คลื่นกล ชนิดและความเร็วของการแพร่กระจาย SA คลื่นกล

⁰

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State: คลื่นกล ความยาวคลื่น เสียง

คลื่นกล เป็นกระบวนการแพร่กระจายการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลางยืดหยุ่น (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) ในอวกาศ

การมีคุณสมบัติยืดหยุ่นในตัวกลางคือ เงื่อนไขที่จำเป็นการแพร่กระจายของคลื่น: การเสียรูปที่เกิดขึ้นในสถานที่ใด ๆ เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคข้างเคียงจะถูกส่งตามลำดับจากจุดหนึ่งในตัวกลางไปยังอีกจุดหนึ่ง การเสียรูปประเภทต่างๆจะสอดคล้องกัน ประเภทต่างๆคลื่น

คลื่นตามยาวและตามขวาง

เรียกว่าเป็นคลื่น ตามยาวหากอนุภาคของตัวกลางสั่นขนานกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นตามยาวประกอบด้วยแรงดึงสลับและการเปลี่ยนรูปแบบแรงอัด ในรูป รูปที่ 1 แสดงคลื่นตามยาวซึ่งแสดงถึงการสั่นสะเทือนของชั้นเรียบของตัวกลาง ทิศทางที่ชั้นแกว่งไปมาเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (เช่น ตั้งฉากกับชั้น)

คลื่นจะถูกเรียกว่าขวางหากอนุภาคของตัวกลางสั่นในแนวตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นตามขวางเกิดจากการเสียรูปของแรงเฉือนของชั้นหนึ่งของตัวกลางที่สัมพันธ์กับอีกชั้นหนึ่ง ในรูป 2 แต่ละชั้นจะแกว่งไปมาตามตัวมันเอง และคลื่นจะตั้งฉากกับชั้นต่างๆ

คลื่นตามยาวสามารถแพร่กระจายเข้ามาได้ ของแข็งของเหลวและก๊าซ: ในสื่อทั้งหมดเหล่านี้ปฏิกิริยายืดหยุ่นต่อการบีบอัดเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์ของตัวกลางจะปรากฏขึ้นทีละอัน

อย่างไรก็ตาม ของเหลวและก๊าซ ต่างจากของแข็งตรงที่ไม่มีความยืดหยุ่นเมื่อพิจารณาจากแรงเฉือนของชั้นต่างๆ ดังนั้น คลื่นตามขวางสามารถแพร่กระจายในของแข็งได้ แต่ไม่สามารถแพร่กระจายภายในของเหลวและก๊าซ*

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าอนุภาคของตัวกลางเมื่อคลื่นผ่านไป จะสั่นใกล้กับตำแหน่งสมดุลที่ไม่เปลี่ยนแปลง กล่าวคือ โดยเฉลี่ยแล้วพวกมันยังคงอยู่ในที่เดิม คลื่นจึงดำเนินไป
การถ่ายโอนพลังงานที่ไม่มาพร้อมกับการถ่ายโอนสสาร.

ง่ายที่สุดในการเรียนรู้ คลื่นฮาร์มอนิก. เกิดจากอิทธิพลภายนอกต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามกฎฮาร์มอนิก เมื่อคลื่นฮาร์มอนิกแพร่กระจาย อนุภาคของตัวกลางจะเกิดการสั่นของฮาร์มอนิกด้วยความถี่เท่ากับความถี่ของอิทธิพลภายนอก ต่อไปนี้เราจะจำกัดตัวเองให้อยู่แค่คลื่นฮาร์มอนิก

ให้เราพิจารณากระบวนการแพร่กระจายคลื่นโดยละเอียดยิ่งขึ้น สมมติว่าอนุภาคบางส่วนของตัวกลาง (อนุภาค) เริ่มสั่นคลอนตามช่วงเวลาหนึ่ง เมื่อกระทำการกับอนุภาคข้างเคียง มันจะดึงมันไปพร้อมกับมัน ในทางกลับกัน อนุภาคจะดึงอนุภาคตามไปด้วย เป็นต้น ซึ่งจะสร้างคลื่นซึ่งอนุภาคทั้งหมดจะแกว่งไปแกว่งมาในช่วงเวลาหนึ่ง

อย่างไรก็ตาม อนุภาคมีมวล กล่าวคือ พวกมันเฉื่อย ต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่ความเร็วจะเปลี่ยนไป ด้วยเหตุนี้ อนุภาคในการเคลื่อนที่จะล้าหลังอนุภาคเล็กน้อย อนุภาคจะล้าหลังอนุภาค เป็นต้น เมื่ออนุภาคเกิดการแกว่งครั้งแรกเสร็จสิ้นและเริ่มการสั่นครั้งที่สอง อนุภาคซึ่งอยู่ห่างจากอนุภาคระยะหนึ่งจะเริ่มขึ้น การสั่นครั้งแรก

