Типи хвиль

Типи хвиль

Хвилі відіграють надзвичайно важливу роль у багатьох сферах нашого життя.

Фізика

Ключові слова

хвиля, типи хвиль, звукова хвиля, гравітаційні хвилі, електромагнітні хвилі, механічна хвиля, поздовжні, поперечні, частота, амплітуда, звук, довжина хвилі, швидкість розповсюдження, вібрація, період коливань, поляризаційний фільтр, радіохвиля, мікрохвилі, світло, видиме світло, ультрафіолетове випромінювання, інфрачервоне випромінювання, поляризована хвиля, інфразвук, ультразвук, антена, тяжіння, механіка

Пов'язані об'єкти

Сцени

Поздовжні хвилі

  • Поздовжня хвиля - Рух частинок паралельний напрямку поширення хвилі. Механічні хвилі, що проходять через гази, завжди поздовжні.
  • динамік - Динамік випромінює поздовжні звукові хвилі. Звук, як і будь-яка інша хвиля, характеризується довжиною хвилі, частотою, швидкістю хвилі та амплітудою.
  • напрям поширення хвилі
  • рух частинок

Найпростішими механічними хвилями є звукові хвилі, які проходять через різні гази. Джерело звуку призводить до коливання молекул газу. Тоді молекули, які вже коливаються, призводять до руху сусідні молекули. Цей процес повторюється, і саме так поширюється коливання.

Механічні хвилі, що проходять через гази, завжди поздовжні, тобто напрямок руху частинок паралельний напрямку поширення хвилі. Це тому, що частинки газу не притягуються одна одну, тому на них не діють поперечні сили. Одна частинка може лише викликати коливання тих частинок, які перебувають перед нею. Поздовжні хвилі не можуть бути поляризовані.

Поперечні хвилі

  • Поперечна хвиля - Рух частинок перпендикулярний до напряму поширення хвилі.
  • напрям поширення хвилі
  • рух частинок

Механічні хвилі, що проходять через тверді речовини або рідини, можуть бути поперечними або поздовжніми.

Поперечні хвилі - це хвилі, в яких зміщення частинок перпендикулярне напряму поширення хвилі. Коли ми торкаємося струни гітари, хвиля розповсюджується вздовж струни, проте коливання є перпендикулярним до руху хвилі.

Якщо коливання відбувається в одній площині, ми говоримо, що хвиля лінійно поляризована.

Складні хвилі - Хвилі на воді

  • Хвилі на воді - Ці хвилі є поздовжніми і поперечними одночасно: частинки води рухаються по колу.

Більшість хвиль, що спостерігаються в природі, не є чисто поперечними або поздовжніми, так як поперечні хвилі не завжди поляризовані в одній площині.

Рух частинок певного середовища відбуваються зазвичай одночасно. Будь-який складний хвильовий рух можна описати, як комбінацію поздовжньої та однієї або декількох поперечних хвиль. Наприклад, коли ми дивимося на хвилі на воді, частинки рухаються не тільки вгору і вниз, а й назад і вперед, тому хвилі на воді також можуть бути описані як поєднання поздовжньої та поперечної хвиль.

Причиною цього є те, що вода є не стиснутим середовищем, тому частинки, що рухаються вниз, не стискаються частинками що є під ними, а виштовхують їх в сторону. Хвилі, що проходять через тверде середовище (наприклад, сейсмічні хвилі), є ще більш складними.

Поляризація

  • циркулярно поляризована поперечна хвиля - Поєднання двох поперечних хвиль, перпендикулярних один до одного.
  • лінійно поляризована поперечна хвиля - Хвиля, в якій частинки рухаються в одній площині. Їх рух перпендикулярний до напрямку поширення хвилі.
  • поляризатор - Коли вони проходять через цю щілину, хвилі стають лінійно поляризованими.
  • перпендикулярний поляризатор

Еліптично поляризована хвиля складається з двох поперечних хвиль, але в окремих випадках така хвиля може бути циркулярно поляризована.

Циркулярно поляризована хвиля може бути легко згенерована, якщо прив'язати один кінець еластичної мотузки до лопаті вентилятора та, тримаючи її розтягнутою, потягнути за інший кінець.

Щоб перетворити циркулярно поляризовану хвилю в лінійно поляризовану хвилю, потрібно використати поляризатор. У випадку механічних хвиль цей поляризатор є щілиною. Як тільки хвиля проходить через цю щілину, вона стає лінійно поляризованою. Якщо розмістити інший поляризатор, який знаходиться на шляху хвилі та є перпендикулярним до першого поляризатора, хвиля не пройде через неї.

