Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Longitudinalni val - val kod kojeg dolazi do oscilacija u smjeru njegovog širenja.

Većina valova opaženih u prirodi može se pripisati jednom od dva tipa: transverzalnim ili longitudinalnim valovima. Ponekad ih možemo promatrati u isto vrijeme, na primjer, transverzalni val na žici koju gitarist trza uzrokuje longitudinalni zvučni val u rezonatoru gitare.

Na primjer, vulkansku erupciju prate transverzalni i longitudinalni seizmički val koji se širi različitim brzinama, što je temelj jedne od metoda za određivanje mjesta erupcije.

Kako se longitudinalni valovi razlikuju od transverzalnih?

Longitudinalne valove karakterizira činjenica da uzrokuju u materijalnom mediju u kojem se šire (zrak, voda, kristal itd.) pomake paralelne sa smjerom vala. O ovoj vrsti valova raspravljat ćemo u ovom članku.

Kad se mehanički val širi u materijalnom mediju, elementi medija se kreću. Ovisno o smjeru pomaka povezanih s ovim kretanjem, s obzirom na smjer vala, možemo govoriti o dvije vrste valova:

    Kada je smjer titranja čestica medija paralelan sa smjerom vala, govorimo o longitudinalnom valu.
  1. Kada je smjer titranja čestica medija okomit na smjer vala, govorimo o transverzalnom valu.

Eksperiment-primjer: promatranje longitudinalnog vala na opruzi

Pripremite dugo proljeće. Možete napraviti svoj vlastiti tako da dugu bakrenu žicu promjera oko 1 mm omotate oko štapića za čišćenje zuba.Za to je izvrsna i opruga igračka. Položite oprugu vodoravno na dugačak stol i pričvrstite je na jednom kraju. Držeći drugi kraj rukom, rastegnite oprugu (sl. 1.).

    Brzo pomaknite kraj opruge paralelno s njezinom duljinom - udesno na sl. 1 - i brzo ga vratite u prvobitni položaj. Što gledaš?
  1. Ritmički pomičite kraj opruge naprijed-natrag. Kakav se val sada stvara?
Riža. 1. Promatranje uzdužnog vala na opruzi

U eksperimentu promatramo specifičnu vrstu vala: sabijanje i širenje se šire duž opruge. Perturbacija opruge prikazana je na slikama 2 i 3. Da bi slike bile čitljivije, zavojnice opruge zamijenjene su okomitim crtama. Nedeformirani sustav prikazan je na vrhu slika. Ispod njega je sustav u kojem djeluje val. Strelice pokazuju pomake odabranih elemenata sustava.

Riža. 2. Jednovalni puls opažen u eksperimentuRiža. 3. Harmonijski val promatran u pokusu

Napomena: opružni elementi kreću se paralelno sa smjerom vala. Takav val se zove longitudinalni.

    Slika 2 prikazuje jednovalni impuls koji se sastoji od jedne kompresije i jedne ekspanzije. Ovo odgovara točki 1 eksperimenta.
  1. Slika 3. prikazuje harmonijski val koji se sastoji od kontrakcija i ekspanzija koje se periodički ponavljaju. To odgovara točki 2 eksperimenta. Za opis longitudinalnih harmonijskih valova uvodimo iste pojmove kao i za opis harmonijskih transverzalnih valova: period T, frekvencija f, amplituda A i valna duljina λ. Valna duljina ovog harmonijskog vala λ prikazana je na sl. 3.

Longitudinalni valovi u materijalnom mediju

Gore smo raspravljali o jednostavnim i "jednodimenzionalnim" modelima longitudinalnih valova.Međutim, ono što je zaista zanimljivo jesu valovi ove vrste koji se šire u "trodimenzionalnim" medijima. Primjer su seizmički valovi koji nastaju u zemljinoj kori tijekom vulkanskih erupcija (tzv. P-valovi). Ne znam hoćete li ikada morati osobno iskusiti ovaj fenomen. Međutim, stalno se susrećete sa zvučnim valovima u zraku i vodi (plinovi i tekućine). Oni su izvor ljudskog i životinjskog sluha, pa ćemo im posvetiti malo više pažnje.

Vratimo se na sl. 2. i zamislite da ne prikazuje zavojnice opruge, već vodoravni stupac zraka, mentalno podijeljen na kriške. Svaka od ovih kriški sadrži istu količinu plina. Zapamtite: tlak u plinu ovisi o volumenu i smanjuje se s povećanjem volumena. Razmotrimo sada tri takva odjeljka (slika 4.), smatrajući ih radi jednostavnosti kutijama koje u početku imaju isti volumen i isti tlak. S pritiskom je povezana sila kojom plin djeluje na reznu površinu.

Riža. 4. Misaoni eksperiment opisan u gornjem tekstu
    Gornji dio prikazuje stanje ravnoteže u odsutnosti vala. Tlak u svakom lobulu je isti. Lijeva kriška djeluje na srednju krišku silom usmjerenom udesno, kao rezultat djelovanja plina na površinu između kriški. Desni rez djeluje na srednji rez silom iste veličine, ali usmjerenom ulijevo. Rezultanta ovih sila je nula.
  1. Dno slike prikazuje primjer poremećaja uzrokovanog valom. Lijevi režanj se suzio, a pritisak u njemu porastao. Većom snagom djeluje na srednji lobulus. Desni režanj se proširio, pritisak u njemu se smanjio. Na srednji lobulus djeluje s manjom snagom. Rezultanta ovih sila više nije jednaka nuli i usmjerena je udesno.

Može se vidjeti da su pomaci u plinu stvorili neuravnotežene sile. Rezultirajuće sile bit će odgovorne za daljnje pomake, što će dovesti do širenja uzdužnog vala.

Pomozite razvoju web mjesta, dijelite članak s prijateljima!

Kategorija:

Zgrada