ดังนั้นในเวลา เท่ากับระยะเวลาการสั่นสะเทือนของอนุภาค การรบกวนของตัวกลางจะแพร่กระจายไปในระยะไกล ระยะนี้เรียกว่า ความยาวคลื่น.การแกว่งของอนุภาคจะเหมือนกับการแกว่งของอนุภาค การแกว่งของอนุภาคถัดไปจะเหมือนกับการแกว่งของอนุภาค ฯลฯ การสั่นของอนุภาคนั้นเหมือนจะทำซ้ำในระยะไกลเราสามารถเรียกได้ คาบเชิงพื้นที่ของการสั่น; ควบคู่ไปกับช่วงเวลา จึงเป็นลักษณะที่สำคัญที่สุดของกระบวนการคลื่น ในคลื่นตามยาว ความยาวคลื่นจะเท่ากับระยะห่างระหว่างการบีบอัดที่อยู่ติดกันหรือส่วนที่หายาก (รูปที่ 1) ตามขวาง - ระยะห่างระหว่างโหนกหรือช่องแคบที่อยู่ติดกัน (รูปที่ 2) โดยทั่วไป ความยาวคลื่นจะเท่ากับระยะทาง (ตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น) ระหว่างอนุภาคที่ใกล้ที่สุดสองตัวของตัวกลางที่สั่นเท่ากัน (นั่นคือ โดยมีความต่างเฟสเท่ากับ )

ความเร็วการแพร่กระจายคลื่น เรียกว่าอัตราส่วนของความยาวคลื่นต่อคาบการสั่นของอนุภาคของตัวกลาง:

ความถี่ของคลื่นคือความถี่ของการสั่นของอนุภาค:

จากตรงนี้ เราจะได้ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วคลื่น ความยาวคลื่น และความถี่:

. (1)

เสียง.

คลื่นเสียง ในความหมายกว้าง คลื่นใดๆ ที่แพร่กระจายในตัวกลางยืดหยุ่นเรียกว่า ในความหมายที่แคบ เสียงเรียกว่า คลื่นเสียงในช่วงความถี่ตั้งแต่ 16 Hz ถึง 20 kHz ที่หูของมนุษย์รับรู้ ด้านล่างช่วงนี้คือพื้นที่ อินฟาเรด, เหนือ - พื้นที่ อัลตราซาวนด์

ลักษณะเสียงหลัก ได้แก่ ปริมาณและ ความสูง.
ความดังของเสียงถูกกำหนดโดยความกว้างของความผันผวนของความดันในคลื่นเสียงและวัดเป็นหน่วยพิเศษ - เดซิเบล(เดซิเบล) ดังนั้นระดับเสียง 0 dB คือเกณฑ์การได้ยิน 10 dB คือเสียงเดินของนาฬิกา 50 dB คือการสนทนาปกติ 80 dB คือเสียงกรีดร้อง 130 dB คือขีด จำกัด บนของการได้ยิน (ที่เรียกว่า เกณฑ์ความเจ็บปวด).

โทน คือเสียงที่เกิดจากร่างกายที่มีการสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิก (เช่น ส้อมเสียงหรือเครื่องสาย) ระดับเสียงจะถูกกำหนดโดยความถี่ของการสั่นสะเทือนเหล่านี้: ยิ่งความถี่สูงเท่าใด เสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้นสำหรับเรา ดังนั้น โดยการขันสายให้แน่นขึ้น เราจะเพิ่มความถี่ของการสั่นและระดับเสียงของเสียงด้วย

ความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ จะแตกต่างกัน ยิ่งตัวกลางมีความยืดหยุ่นมาก เสียงก็จะเดินทางผ่านตัวกลางได้เร็วยิ่งขึ้น ในของเหลว ความเร็วของเสียงจะมากกว่าในก๊าซ และในของแข็งจะมีความเร็วมากกว่าในของเหลว
ตัวอย่างเช่น ความเร็วของเสียงในอากาศอยู่ที่ประมาณ 340 เมตร/วินาที (ซึ่งสะดวกที่จะจำไว้ว่าเป็น “หนึ่งในสามของหนึ่งกิโลเมตรต่อวินาที”)* ในน้ำ เสียงเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 1,500 เมตร/วินาที และในเหล็ก - ประมาณ 5,000 เมตร/วินาที
สังเกตว่า ความถี่เสียงจากแหล่งกำเนิดที่กำหนดในสื่อทุกชนิดจะเหมือนกัน: อนุภาคของตัวกลางทำหน้าที่ การสั่นบังคับด้วยความถี่ของแหล่งกำเนิดเสียง ตามสูตร (1) เราจะสรุปได้ว่าเมื่อเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ความยาวของคลื่นเสียงจะเปลี่ยนไปพร้อมกับความเร็วของเสียง

ในหลักสูตรฟิสิกส์เกรด 7 ของคุณ คุณได้ศึกษาการสั่นสะเทือนทางกล มักเกิดขึ้นเมื่อเกิดที่แห่งเดียว การสั่นสะเทือนก็แพร่กระจายไปยังพื้นที่ใกล้เคียง ตัวอย่างเช่น โปรดจำไว้ว่า การแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนจากก้อนกรวดที่ถูกโยนลงไปในน้ำ หรือการสั่นสะเทือนของเปลือกโลกที่แพร่กระจายจากศูนย์กลางของแผ่นดินไหว ในกรณีเช่นนี้ พวกเขาพูดถึงการเคลื่อนที่ของคลื่น - คลื่น (รูปที่ 17.1) จากย่อหน้านี้ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณลักษณะของการเคลื่อนที่ของคลื่น

สร้างคลื่นกล

ลองใช้เชือกที่ยาวพอสมควร โดยปลายด้านหนึ่งจะติดกับพื้นผิวแนวตั้ง และอีกด้านจะเลื่อนขึ้นและลง (สั่น) การสั่นสะเทือนจากมือจะกระจายไปตามเชือก โดยค่อยๆ เกี่ยวข้องกับจุดที่ห่างไกลมากขึ้นเรื่อยๆ ในการเคลื่อนที่แบบสั่น - คลื่นกลจะวิ่งไปตามเชือก (รูปที่ 17.2)

