Unaweza kufikiria mawimbi ya mitambo ni nini kwa kurusha jiwe majini. Miduara inayoonekana juu yake na ni njia za kupishana na matuta ni mfano wa mawimbi ya mitambo. Asili yao ni nini? Mawimbi ya mitambo ni mchakato wa uenezaji wa mtetemo katika midia elastic.
Mawimbi kwenye nyuso za kioevu
Mawimbi kama haya ya kimakenika yanapatikana kwa sababu ya athari za nguvu kati ya molekuli na mvuto kwenye chembe za kioevu. Watu wamekuwa wakisoma jambo hili kwa muda mrefu. Maarufu zaidi ni mawimbi ya bahari na bahari. Kadiri kasi ya upepo inavyoongezeka, hubadilika na urefu wao huongezeka. Sura ya mawimbi yenyewe pia inakuwa ngumu zaidi. Katika bahari, wanaweza kufikia idadi ya kutisha. Mojawapo ya mifano ya wazi zaidi ya nguvu ni tsunami ambayo hufagia kila kitu katika njia yake.
Nishati ya bahari na mawimbi ya bahari
Ukifika ufukweni, mawimbi ya bahari huongezeka kwa mabadiliko makali ya kina. Wakati mwingine hufikia urefu wa mita kadhaa. Kwa wakati kama huo, nishati ya kinetic ya wingi mkubwa wa maji huhamishiwa kwa vizuizi vya pwani, ambavyo huharibiwa haraka chini ya ushawishi wake. Nguvu ya mawimbi wakati mwingine hufikia viwango vya hali ya juu.
Mawimbi ya elastic
Katika mechanics, sio tu mitetemo kwenye uso wa kioevu inasomwa, lakini pia kinachojulikana kama mawimbi ya elastic. Hizi ni usumbufu unaoenea katika vyombo vya habari tofauti chini ya hatua ya nguvu za elastic ndani yao. Usumbufu kama huo ni kupotoka kwa chembe za kati kutoka kwa nafasi ya usawa. Mfano mzuri wa mawimbi ya elastic ni kamba ndefu au tube ya mpira iliyounganishwa na kitu kwenye mwisho mmoja. Ukiivuta kwa nguvu, na kisha kuleta usumbufu katika sehemu yake ya pili (isiyorekebishwa) kwa msogeo mkali wa upande, unaweza kuona jinsi "inaendesha" kwenye urefu wote wa kamba hadi kwenye kiunga na kuakisiwa nyuma.
Chanzo cha mawimbi ya mitambo
Msukosuko wa awali husababisha kuonekana kwa wimbi katikati. Inasababishwa na hatua ya mwili wa kigeni, ambayo katika fizikia inaitwa chanzo cha wimbi. Inaweza kuwa mkono wa mtu anayezungusha kamba, au kokoto iliyotupwa majini. Katika kesi wakati hatua ya chanzo ni ya muda mfupi, wimbi la pekee mara nyingi linaonekana katikati. Wakati "kisumbufu" kinapofanya harakati ndefu za kuzunguka, mawimbi huanza kutokea moja baada ya jingine.
Masharti ya kutokea kwa mawimbi ya mitambo
Aina hii ya oscillation haifanyiki kila wakati. Hali ya lazima kwa kuonekana kwao ni tukio wakati wa usumbufu wa kati ya nguvu zinazozuia, hasa, elasticity. Huwa na tabia ya kuleta chembe jirani karibu pamoja wakati wao kusonga mbali, na kuwasukuma mbali kutoka kwa kila mmoja wao wakati wanakaribiana. Nguvu za elastic zikifanya kazi kwa mbali kutokachanzo cha usumbufu wa chembe, kuanza kuwaleta nje ya usawa. Baada ya muda, chembe zote za kati zinahusika katika mwendo mmoja wa oscillatory. Kueneza kwa mizunguko kama hii ni wimbi.
Mawimbi ya mitambo katika hali ya kunyumbulika
Katika wimbi nyumbufu, kuna aina 2 za mwendo kwa wakati mmoja: myeuko wa chembe na uenezaji wa misukosuko. Wimbi la longitudinal ni wimbi la mitambo ambalo chembe zake huzunguka kwenye mwelekeo wa uenezi wake. Wimbi lenye kupita kiasi ni wimbi ambalo chembe zake za wastani huzunguka upande wa uenezi wake.
Sifa za mawimbi ya mitambo
Misukosuko katika wimbi la longitudinal ni hali ya kurudi nyuma na mbano, na katika wimbi linalopitika ni zamu (uhamisho) wa baadhi ya tabaka za safu ya wastani inayohusiana na zingine. Deformation ya compression inaambatana na kuonekana kwa nguvu za elastic. Katika kesi hiyo, deformation ya shear inahusishwa na kuonekana kwa nguvu za elastic pekee katika vitu vikali. Katika vyombo vya habari vya gesi na kioevu, mabadiliko ya tabaka za vyombo vya habari hivi haipatikani na kuonekana kwa nguvu iliyotajwa. Kutokana na sifa zao, mawimbi ya longitudinal yanaweza kuenea katika maudhui yoyote, ilhali mawimbi ya kupita kiasi yanaweza kueneza kwa vitu vizito pekee.