Електромагнітні хвилі

  • Електромагнітне дипольне випромінювання - Змінне електричне поле навколо антени генерує змінне магнітне поле, яке, у свою чергу, генерує змінне електричне поле, і цей процес повторюється нескінченно.
  • антена - Розподіл заряду в ній періодично змінюється, тому електричне поле, що утворюється навколо, також періодично змінюється.

Електромагнітні хвилі не є коливаннями матеріального середовища. Фактично, вони не потребують середовища для розповсюдження і швидко поширюються через вакуум.

Вони утворюються, коли змінне електричне поле створює змінне магнітне поле, яке, у свою чергу, породжує інше змінне електричне поле, і цей процес повторюється.

У випадку електромагнітних хвиль не існує частинок, які коливаються, тому що в цьому випадку інтерпретувати поляризацію непросто. Однак, якщо ототожнити напрям коливання зі зміною вектора напруженості змінного електричного поля, електромагнітні хвилі також розглядаються як поперечні хвилі, тому їх поляризація може бути лінійною або більш складною.

Природне світло - це хвиля, яка не поляризується в одній площині, оскільки вона не походить з одного джерела. Численні молекули або атоми утворюють його незалежно один від одного, поляризуючи його в різних площинах. Природне світло може бути поляризоване оптичними поляризаційними фільтрами.

Гравітаційні хвилі

  • Гравітаційна хвиля - Вони можуть бути сформовані, наприклад, двома зірками, що обертася навколо один одного.

Гравiтацiйнi хвилi утворюються внаслiдок прискорення маси. По суті, вони вважаються пульсаціями в просторі-часі. Вони призводять до розширення та скорочення простору-часу в певній точці. Це можна виявити лише за допомогою дуже точних інструментів, і лише дуже великі прискорювальні маси, такі як бінарні зірки, що рухаються навколо один одного, можуть створювати значні гравітаційні хвилі, які можна ідентифікувати.

Типи хвиль

  • Джерело
  • Механічне
  • Електромагнітне
  • Гравітаційне
  • Напрям вібрації
  • Поздовжня
  • Поперечна
  • Змішана
  • Частота, довжина хвилі
  • Інфразвук - Утворюється при землетрусач, але також їх використовують кити і слони. Частота від 0 до 20 Гц.
  • Звук, який ми чуємо - Частота звукових хвиль, сприйнятних для людей, коливається від 20 до 20 000 Гц.
  • Ультразвук - Утворюються кажанами та дельфінами. Але також використовується в медицині для діагностичної візуалізації. Має частоту вище 20 000 Гц.
  • Радіохвиля - [b]Довгі хвилі[/b] - довжина хвилі: 1000-2000 м, частота: 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Гц [b]Середні хвилі[/b] - довжина хвилі: 150-600 м, частота: 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Гц [b]Короткі хвилі[/b] - довжина хвилі: 15-50 м, частота: 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Гц [b]Ультракороткі хвилі[/b] - довжина хвилі: 1-15 м, частота: 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Гц Використовуються в радіоперадатчиках і радарах.
  • Мікрохвиля - довжина хвилі: 0,03 мм -1 м, частота: 3⋅10⁸-10¹³ Гц Використовуються в мобільних телефонах, Wi-Fi роутерах, мікрохвильових печах.
  • Інфрачервоне випромінювання - довжина хвилі: 0,3-760 нм, частота: 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Гц Тепло у вигляді інфрачервоних променів випромінює Сонце, обігрівачі, людське тіло.
  • Видиме світло - довжина хвилі: 380 - 760 nm, частота: 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Гц Світло це також тип електромагнітних хвиль.
  • Ультрафіолетове випромінювання - довжина хвилі: 10 - 380 нм, частота: 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Гц Сонячне ультрафіолетове випромінювання є шкідливим для здоров'я і може викликати опіки шкіри.
  • Рентгенівське випромінювання - довжина хвилі: 1 пм - 1 нм, частота: 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Гц Рентгенівське випромінювання, що використовується в медицині у великих дозах викликає ураження тканин людського організму.
  • Гамма-випромінювання - довжина хвилі: 30 фм - 0,3 нм, частота:10¹⁸-10²² Гц Гамма-промені, які мають космічне походження і народжуються при термоядерних реакціях, є електромагнітними хвилями. Найбільш руйнівна сила.
  • Інші механічні хвилі

Хвилі відіграють надзвичайно важливу роль у багатьох сферах нашого життя. Ми використовуємо наші органи чуття для ознайомлення із навколишнім середовищем. Звук і світло, а також землетруси - це хвилі. Радіомовлення, радар та лазер також працюють на хвилях.