คลื่นกลคือการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในตัวกลางยืดหยุ่น*

ตอนนี้เรายึดสปริงอ่อนที่ยาวในแนวนอนและใช้การกระแทกต่อเนื่องหลายครั้งกับปลายที่ว่าง - คลื่นที่ประกอบด้วยการควบแน่นและการทำให้บริสุทธิ์ของคอยล์สปริงจะวิ่งในสปริง (รูปที่ 17.3)

สามารถมองเห็นคลื่นที่อธิบายไว้ข้างต้นได้ แต่คลื่นกลส่วนใหญ่จะมองไม่เห็น เช่น คลื่นเสียง (รูปที่ 17.4)

เมื่อมองแวบแรก คลื่นกลทั้งหมดมีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง แต่สาเหตุของการเกิดขึ้นและการแพร่กระจายของคลื่นนั้นเหมือนกัน

เราค้นหาว่าทำไมและทำไมคลื่นกลจึงแพร่กระจายในตัวกลาง

คลื่นกลใดๆ ก็ตามถูกสร้างขึ้นโดยตัวการสั่นซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่น เมื่อทำการเคลื่อนที่แบบสั่น แหล่งกำเนิดคลื่นจะเปลี่ยนรูปร่างของชั้นของตัวกลางที่อยู่ใกล้ที่สุด (บีบอัดและยืดพวกมันหรือแทนที่พวกมัน) เป็นผลให้เกิดแรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อชั้นใกล้เคียงของตัวกลางและทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนแบบบังคับ ในทางกลับกันชั้นเหล่านี้จะเปลี่ยนรูปชั้นต่อไปนี้และทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ทีละน้อย ชั้นทั้งหมดของตัวกลางมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่แบบแกว่งทีละน้อย - คลื่นกลจะแพร่กระจายผ่านตัวกลาง

ข้าว. 17.6. ในคลื่นตามยาว ชั้นของตัวกลางจะแกว่งไปตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

เราแยกแยะระหว่างคลื่นกลตามขวางและตามยาว

ลองเปรียบเทียบการแพร่กระจายของคลื่นตามเชือก (ดูรูปที่ 17.2) และในสปริง (ดูรูปที่ 17.3)

แต่ละส่วนของเชือกจะเคลื่อนที่ (สั่น) ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น (ในรูปที่ 17.2 คลื่นจะแพร่กระจายจากขวาไปซ้าย และส่วนของเชือกจะเคลื่อนขึ้นและลง) คลื่นดังกล่าวเรียกว่าคลื่นตามขวาง (รูปที่ 17.5) เมื่อคลื่นตามขวางแพร่กระจาย ชั้นของตัวกลางบางชั้นจะสัมพันธ์กับชั้นอื่น ๆ การเสียรูปของการแทนที่จะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของแรงยืดหยุ่นในของแข็งเท่านั้น ดังนั้น คลื่นตามขวางจึงไม่สามารถแพร่กระจายในของเหลวและก๊าซได้ ดังนั้น คลื่นตามขวางแพร่กระจายได้เฉพาะในของแข็งเท่านั้น

เมื่อคลื่นแพร่กระจายในสปริง ขดลวดของสปริงจะเคลื่อนที่ (สั่น) ไปตามทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น คลื่นดังกล่าวเรียกว่าคลื่นตามยาว (รูปที่ 17.6) เมื่อคลื่นตามยาวแพร่กระจาย ตัวกลางจะเกิดการเสียรูปของแรงอัดและแรงดึง (ตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ความหนาแน่นของตัวกลางจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง) การเสียรูปดังกล่าวในสภาพแวดล้อมใด ๆ จะมาพร้อมกับการปรากฏตัวของแรงยืดหยุ่น ดังนั้นคลื่นตามยาวจึงแพร่กระจายไปในของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลวไม่เป็นทั้งแนวยาวหรือแนวขวาง พวกมันมีลักษณะที่ซับซ้อนตามยาวและตามขวาง โดยมีอนุภาคของเหลวเคลื่อนที่ไปตามวงรี คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายหากคุณโยนท่อนไม้สีอ่อนลงทะเลและเฝ้าดูความเคลื่อนไหวของมันบนผิวน้ำ

การค้นหาคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น

1. การเคลื่อนที่แบบสั่นจากจุดหนึ่งของตัวกลางไปยังอีกจุดหนึ่งจะไม่ถูกส่งทันที แต่มีความล่าช้าบ้าง คลื่นจึงแพร่กระจายในตัวกลางด้วย ความเร็วเทอร์มินัล.