Sifa za mawimbi kwenye uso wa vimiminika
Mawimbi juu ya uso wa kimiminika hayana longitudinal wala pingamizi. Wana tabia ngumu zaidi, inayoitwa longitudinal-transverse tabia. Katika kesi hii, chembe za maji husogea kwenye duara au kando ya duaradufu. Mwendo wa mviringo wa chembe juu ya uso wa kioevu, na hasa wakati wa oscillations kubwa, unaambatana na polepole lakini kuendelea.kusonga katika mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Ni sifa hizi za mawimbi ya mitambo kwenye maji ambayo husababisha kuonekana kwa dagaa mbalimbali kwenye ufuo.
Mawimbi ya mawimbi ya mitambo
Ikiwa katika kati ya elastic (kioevu, imara, gesi) vibration ya chembe zake ni msisimko, basi kutokana na mwingiliano kati yao, itaenea kwa kasi u. Kwa hivyo, ikiwa mwili wa oscillating iko kwenye gesi ya gesi au kioevu, basi harakati zake zitaanza kupitishwa kwa chembe zote zilizo karibu nayo. Watahusisha wanaofuata katika mchakato na kadhalika. Katika kesi hii, pointi zote za kati zitaanza kuzunguka na mzunguko sawa, sawa na mzunguko wa mwili unaozunguka. Ni mzunguko wa wimbi. Kwa maneno mengine, thamani hii inaweza kubainishwa kama marudio ya oscillation ya pointi katikati ambapo wimbi huenea.
Huenda isibainike mara moja jinsi mchakato huu hutokea. Mawimbi ya mitambo yanahusishwa na uhamisho wa nishati ya mwendo wa oscillatory kutoka chanzo chake hadi pembezoni mwa kati. Kama matokeo, kinachojulikana kama deformations ya mara kwa mara hutokea, ambayo huchukuliwa na wimbi kutoka kwa hatua moja hadi nyingine. Katika kesi hiyo, chembe za kati wenyewe haziendi pamoja na wimbi. Wanazunguka karibu na msimamo wao wa usawa. Ndiyo maana uenezi wa wimbi la mitambo hauambatani na uhamisho wa suala kutoka sehemu moja hadi nyingine. Mawimbi ya mitambo yana masafa tofauti. Kwa hiyo, waligawanywa katika safu na kuunda kiwango maalum. Masafa hupimwa kwa hertz (Hz).
Mfumo Msingi
Mawimbi ya mitambo, ambayo fomula zake za kukokotoa ni rahisi sana, ni kitu cha kuvutia kujifunza. Kasi ya mawimbi (υ) ni kasi ya mwendo wake wa mbele (eneo la sehemu zote ambazo mzunguuko wa kati umefikia kwa sasa):
υ=√G/ ρ, ambapo ρ ni msongamano wa kati, G ni moduli ya unyumbufu.
Wakati wa kuhesabu, usichanganye kasi ya wimbi la mitambo katika wastani na kasi ya mwendo wa chembe za kati zinazohusika katika mchakato wa wimbi. Kwa hiyo, kwa mfano, wimbi la sauti katika hewa huenea kwa kasi ya wastani ya vibrational ya molekuli zake za 10 m / s, wakati kasi ya wimbi la sauti katika hali ya kawaida ni 330 m / s.
Wave front huja kwa njia nyingi, rahisi zaidi kati yake ni:
• Spherical - unaosababishwa na kushuka kwa thamani kwa kati ya gesi au kioevu. Katika hali hii, amplitude ya wimbi hupungua kwa umbali kutoka kwa chanzo katika uwiano kinyume hadi mraba wa umbali.
• Gorofa - ni ndege ambayo ni sawa na mwelekeo wa uenezi wa mawimbi. Inatokea, kwa mfano, katika silinda ya pistoni iliyofungwa wakati inazunguka. Wimbi la ndege lina sifa ya amplitude karibu mara kwa mara. Kupungua kwake kidogo kwa umbali kutoka kwa chanzo cha usumbufu kunahusishwa na kiwango cha mnato wa kati ya gesi au kioevu.
Wavelength
Chini ya urefu wa mawimbi inaeleweka umbali ambao mbele yake itasogea wakati huo.ni sawa na kipindi cha msisimko wa chembe za kati:
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, ambapo T ni kipindi cha oscillation, υ ni kasi ya wimbi, ω ni mzunguko wa mzunguko, ν ni masafa ya oscillation ya pointi za kati.
Kwa kuwa kasi ya uenezi ya wimbi la mitambo inategemea kabisa sifa za kati, urefu wake λ hubadilika wakati wa mpito kutoka kati hadi nyingine. Katika kesi hii, mzunguko wa oscillation ν daima hubakia sawa. Mawimbi ya mitambo na sumakuumeme yanafanana kwa kuwa yanapoenea, nishati huhamishwa, lakini haijalishi huhamishwa.