Хвилі можна класифікувати за різними властивостями. В першу чергу хвилі класифікуються залежно від середовища їх розповсюдження. Також вони можуть бути класифіковані за поляризацією та частотою.

За джерелом виникнення, хвилі можуть бути:

1) Механічні (звук, ультразвук, сейсмічні хвилі від землетрусів, хвилі на воді)

2) Електромагнітні (світло, радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання, гамма-промені, мікрохвилі)

3) Гравітаційні

4) Функції, що описують квантовий стан систем, також розглядаються як хвилі, тому їх називають хвильовими функціями.

Анімація

  • Поздовжня хвиля - Рух частинок паралельний напрямку поширення хвилі. Механічні хвилі, що проходять через гази, завжди поздовжні.
  • динамік - Динамік випромінює поздовжні звукові хвилі. Звук, як і будь-яка інша хвиля, характеризується довжиною хвилі, частотою, швидкістю хвилі та амплітудою.
  • напрям поширення хвилі
  • рух частинок
  • Поперечна хвиля - Рух частинок перпендикулярний до напряму поширення хвилі.
  • напрям поширення хвилі
  • рух частинок
  • Хвилі на воді - Ці хвилі є поздовжніми і поперечними одночасно: частинки води рухаються по колу.
  • циркулярно поляризована поперечна хвиля - Поєднання двох поперечних хвиль, перпендикулярних один до одного.
  • лінійно поляризована поперечна хвиля - Хвиля, в якій частинки рухаються в одній площині. Їх рух перпендикулярний до напрямку поширення хвилі.
  • поляризатор - Коли вони проходять через цю щілину, хвилі стають лінійно поляризованими.
  • перпендикулярний поляризатор
  • Електромагнітне дипольне випромінювання - Змінне електричне поле навколо антени генерує змінне магнітне поле, яке, у свою чергу, генерує змінне електричне поле, і цей процес повторюється нескінченно.
  • антена - Розподіл заряду в ній періодично змінюється, тому електричне поле, що утворюється навколо, також періодично змінюється.
  • Гравітаційна хвиля - Вони можуть бути сформовані, наприклад, двома зірками, що обертася навколо один одного.
  • Джерело
  • Механічне
  • Електромагнітне
  • Гравітаційне
  • Напрям вібрації
  • Поздовжня
  • Поперечна
  • Змішана
  • Частота, довжина хвилі
  • Інфразвук - Утворюється при землетрусач, але також їх використовують кити і слони. Частота від 0 до 20 Гц.
  • Звук, який ми чуємо - Частота звукових хвиль, сприйнятних для людей, коливається від 20 до 20 000 Гц.
  • Ультразвук - Утворюються кажанами та дельфінами. Але також використовується в медицині для діагностичної візуалізації. Має частоту вище 20 000 Гц.
  • Радіохвиля - [b]Довгі хвилі[/b] - довжина хвилі: 1000-2000 м, частота: 1,5⋅10⁵-3⋅10⁵ Гц [b]Середні хвилі[/b] - довжина хвилі: 150-600 м, частота: 5⋅10⁵-2⋅10⁶ Гц [b]Короткі хвилі[/b] - довжина хвилі: 15-50 м, частота: 6⋅10⁶-2⋅10⁷ Гц [b]Ультракороткі хвилі[/b] - довжина хвилі: 1-15 м, частота: 2⋅10⁷-3⋅10⁸ Гц Використовуються в радіоперадатчиках і радарах.
  • Мікрохвиля - довжина хвилі: 0,03 мм -1 м, частота: 3⋅10⁸-10¹³ Гц Використовуються в мобільних телефонах, Wi-Fi роутерах, мікрохвильових печах.
  • Інфрачервоне випромінювання - довжина хвилі: 0,3-760 нм, частота: 10¹²-3,9⋅10¹⁴ Гц Тепло у вигляді інфрачервоних променів випромінює Сонце, обігрівачі, людське тіло.
  • Видиме світло - довжина хвилі: 380 - 760 nm, частота: 3,9⋅10¹⁴-7,8⋅10¹⁴ Гц Світло це також тип електромагнітних хвиль.
  • Ультрафіолетове випромінювання - довжина хвилі: 10 - 380 нм, частота: 7,8⋅10¹⁴-3⋅10¹⁶ Гц Сонячне ультрафіолетове випромінювання є шкідливим для здоров'я і може викликати опіки шкіри.
  • Рентгенівське випромінювання - довжина хвилі: 1 пм - 1 нм, частота: 3⋅10¹⁶-3⋅10²⁰ Гц Рентгенівське випромінювання, що використовується в медицині у великих дозах викликає ураження тканин людського організму.
  • Гамма-випромінювання - довжина хвилі: 30 фм - 0,3 нм, частота:10¹⁸-10²² Гц Гамма-промені, які мають космічне походження і народжуються при термоядерних реакціях, є електромагнітними хвилями. Найбільш руйнівна сила.
  • Інші механічні хвилі