2. แหล่งกำเนิดของคลื่นกลคือตัวการสั่น เมื่อคลื่นแพร่กระจาย การแกว่งของส่วนต่างๆ ของตัวกลางจะถูกบังคับ ดังนั้น ความถี่ของการแกว่งของแต่ละส่วนของตัวกลางจะเท่ากับความถี่ของการแกว่งของแหล่งกำเนิดคลื่น

3. คลื่นกลไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้

4. การเคลื่อนที่ของคลื่นไม่ได้มาพร้อมกับการถ่ายโอนสสาร - บางส่วนของตัวกลางจะแกว่งสัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุลเท่านั้น

5. เมื่อคลื่นมาถึง ส่วนของตัวกลางก็เริ่มเคลื่อนที่ (ได้รับพลังงานจลน์) ซึ่งหมายความว่าการถ่ายโอนพลังงานเกิดขึ้นเมื่อคลื่นแพร่กระจาย

การถ่ายโอนพลังงานโดยไม่ถ่ายโอนสสาร - ทรัพย์สินที่สำคัญที่สุดคลื่นใดก็ได้

จำการแพร่กระจายของคลื่นบนผิวน้ำ (รูปที่ 17.7) การสังเกตอะไรยืนยันคุณสมบัติพื้นฐานของการเคลื่อนที่ของคลื่น

เราจำปริมาณทางกายภาพที่มีลักษณะเฉพาะของการสั่นสะเทือน

คลื่นคือการแพร่กระจายของการแกว่ง ดังนั้นปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงลักษณะการแกว่ง (ความถี่ คาบ แอมพลิจูด) ก็เป็นลักษณะของคลื่นเช่นกัน ดังนั้นเรามาจำเนื้อหาเกรด 7 กันดีกว่า:

	ปริมาณทางกายภาพที่แสดงถึงลักษณะการสั่นสะเทือน
	ความถี่การสั่น ν	คาบการสั่น T	แอมพลิจูดของการสั่น A
กำหนด	จำนวนการสั่นต่อหน่วยเวลา	เวลาของการสั่นหนึ่งครั้ง	ระยะทางสูงสุดที่จุดเบี่ยงเบนไปจากตำแหน่งสมดุล
สูตรในการกำหนด
สูตรในการกำหนด	N คือจำนวนการสั่นต่อช่วงเวลา t
หน่วยเอสไอ		วินาที

บันทึก! เมื่อคลื่นกลแพร่กระจาย ทุกส่วนของตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจายจะสั่นสะเทือนด้วยความถี่เดียวกัน (ν) ซึ่งเท่ากับความถี่การสั่นของแหล่งกำเนิดคลื่น ดังนั้นคาบ

แรงสั่นสะเทือน (T) ทุกจุดของตัวกลางก็เหมือนกันเพราะว่า

แต่แอมพลิจูดของการแกว่งจะค่อยๆ ลดลงตามระยะห่างจากแหล่งกำเนิดคลื่น

หาความยาวและความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น

ลองนึกถึงการแพร่กระจายของคลื่นไปตามเชือก ปล่อยให้ปลายเชือกทำการสั่นครบหนึ่งครั้ง นั่นคือ เวลาการแพร่กระจายคลื่นเท่ากับหนึ่งคาบ (t = T) ในช่วงเวลานี้ คลื่นแผ่กระจายไปเป็นระยะทางหนึ่ง แล (รูปที่ 17.8, a) ระยะนี้เรียกว่าความยาวคลื่น

ความยาวคลื่น λ คือระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในเวลาเท่ากับคาบ T:

โดยที่ v คือความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น หน่วย SI ของความยาวคลื่นคือเมตร:

สังเกตได้ง่ายว่าจุดของเชือกซึ่งอยู่ห่างจากกันซึ่งมีความยาวคลื่นเท่ากันจะแกว่งพร้อมกัน - มีเฟสการแกว่งเท่ากัน (รูปที่ 17.8, b, c) ตัวอย่างเช่น จุด A และ B ของเชือกเลื่อนขึ้นพร้อมกัน ไปถึงยอดคลื่นพร้อมกัน จากนั้นเริ่มเคลื่อนลงพร้อมกัน เป็นต้น

ข้าว. 17.8. ความยาวคลื่นเท่ากับระยะทางที่คลื่นเคลื่อนที่ระหว่างการสั่นหนึ่งครั้ง (นี่คือระยะห่างระหว่างยอดสองยอดที่ใกล้ที่สุดหรือสองยอดที่ใกล้ที่สุด)

เมื่อใช้สูตร แล = vT คุณสามารถกำหนดความเร็วการแพร่กระจายได้

เราได้รับสูตรสำหรับความสัมพันธ์ระหว่างความยาว ความถี่ และความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น - สูตรคลื่น:

หากคลื่นผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นจะเปลี่ยนไป แต่ความถี่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากความถี่จะถูกกำหนดโดยแหล่งกำเนิดของคลื่น ดังนั้น ตามสูตร v = แลม เมื่อคลื่นผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง ความยาวคลื่นจะเปลี่ยนไป

สูตรเวฟ

การเรียนรู้ที่จะแก้ปัญหา

งาน. คลื่นตามขวางแผ่ไปตามเส้นลวดด้วยความเร็ว 3 เมตร/วินาที ในรูป รูปที่ 1 แสดงตำแหน่งของสายไฟ ณ จุดใดจุดหนึ่งและทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น สมมติว่าด้านข้างของเซลล์คือ 15 ซม. ให้พิจารณา:

1) แอมพลิจูด คาบ ความถี่ และความยาวคลื่น

การวิเคราะห์ปัญหาทางกายภาพ วิธีแก้ไข

คลื่นเป็นแนวขวาง ดังนั้นจุดของสายสะดือจึงแกว่งตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น (พวกมันเลื่อนขึ้นและลงสัมพันธ์กับตำแหน่งสมดุลบางตำแหน่ง)

1) จากรูป 1 เราจะเห็นว่าค่าเบี่ยงเบนสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล (แอมพลิจูดของคลื่น A) เท่ากับ 2 เซลล์ ซึ่งหมายความว่า A = 2 15 ซม. = 30 ซม.

