Valët na rrethojnë kudo, pasi jetojmë në një botë lëvizjesh dhe zëri. Cila është natyra e procesit valor, cili është thelbi i teorisë së proceseve valore? Le ta shohim këtë me një shembull eksperimentesh.
Koncepti i valëve në fizikë
Një koncept i zakonshëm për shumë procese është prania e zërit. Sipas përkufizimit, tingulli është rezultat i lëvizjeve të shpejta lëkundëse që krijohen nga ajri ose mediumi tjetër i perceptuar nga organet tona të dëgjimit. Duke ditur këtë përkufizim, ne mund të vazhdojmë të shqyrtojmë konceptin e "procesit të valës". Ka një sërë eksperimentesh që ju lejojnë ta konsideroni vizualisht këtë fenomen.
Proceset valore të studiuara në fizikë mund të vërehen në formën e valëve të radios, valëve të zërit, valëve të ngjeshjes gjatë përdorimit të kordave vokale. Ato përhapen në ajër.
Për të përcaktuar vizualisht konceptin, hidhni një gur në një pellg dhe karakterizoni përhapjen e efekteve. Ky është një shembull i një valë gravitacionale. Ndodh për shkak të rritjes dhe rënies së lëngut.
Akustika
Një seksion i tërë i quajtur "Akustika" i kushtohet studimit të vetive të tingullit në fizikë. Le të shohim se çfarë karakterizon. Le të përqendrohemi te gjërat dheprocese në të cilat gjithçka nuk është ende e qartë, për problemet që ende presin të zgjidhen.
Akustika, si degët e tjera të fizikës, ka ende shumë mistere të pazgjidhura. Ato ende nuk janë hapur. Le të shqyrtojmë procesin e valës në akustikë.
Tingull
Ky koncept lidhet me praninë e lëvizjeve osciluese, të cilat prodhohen nga grimcat e mediumit. Tingulli është një seri procesesh oshiluese që lidhen me shfaqjen e valëve. Në procesin e formimit në mjedisin e ngjeshjes dhe rrallimit, ndodh një proces valor.
Treguesit e gjatësisë së valës varen nga natyra e mjedisit ku zhvillohen proceset osciluese. Pothuajse të gjitha fenomenet që ndodhin në natyrë shoqërohen me praninë e dridhjeve të zërit dhe valëve të zërit që përhapen në mjedis.
Shembuj të përcaktimit të procesit të valës në natyrë
Këto lëvizje mund të informojnë për fenomenin e procesit të valës. Valët e zërit me frekuencë të lartë mund të udhëtojnë mijëra kilometra, si p.sh. kur shpërthen një vullkan.
Kur ndodh një tërmet, ndodhin dridhje të forta akustike dhe gjeoakustike, të cilat mund të regjistrohen nga marrës të veçantë të zërit.
Gjatë një tërmeti nënujor, ndodh një fenomen interesant dhe i tmerrshëm - një cunami, i cili është një valë e madhe që u ngrit gjatë një manifestimi të fuqishëm nëntokësor ose nënujor të elementeve.
Falë akustikës, mund të merrni informacione se një cunami po afrohet. Shumë prej këtyre fenomeneve njihen prej kohësh. Por deri më tani, disa koncepte të fizikëskërkojnë studim të kujdesshëm. Prandaj, për studimin e mistereve që ende nuk janë zgjidhur, janë valët e zërit që vijnë në shpëtim.
Teoria e tektonikës
Në shekullin e 18-të, lindi "hipoteza e katastrofës". Në atë kohë, konceptet e "elementit" dhe "rregullsisë" nuk ishin të lidhura. Më pas ata zbuluan se mosha e dyshemesë së oqeanit është shumë më e re se toka dhe kjo sipërfaqe po përditësohet vazhdimisht.
Ishte në këtë kohë, falë një vështrimi të ri në tokë, ajo hipotezë e çmendur u rrit në teorinë e "Tektonikës së pllakave litosferike", e cila thotë se manteli i tokës lëviz dhe kupa qiellore noton. Një proces i tillë është i ngjashëm me lëvizjen e akullit të përjetshëm.
Për të kuptuar procesin e përshkruar, është e rëndësishme të heqësh qafe stereotipet dhe pikëpamjet e zakonshme, të realizosh lloje të tjera të qenies.
Përparime të mëtejshme në shkencë
Jeta gjeologjike në tokë ka kohën dhe gjendjen e vet të materies. Shkenca ka arritur të rikrijojë ngjashmërinë. Fundi i oqeanit është vazhdimisht duke lëvizur, duke shkaktuar këputje dhe formacione kurrizore ndërsa lënda e re ngrihet nga thellësitë e tokës në sipërfaqe dhe gradualisht ftohet.
Në këtë kohë, proceset ndodhin në tokë kur pllaka kolosale të litosferës notojnë në sipërfaqen e mantelit të tokës - guaska e sipërme prej guri e tokës, e cila mbart kontinentet dhe shtratin e detit.