Озвучування

Хвилі відіграють надзвичайно важливу роль у багатьох сферах нашого життя. Ми використовуємо наші органи чуття для ознайомлення із навколишнім середовищем. Звук і світло, а також землетруси - це хвилі. Радіомовлення, радар та лазер також працюють на хвилях.

Хвилі можна класифікувати за різними властивостями. В першу чергу хвилі класифікуються залежно від середовища їх розповсюдження. Також вони можуть бути класифіковані за поляризацією та частотою.

За джерелом виникнення, хвилі можуть бути механічні, електромагнітні, гравітаційні.

Найпростішими механічними хвилями є звукові хвилі, які проходять через різні гази. Джерело звуку призводить до коливання молекул газу. Тоді молекули, які вже коливаються, призводять до руху сусідні молекули. Цей процес повторюється, і саме так поширюється коливання.

Механічні хвилі, що проходять через гази, завжди поздовжні, тобто напрямок руху частинок паралельний напрямку поширення хвилі. Це тому, що частинки газу не притягуються одна одну, тому на них не діють поперечні сили. Одна частинка може лише викликати коливання тих частинок, які перебувають перед нею. Поздовжні хвилі не можуть бути поляризовані.

Механічні хвилі, що проходять через тверді речовини або рідини, можуть бути поперечними або поздовжніми.

Поперечні хвилі - це хвилі, в яких зміщення частинок перпендикулярне напряму поширення хвилі. Коли ми торкаємося струни гітари, хвиля розповсюджується вздовж струни, проте коливання є перпендикулярним до руху хвилі.

Якщо коливання відбувається в одній площині, ми говоримо, що хвиля лінійно поляризована.

Більшість хвиль, що спостерігаються в природі, не є чисто поперечними або поздовжніми, так як поперечні хвилі не завжди поляризовані в одній площині.

Рух частинок певного середовища відбуваються зазвичай одночасно. Будь-який складний хвильовий рух можна описати, як комбінацію поздовжньої та однієї або декількох поперечних хвиль. Наприклад, коли ми дивимося на хвилі на воді, частинки рухаються не тільки вгору і вниз, а й назад і вперед, тому хвилі на воді також можуть бути описані як поєднання поздовжньої та поперечної хвиль.

Причиною цього є те, що вода є не стиснутим середовищем, тому частинки, що рухаються вниз, не стискаються частинками що є під ними, а виштовхують їх в сторону. Хвилі, що проходять через тверде середовище (наприклад, сейсмічні хвилі), є ще більш складними.

Еліптично поляризована хвиля складається з двох поперечних хвиль, але в окремих випадках така хвиля може бути циркулярно поляризована.

Циркулярно поляризована хвиля може бути легко згенерована, якщо прив'язати один кінець еластичної мотузки до лопаті вентилятора та, тримаючи її розтягнутою, потягнути за інший кінець.

Щоб перетворити циркулярно поляризовану хвилю в лінійно поляризовану хвилю, потрібно використати поляризатор. У випадку механічних хвиль цей поляризатор є щілиною. Як тільки хвиля проходить через цю щілину, вона стає лінійно поляризованою. Якщо розмістити інший поляризатор, який знаходиться на шляху хвилі та є перпендикулярним до першого поляризатора, хвиля не пройде через неї.

Електромагнітні хвилі не є коливаннями матеріального середовища. Фактично, вони не потребують середовища для розповсюдження і швидко поширюються через вакуум.

Вони утворюються, коли змінне електричне поле створює змінне магнітне поле, яке, у свою чергу, породжує інше змінне електричне поле, і цей процес повторюється.