ระยะห่างระหว่างหงอนและรางน้ำคือ 60 ซม. (4 เซลล์) ตามลำดับ ระยะห่างระหว่างหงอนสองอันที่ใกล้ที่สุด (ความยาวคลื่น) จะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า ซึ่งหมายความว่า แล = 2 60 ซม. = 120 ซม. = 1.2 ม.

เราค้นหาความถี่ ν และคาบ T ของคลื่นโดยใช้สูตรคลื่น:

2) เพื่อหาทิศทางการเคลื่อนที่ของจุดสายไฟเราจะทำการก่อสร้างเพิ่มเติม ปล่อยให้คลื่นเคลื่อนไปเป็นระยะทางเล็กๆ ในช่วงเวลาสั้นๆ ∆t เนื่องจากคลื่นเคลื่อนไปทางขวา และรูปร่างของคลื่นไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป จุดของเชือกจึงอยู่ในตำแหน่งที่แสดงในรูปที่ 1 เส้นประ 2 เส้น

คลื่นเป็นแนวขวาง กล่าวคือ จุดของสายไฟเคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น จากรูป 2 เราจะเห็นว่าจุด K หลังจากช่วงเวลา Δt จะต่ำกว่าตำแหน่งเริ่มต้น ดังนั้น ความเร็วของการเคลื่อนที่จึงมุ่งลง จุด B จะเคลื่อนที่สูงขึ้น ดังนั้นความเร็วในการเคลื่อนที่จึงพุ่งขึ้น จุด C จะเคลื่อนที่ต่ำลง ดังนั้น ความเร็วในการเคลื่อนที่จึงมุ่งลง

คำตอบ: A = 30 ซม.; T = 0.4 วินาที; ν = 2.5 เฮิรตซ์; แล = 1.2 ม.; K และ C - ลง, B - ขึ้น

มาสรุปกัน

การแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในตัวกลางยืดหยุ่นเรียกว่าคลื่นกล คลื่นกลซึ่งส่วนของตัวกลางสั่นตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นเรียกว่าตามขวาง คลื่นที่ส่วนต่าง ๆ ของตัวกลางแกว่งไปตามทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น เรียกว่า คลื่นตามยาว

คลื่นไม่ได้แพร่กระจายในอวกาศทันที แต่ด้วยความเร็วที่แน่นอน เมื่อคลื่นแพร่กระจาย พลังงานจะถูกถ่ายโอนโดยไม่มีการถ่ายโอนสสาร ระยะทางที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาเท่ากับระยะเวลาหนึ่งเรียกว่าความยาวคลื่น - นี่คือระยะห่างระหว่างจุดที่ใกล้ที่สุดสองจุดที่แกว่งไปมาพร้อมกัน (มีเฟสการแกว่งเท่ากัน) ความยาว แลมบ์ดา ความถี่ ν และความเร็ว v ของการแพร่กระจายคลื่นมีความสัมพันธ์กันโดยสูตรคลื่น: v = แลมบ์

คำถามควบคุม

1. กำหนดคลื่นกล 2. อธิบายกลไกการก่อตัวและการแพร่กระจายของคลื่นกล 3. บอกคุณสมบัติหลักของการเคลื่อนที่ของคลื่น 4. คลื่นใดเรียกว่าคลื่นตามยาว? ขวาง? พวกมันแพร่กระจายในสภาพแวดล้อมใดบ้าง? 5. ความยาวคลื่นคืออะไร? มันถูกกำหนดไว้อย่างไร? 6. ความยาว ความถี่ และความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นมีความสัมพันธ์กันอย่างไร?

แบบฝึกหัดที่ 17

1. กำหนดความยาวของแต่ละคลื่นในรูป 1.

2. ในมหาสมุทรความยาวคลื่นสูงถึง 270 ม. และคาบของมันคือ 13.5 วินาที กำหนดความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นดังกล่าว

3. ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นและความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดของตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจายตรงกันหรือไม่?

4. เหตุใดคลื่นกลจึงไม่แพร่กระจายในสุญญากาศ?

5. ผลจากการระเบิดของนักธรณีวิทยา เปลือกโลกคลื่นแพร่กระจายด้วยความเร็ว 4.5 กม./วินาที คลื่นดังกล่าวสะท้อนจากชั้นลึกของโลก และถูกบันทึกไว้บนพื้นผิวโลก 20 วินาทีหลังการระเบิด หินเกิดขึ้นที่ความลึกเท่าใดความหนาแน่นซึ่งแตกต่างอย่างมากจากความหนาแน่นของเปลือกโลก?

6. ในรูป. รูปที่ 2 แสดงเชือกสองเส้นที่คลื่นตามขวางแพร่กระจายไป เชือกแต่ละเส้นจะแสดงทิศทางการสั่นสะเทือนของจุดใดจุดหนึ่ง กำหนดทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

7. ในรูป. รูปที่ 3 แสดงตำแหน่งของสายไฟสองเส้นที่คลื่นแพร่กระจาย และทิศทางการแพร่กระจายของแต่ละคลื่นจะแสดง สำหรับแต่ละกรณี a และ b ให้กำหนด: 1) ความกว้าง คาบ ความยาวคลื่น; 2) ทิศทางที่จุด A, B และ C ของสายไฟเคลื่อนที่ ณ เวลาที่กำหนด 3) จำนวนการสั่นที่จุดใด ๆ ของสายไฟเกิดขึ้นใน 30 วินาที สมมติว่าด้านของเซลล์อยู่ที่ 20 ซม.

