. 24.14, б—д. Положение α соответствует началу колебаний первой точки шнура. Десять его точек помечены цифрами, а штриховые прямые показывают, где находятся одни и те же точки шнура в разные моменты времени; стрелки показывают направление движения точек в волне.

Через T/4 после начала колебания точка 1 занимает крайнее верхнее положение, а точка 2 только начинает свое движение. Поскольку каждая последующая точка шнура начинает свое движение позже предыдущей, то в промежутке 1—2 точки располагаются, как показано на рис. 24.14, б. Еще через T/4 точка 1 займет положение равновесия и будет двигаться вниз, а верхнее положение займет точка 2 (положение в). Точка 3 в этот момент только начинает свое движение.

За целый период колебания распространяются до точки 5 шнура (положение д). По окончании периода Т точка 1, двигаясь вверх, начнет свое второе колебание. Одновременно с ней начнет двигаться вверх, и точка 5, совершая свое первое колебание. В дальнейшем эти точки будут иметь одинаковые фазы колебаний. Совокупность точек шнура в интервале 1—5 образует волну. Когда точка 1 закончит второе колебание, на шнуре вовлекутся в движение еще точки 5—9, т. е. образуется вторая волна.

Если проследить за положением точек, имеющих одинаковую фазу, то будет видно, что фаза как бы переходит от точки к точке и движется вправо. Действительно, если в положении б фазу 1/4 имеет точка 1, то в положении в эту же фазу имеет точка 2 и т. д.

Волны, в которых происходит перемещение фазы с определенной скоростью, называют бегущими. При наблюдении за волнами видно именно распространение фазы, например, движение гребня волны. Отметим, что все точки среды в волне колеблются около своего положения равновесия и вместе с фазой не перемещаются.