У випадку електромагнітних хвиль не існує частинок, які коливаються, тому що в цьому випадку інтерпретувати поляризацію непросто. Однак, якщо ототожнити напрям коливання зі зміною вектора напруженості змінного електричного поля, електромагнітні хвилі також розглядаються як поперечні хвилі, тому їх поляризація може бути лінійною або більш складною.

Природне світло - це хвиля, яка не поляризується в одній площині, оскільки вона не походить з одного джерела. Численні молекули або атоми утворюють його незалежно один від одного, поляризуючи його в різних площинах. Природне світло може бути поляризоване оптичними поляризаційними фільтрами.

Гравiтацiйнi хвилi утворюються внаслiдок прискорення маси. По суті, вони вважаються пульсаціями в просторі-часі. Вони призводять до розширення та скорочення простору-часу в певній точці. Це можна виявити лише за допомогою дуже точних інструментів, і лише дуже великі прискорювальні маси, такі як бінарні зірки, що рухаються навколо один одного, можуть створювати значні гравітаційні хвилі, які можна ідентифікувати.

Пов'язані об'єкти

Характеристика звукових хвиль

Ця анімація пояснює найважливіші характеристики хвиль через звукові хвилі.

Як працює гучномовець?

У гучномовці за допомогою електромагнітної індукції утворюються звукові хвилі.

Магнетрон

Магнетрон - один з найважливіших компонентів мікрохвильової печі, який генерує мікрохвилі.

Радіоактивність

Спонтанне перетворення одних ядер в інші, яке супроводжується випромінюванням різних частинок, отримало назву радіоактивність.

Ефект Доплера

Добре відомо, що звук джерела звуку, що наближається є вищим, ніж звук джерела звуку який віддаляється.

Припливи

Сила тяжіння Місяця призводить до появи припливів та відпливів на Землі.

Припливна електростанція

Вироблення електроенергії відбувається за рахунок використання енергії добового коливання рівня морської води: припливів і відпливів.

Землетрус

Землетрус - одне з найруйнівніших природних явищ на Землі.

Формування рельєфу суші морськими водами

Морська вода, як зовнішня сила, відіграє важливу роль у формуванні берегової лінії.

Електричний дзвінок

Механічний дзвінок, який функціонує за допомогою електромагніту.

Зв'язок гармонічного коливання і руху по колу

Простий гармонічний рух можна вважати одновимірною проєкцією рівномірного руху по колу.

Морські течії

Система морських течій утворює глобальний океанічний конвеєр, який істотно впливає на клімат нашої Землі.

Прозорість

Ця анімація пояснює прозорість і непрозорість, принцип радіографії та світло-поглинаючі властивості матеріалів.

Експеримент з радаром та місяцем (Золтан Бай, 1946)

У 1946 році за допомогою обладнання вдалося виявити сигнали радара, відбиті Місяцем.

Гравітаційні хвилі (обсерваторія LIGO)

Масивні тіла, що рухаються з колосальним прискоренням чи по орбіті, утворюють брижі у метриці простору-часу. Саме їх називають гравітаційними хвилями.

Лабораторія Ніколи Тесли (Шорехам, США)

Цей видатний інженер-винахідник найбільш відомий своїми винаходами у галузі електрики, магнетизму та електротехніки. Він був однією з найвидатніших фігур...

Домашні джерела електричного освітлення

Ця анімація демонструє характеристики домашніх джерел світла від традиційних електричних до світлодіодних (LED) ламп.

Афаліна (пляшконосий дельфін)

Афаліни - морські ссавці, які використовують ультразвук для орієнтації в просторі.

Малий підковоніс

Кажани використовують ультразвук для навігації й полювання за здобиччю.

Як працює комп'ютерний томограф?

За допомогою анімації ми можемо познайомитися з роботою комп'ютерного томографа.

Як працює мікрохвильова піч?

Ця анімація демонструє, як працюють мікрохвильові печі.

Як працює сонар (гідролокатор)?

Ця анімація демонструє, як працює сонар.

Утворення голосу

При утворенні звуку, повітря, що виходить з легень, спричиняє коливання голосових зв'язок.

Цунамі

Морська хвиля значної висоти, що здатна заподіяти значних руйнувань.

Конкорд (1969)

Перший надзвуковий пасажирський авіалайнер був введений в експлуатацію в 1976 році.

Сонце

Діаметр Сонця більший ніж діаметр Землі приблизно у 109 разів і більшу частину його маси складає водень.

Added to your cart.