8. ชายคนหนึ่งยืนอยู่บนชายทะเลกำหนดระยะห่างระหว่างยอดคลื่นข้างเคียงคือ 15 เมตร นอกจากนี้ เขาคำนวณด้วยว่าใน 75 วินาที ยอดคลื่น 16 ยอดจะถึงฝั่ง กำหนดความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น

นี่คือเนื้อหาตำราเรียน

คลื่นกล

หากการสั่นสะเทือนของอนุภาคถูกกระตุ้นในสถานที่ใดๆ ในตัวกลางที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและโมเลกุลของตัวกลาง การสั่นสะเทือนจะเริ่มส่งผ่านจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วจำกัด กระบวนการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในตัวกลางเรียกว่า คลื่น .

คลื่นกลมี ประเภทต่างๆ. ถ้าอนุภาคของตัวกลางในคลื่นถูกแทนที่ในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย คลื่นนั้นจะถูกเรียกว่า ขวาง . ตัวอย่างของคลื่นประเภทนี้อาจเป็นคลื่นที่วิ่งไปตามหนังยางที่ยืดออก (รูปที่ 2.6.1) หรือตามเส้นเชือก

หากการกระจัดของอนุภาคของตัวกลางเกิดขึ้นในทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นนั้นจะถูกเรียกว่า ตามยาว . คลื่นในแท่งยางยืด (รูปที่ 2.6.2) หรือคลื่นเสียงในก๊าซเป็นตัวอย่างของคลื่นดังกล่าว

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลวมีทั้งองค์ประกอบตามขวางและตามยาว

ทั้งในคลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว ไม่มีการถ่ายโอนสสารไปในทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ในกระบวนการแพร่กระจาย อนุภาคของตัวกลางจะแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลเท่านั้น อย่างไรก็ตาม คลื่นจะถ่ายโอนพลังงานการสั่นสะเทือนจากจุดหนึ่งในตัวกลางไปยังอีกจุดหนึ่ง

คุณลักษณะเฉพาะคลื่นกลคือการแพร่กระจายในตัวกลางวัสดุ (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) มีคลื่นที่สามารถแพร่กระจายได้ในความว่างเปล่า (เช่น คลื่นแสง) คลื่นกลจำเป็นต้องมีตัวกลางที่สามารถกักเก็บพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ได้ ดังนั้นสิ่งแวดล้อมจะต้องมี คุณสมบัติเฉื่อยและยืดหยุ่น. ในสภาพแวดล้อมจริง คุณสมบัติเหล่านี้จะถูกกระจายไปทั่วทั้งวอลุ่ม ตัวอย่างเช่น องค์ประกอบเล็กๆ ของวัตถุที่เป็นของแข็งจะมีมวลและความยืดหยุ่น ในวิธีที่ง่ายที่สุด โมเดลมิติเดียวร่างกายที่มั่นคงสามารถแสดงเป็นกลุ่มของลูกบอลและสปริง (รูปที่ 2.6.3)

คลื่นกลตามยาวสามารถแพร่กระจายในตัวกลางใดก็ได้ - ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

หากในแบบจำลองหนึ่งมิติของวัตถุแข็งหนึ่งลูกหรือมากกว่านั้นถูกแทนที่ในทิศทางตั้งฉากกับโซ่ การเสียรูปจะเกิดขึ้น กะ. สปริงที่มีรูปร่างผิดปกติเนื่องจากการกระจัดดังกล่าว มีแนวโน้มที่จะทำให้อนุภาคที่ถูกแทนที่กลับสู่ตำแหน่งสมดุล ในกรณีนี้ แรงยืดหยุ่นจะกระทำกับอนุภาคที่ไม่มีการเคลื่อนที่ที่ใกล้ที่สุด ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเบี่ยงเบนพวกมันออกจากตำแหน่งสมดุล ส่งผลให้มีคลื่นตามขวางวิ่งไปตามสายโซ่

ในของเหลวและก๊าซ จะไม่เกิดการเสียรูปของแรงเฉือนแบบยืดหยุ่น หากของเหลวหรือก๊าซชั้นหนึ่งถูกแทนที่ในระยะห่างที่กำหนดสัมพันธ์กับชั้นที่อยู่ติดกัน ก็จะไม่มีแรงในแนวสัมผัสปรากฏที่ขอบเขตระหว่างชั้นนั้น แรงที่กระทำต่อขอบเขตของของเหลวและของแข็ง รวมถึงแรงระหว่างชั้นของของเหลวที่อยู่ติดกัน จะถูกมุ่งตรงไปยังขอบเขตปกติเสมอ - สิ่งเหล่านี้คือแรงกด เช่นเดียวกับ สภาพแวดล้อมที่เป็นก๊าซ. เพราะฉะนั้น, คลื่นตามขวางไม่สามารถมีอยู่ในตัวกลางที่เป็นของเหลวหรือก๊าซได้.