Numri i pllakave të tilla është rreth dhjetë. Manteli është i shqetësuar, kështu që pllakat litosferike fillojnë të lëvizin. Në kushte laboratorike, ky proces ka pamjen e një përvoje të këndshme.
Në natyrë, kërcënon një fatkeqësi gjeologjike- tërmet. Arsyeja e lëvizjes së pllakave litosferike janë proceset globale të konvekcionit që ndodhin në thellësitë e tokës. Rezultati i vlimit do të jetë një cunami.
Japoni
Ndër zona të tjera të rrezikshme sizmike të tokës, Japonia zë një vend të veçantë, ky zinxhir ishujsh quhet "rripi i zjarrit".
Duke ndjekur nga afër frymën e kupës qiellore të tokës, mund të parashikohet katastrofa e afërt. Për të studiuar proceset osciluese, një pajisje shpimi ultra e thellë u fut në trashësinë e tokës. Ai depërtoi në një thellësi prej 12 km dhe i lejoi shkencëtarët të nxirrnin përfundime rreth pranisë së shkëmbinjve të caktuar brenda tokës.
Shpejtësia e një valë elektromagnetike studiohet në mësimet e fizikës në klasën e 9-të. Trego përvojën me peshat e vendosura në një distancë të barabartë nga njëra-tjetra. Ato lidhen me susta identike të formës së zakonshme.
Nëse e zhvendosni peshën e parë djathtas në një distancë të caktuar, e dyta qëndron në të njëjtin pozicion për pak kohë, por susta tashmë ka filluar të ngjesh.
Përkufizimi i termit "valë"
Që kur ka ndodhur një proces i tillë, ka lindur një forcë elastike që do të shtyjë peshën e dytë. Ai do të marrë përshpejtimin, pas një kohe ai do të marrë shpejtësinë, do të lëvizë në këtë drejtim dhe do të ngjesh sustën midis peshave të dytë dhe të tretë. Nga ana tjetër, i treti do të marrë përshpejtimin, do të fillojë të përshpejtohet, të zhvendoset dhe të ndikojë në pranverën e katërt. Dhe kështu procesi do të zhvillohet në të gjithë elementët e sistemit.
Në këtë rast, zhvendosja e ngarkesës së dytë përgjatëkoha do të ndodhë më vonë se e para. Efekti mbetet gjithmonë pas shkakut.
Gjithashtu, zhvendosja e ngarkesës së dytë do të sjellë zhvendosjen e të tretës. Ky proces tenton të përhapet në të djathtë.
Nëse pesha e parë filloi të luhatet sipas ligjit harmonik, atëherë ky proces do të përhapet në peshën e dytë, por me një reagim të vonuar. Prandaj, nëse e bëni peshën e parë të vibrojë, mund të merrni një lëkundje që do të përhapet në hapësirë me kalimin e kohës. Ky është përkufizimi i një valë.
Varietetet e valëve
Le të imagjinojmë një substancë që përbëhet nga atome, ata janë:
- kanë masë - si peshat e propozuara në eksperiment;
- lidhuni me njëri-tjetrin, duke formuar një trup të ngurtë nëpërmjet lidhjeve kimike (siç u diskutua në eksperimentin me një susta).
Rezulton se materia është një sistem që i ngjan një modeli nga përvoja. Mund të përhapë një valë mekanike. Ky proces shoqërohet me shfaqjen e forcave elastike. Valë të tilla shpesh quhen "bouncy".
Ekzistojnë dy lloje të valëve elastike. Për t'i përcaktuar ato, mund të merrni një pranverë të gjatë, ta rregulloni në njërën anë dhe ta shtrini në të djathtë. Kështu që ju mund të shihni se drejtimi i përhapjes së valës është përgjatë pranverës. Grimcat e mediumit lëvizin në të njëjtin drejtim.
Në një valë të tillë, natyra e drejtimit të lëkundjes së grimcave përkon me drejtimin e përhapjes së valës. Ky koncept quhet "valë gjatësore".
Nëse e shtrini pranverën dhe i jepni kohë të vijënë një gjendje pushimi, dhe më pas ndryshoni ashpër pozicionin në drejtim vertikal, do të shihet se vala përhapet përgjatë burimit dhe reflektohet shumë herë.
Por drejtimi i lëkundjes së grimcave është tani vertikal, dhe përhapja e valës është horizontale. Kjo është një valë tërthore. Mund të ekzistojë vetëm në trupa të ngurtë.
Shpejtësia e valëve elektromagnetike të llojeve të ndryshme është e ndryshme. Kjo veti përdoret me sukses nga sizmologët për të përcaktuar distancën nga burimet e tërmeteve.
Kur një valë përhapet, grimcat lëkunden përgjatë ose përtej, por kjo nuk shoqërohet me transferimin e materies, por vetëm me lëvizjen. Kështu tregohet në tekstin "Fizikë" Klasa 9.