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติที่สำคัญนั้นเรียบง่าย คลื่นฮาร์มอนิกหรือไซน์ . พวกเขามีลักษณะเฉพาะ แอมพลิจูดกการสั่นสะเทือนของอนุภาค ความถี่ฉและ ความยาวคลื่นแล. คลื่นไซนูซอยด์แพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความเร็วคงที่ที่แน่นอน v.

อคติ ย (x, ที) อนุภาคของตัวกลางจากตำแหน่งสมดุลในคลื่นไซน์ซอยด์จะขึ้นอยู่กับพิกัด xบนแกน วัวไปตามที่คลื่นแพร่กระจายและตรงเวลา ทีในกฎหมาย

คลื่น. คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น

คลื่น - นี่คือปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลง (การรบกวน) ที่แพร่กระจายไปในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณทางกายภาพพกพาพลังงานไปกับมัน

ไม่ว่าธรรมชาติของคลื่นจะเป็นเช่นไร การถ่ายโอนพลังงานจะเกิดขึ้นโดยไม่มีการถ่ายโอนสสาร อย่างหลังสามารถเกิดขึ้นได้เพียงเท่านั้น ผลพลอยได้. การถ่ายโอนพลังงาน- ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างคลื่นและการแกว่ง ซึ่งเกิดการเปลี่ยนแปลงพลังงาน "เฉพาะที่" เท่านั้น ตามกฎแล้วคลื่นสามารถเดินทางได้ในระยะทางไกลจากจุดกำเนิดของมัน ด้วยเหตุนี้ บางครั้งคลื่นจึงถูกเรียกว่า " การสั่นสะเทือนแยกออกจากตัวส่งสัญญาณ».

คลื่นสามารถจำแนกได้

โดยธรรมชาติของมัน:

คลื่นยืดหยุ่น -คลื่นที่แพร่กระจายในตัวกลางของเหลว ของแข็ง และก๊าซอันเนื่องมาจากการกระทำของแรงยืดหยุ่น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- การรบกวน (การเปลี่ยนแปลงสถานะ) ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศ

คลื่นบนพื้นผิวของของเหลว- ชื่อทั่วไปของคลื่นต่างๆ ที่เกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อระหว่างของเหลวกับก๊าซ หรือของเหลวกับของเหลว คลื่นน้ำมีความแตกต่างกันในกลไกพื้นฐานของการแกว่ง (เส้นเลือดฝอย แรงโน้มถ่วง ฯลฯ) ซึ่งนำไปสู่กฎการกระจายตัวที่แตกต่างกัน และผลที่ตามมาคือพฤติกรรมที่แตกต่างกันของคลื่นเหล่านี้

สัมพันธ์กับทิศทางการสั่นสะเทือนของอนุภาคของตัวกลาง:

คลื่นตามยาว -อนุภาคของตัวกลางสั่นสะเทือน ขนานในทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่น (เช่น ในกรณีของการแพร่กระจายของเสียง)

คลื่นตามขวาง -อนุภาคของตัวกลางสั่นสะเทือน ตั้งฉากทิศทางการแพร่กระจายคลื่น (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, คลื่นบนพื้นผิวการแยกตัวของตัวกลาง)

ก - ขวาง; ข - ตามยาว

คลื่นผสม

ตามรูปทรงของหน้าคลื่น:

พื้นผิวคลื่น (หน้าคลื่น) - ตำแหน่งทางเรขาคณิตของจุดที่เกิดการรบกวน ณ ตอนนี้เวลา. ในสื่อไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกัน ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นจะเท่ากันในทุกทิศทาง ซึ่งหมายความว่าทุกจุดของส่วนหน้าจะสั่นในเฟสเดียวกัน ด้านหน้าจะตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น ค่าของการสั่น ปริมาณเท่ากันทุกจุดด้านหน้า

แบนระนาบเฟสของคลื่นตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นและขนานกัน

ทรงกลมคลื่น - พื้นผิวของเฟสเท่ากันนั้นเป็นทรงกลม

ทรงกระบอกคลื่น - พื้นผิวของเฟสมีลักษณะคล้ายทรงกระบอก

เกลียวคลื่น - เกิดขึ้นหากแหล่งกำเนิด/แหล่งกำเนิดคลื่นทรงกลมหรือทรงกระบอกเคลื่อนที่ไปตามเส้นโค้งปิดบางจุดในระหว่างกระบวนการแผ่รังสี

คลื่นเครื่องบิน

คลื่นจะเรียกว่าแบนหากพื้นผิวคลื่นเป็นระนาบขนานกันโดยตั้งฉากกับความเร็วเฟสของคลื่น หากแกนพิกัด x กำกับตามความเร็วเฟสของคลื่น v แล้วเวกเตอร์ที่อธิบายคลื่นจะเป็น a ฟังก์ชันของตัวแปรเพียงสองตัวเท่านั้น: พิกัด x และเวลา t (y = f(x,t))

ขอให้เราพิจารณาคลื่นไซน์สีเดียวแบน (ความถี่เดียว) ที่แพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยไม่มีการลดทอนไปตามแกน X หากแหล่งกำเนิด (ระนาบอนันต์) แกว่งตามกฎ y= การแกว่งจะไปถึงจุดที่มีพิกัด x ด้วย ความล่าช้าของเวลา ดังนั้น

,ที่ไหน

ความเร็วเฟสคลื่น – ความเร็วของการเคลื่อนที่ของพื้นผิวคลื่น (ด้านหน้า)