Karakterizimi i ekuacionit të valës
Ekuacioni i valës në shkencën fizike është një lloj ekuacioni diferencial hiperbolik linear. Përdoret gjithashtu për fusha të tjera të mbuluara nga fizika teorike. Ky është një nga ekuacionet që përdor fizika matematikore për llogaritjet. Në veçanti, përshkruhen valët gravitacionale. Përdoret për të përshkruar proceset:
- në akustikë, si rregull, tip linear;
- në elektrodinamikë.
Proceset valore shfaqen në llogaritjen për rastin shumëdimensional të një ekuacioni valor homogjen.
Dallimi midis një valë dhe një lëkundje
Zbulime të jashtëzakonshme vijnë nga të menduarit për një fenomen të zakonshëm. Galileo mori rrahjet e zemrës si standard të kohës. Kështu, u zbulua qëndrueshmëria e procesit të lëkundjeve të lavjerrësit - një nga dispozitat kryesore të mekanikës. Ajoabsolutisht vetëm për një lavjerrës matematik - një sistem oscilues ideal, i cili karakterizohet nga:
- pozicioni i bilancit;
- forca që e kthen trupin në pozicionin e tij të ekuilibrit kur ai devijon;
- tranzicionet e energjisë kur ndodh luhatja.
Për të nxjerrë sistemin jashtë ekuilibrit, kushti për shfaqjen e lëkundjeve është i nevojshëm. Në këtë rast, raportohet një energji e caktuar. Sisteme të ndryshme vibruese kërkojnë lloje të ndryshme energjie.
Lëkundje është një proces që karakterizohet nga një përsëritje e vazhdueshme e lëvizjeve ose gjendjeve të sistemit në periudha të caktuara kohore. Një demonstrim i qartë i procesit oscilues është shembulli i një lavjerrës lëkundës.
Proceset osciluese dhe valore vërehen pothuajse në të gjitha dukuritë natyrore. Vala ka funksionin e trazimit ose ndryshimit të gjendjes së mediumit, përhapjes në hapësirë dhe bartjes së energjisë pa nevojën e transferimit të lëndës. Kjo është një veti dalluese e proceseve valore; ato janë studiuar në fizikë për një kohë të gjatë. Kur hulumtoni, mund të nënvizoni gjatësinë e valës.
Valët zanore mund të ekzistojnë në të gjitha sferat, ato nuk ekzistojnë vetëm në vakum. Valët elektromagnetike kanë veti të veçanta. Ato mund të ekzistojnë kudo, edhe në vakum.
Energjia e një valë varet nga amplituda e saj. Vala rrethore, që përhapet nga burimi, shpërndan energjinë në hapësirë, kështu që amplituda e saj zvogëlohet me shpejtësi.
Një valë lineare ka veti interesante. Prandaj, energjia e tij nuk shpërndahet në hapësirëamplituda e valëve të tilla zvogëlohet vetëm për shkak të forcës së fërkimit.
Drejtimi i përhapjes së valës përshkruhet nga rrezet - vija që janë pingul me pjesën e përparme të valës.
Këndi ndërmjet rrezes rënëse dhe normales është këndi i rënies. Midis rrezes normale dhe asaj të reflektuar është këndi i reflektimit. Barazia e këtyre këndeve ruhet në çdo pozicion të pengesës në lidhje me frontin e valës.
Kur valët që lëvizin në drejtime të kundërta takohen, mund të formohet një valë në këmbë.
Rezultat
Grimcat e mediumit midis nyjeve ngjitur të një vale në këmbë lëkunden në të njëjtën fazë. Këto janë parametrat e procesit valor të fiksuar në ekuacionet valore. Kur valët takohen, mund të vërehen si rritje ashtu edhe ulje në amplituda e tyre.
Duke ditur karakteristikat kryesore të procesit të valës, është e mundur të përcaktohet amplituda e valës që rezulton në një pikë të caktuar. Le të përcaktojmë se në cilën fazë do të arrijë vala nga burimi i parë dhe i dytë në këtë pikë. Për më tepër, fazat janë të kundërta.
Nëse diferenca e rrugës është një numër tek gjysmëvalët, amplituda e valës që rezulton në këtë pikë do të jetë minimale. Nëse diferenca e rrugës është e barabartë me zero ose një numër i plotë i gjatësive valore, një rritje në amplituda e valës që rezulton do të vërehet në pikën e takimit. Ky është një model ndërhyrjeje kur shtohen valë nga dy burime.
Frekuenca e valëve elektromagnetike është e fiksuar në teknologjinë moderne. Pajisja marrëse duhet të regjistrojë valë të dobëta elektromagnetike. Nëse vendosni një reflektor, më shumë energji valore do të hyjë në marrës. Sistemi i reflektorit është instaluar në mënyrë që të krijojë maksimuminsinjal në pajisjen marrëse.
Karakteristikat e procesit të valës qëndrojnë në themel të ideve moderne rreth natyrës së dritës dhe strukturës së materies. Kështu, kur i studion ato në një libër fizik të klasës së 9-të, mund të mësosh me sukses se si të zgjidhësh probleme nga fusha e mekanikës.