– แอมพลิจูดของคลื่น – โมดูลัสของการเบี่ยงเบนสูงสุดของปริมาณที่เปลี่ยนแปลงไปจากตำแหน่งสมดุล

– ความถี่ไซคลิก, T – คาบการสั่น – ความถี่คลื่น (คล้ายกับการสั่น)

k คือเลขคลื่น มีความหมายว่าความถี่เชิงพื้นที่

ลักษณะเฉพาะอีกประการหนึ่งของคลื่นคือความยาวคลื่น m ซึ่งเป็นระยะห่างที่คลื่นแพร่กระจายในช่วงเวลาหนึ่งของการสั่น ซึ่งมีความหมายว่าคาบเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นระยะห่างที่สั้นที่สุดระหว่างจุดที่สั่นในเฟสเดียวกัน

ย

ความยาวคลื่นสัมพันธ์กับเลขคลื่นตามความสัมพันธ์ ซึ่งคล้ายกับความสัมพันธ์ด้านเวลา

เลขคลื่นสัมพันธ์กับความถี่ไซคลิกและความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่น

x
ย
ย

ตัวเลขแสดงออสซิลโลแกรม (a) และสแน็ปช็อต (b) ของคลื่นพร้อมช่วงเวลาและพื้นที่ที่ระบุ คลื่นมีลักษณะเฉพาะหลักสองประการซึ่งแตกต่างจากการสั่นแบบคงที่ ได้แก่ คาบเวลาและคาบเชิงพื้นที่

คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น:

คลื่นพาพลังงาน

ความเข้มของคลื่นคือพลังงานเฉลี่ยเวลาที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือคลื่นเสียงถ่ายโอนต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นที่ผิวหน่วยที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ความเข้มของคลื่นเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูด I=W/t∙S โดยที่ W คือพลังงาน t คือเวลา S คือพื้นที่ด้านหน้า ผม=[วัตต์/เมตร2]. นอกจากนี้ ความเข้มของคลื่นใดๆ ก็สามารถกำหนดได้โดย I=wv โดยที่ v คือความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น (กลุ่ม)

2. คลื่นออกแรงกดดันต่อวัตถุ (มีโมเมนตัม)

3. ความเร็วของคลื่นในตัวกลางขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น - การกระจายตัว ดังนั้นคลื่นที่มีความถี่ต่างกันจึงแพร่กระจายในตัวกลางเดียวกันด้วยความเร็วที่ต่างกัน (ความเร็วเฟส)

4. คลื่นโค้งงอรอบสิ่งกีดขวาง - การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบนเกิดขึ้นเมื่อขนาดของสิ่งกีดขวางเทียบได้กับความยาวคลื่น

5. ที่จุดเชื่อมต่อระหว่างสื่อทั้งสอง คลื่นจะสะท้อนและหักเห

มุมตกกระทบ เท่ากับมุมการสะท้อนกลับ และอัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสงเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางที่กำหนดสองตัว

6. เมื่อคลื่นต่อเนื่องถูกซ้อนทับ (ความต่างเฟสของคลื่นเหล่านี้ ณ จุดใด ๆ คงที่ในเวลา) คลื่นเหล่านี้จะรบกวน - รูปแบบการรบกวนขั้นต่ำและสูงสุดที่เสถียรจะเกิดขึ้น

คลื่นและแหล่งที่มาที่ทำให้เกิดความตื่นเต้นจะเรียกว่าสอดคล้องกันหากความแตกต่างของเฟสระหว่างคลื่นไม่ได้ขึ้นอยู่กับเวลา คลื่นและแหล่งที่มาที่ทำให้เกิดความตื่นเต้นจะเรียกว่าไม่ต่อเนื่องกันหากความแตกต่างของเฟสระหว่างคลื่นเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา

เฉพาะคลื่นที่มีความถี่เท่ากันและแกว่งไปในทิศทางเดียวกัน (เช่น คลื่นต่อเนื่องกัน) เท่านั้นที่สามารถรบกวนได้ การรบกวนอาจอยู่นิ่งหรือไม่นิ่งก็ได้ มีเพียงคลื่นที่สอดคล้องกันเท่านั้นที่สามารถสร้างรูปแบบการรบกวนที่อยู่นิ่งได้ ตัวอย่างเช่น คลื่นทรงกลมสองคลื่นบนผิวน้ำซึ่งแพร่กระจายจากแหล่งกำเนิดจุดที่สอดคล้องกันสองแห่ง จะก่อให้เกิดคลื่นผลลัพธ์เมื่อมีการรบกวน ด้านหน้าของคลื่นที่เกิดจะเป็นทรงกลม

เมื่อคลื่นรบกวน พลังงานจะไม่เพิ่มขึ้น การรบกวนของคลื่นทำให้เกิดการกระจายพลังงานการสั่นสะเทือนระหว่างอนุภาคต่างๆ ที่มีระยะห่างใกล้กันของตัวกลาง สิ่งนี้ไม่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน เพราะโดยเฉลี่ยแล้วสำหรับพื้นที่ขนาดใหญ่ พลังงานของคลื่นที่เกิดขึ้นจะเท่ากับผลรวมของพลังงานของคลื่นที่รบกวน

เมื่อคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องกันถูกซ้อนทับ แอมพลิจูดกำลังสองเฉลี่ยของคลื่นผลลัพธ์จะเท่ากับผลรวมของแอมพลิจูดกำลังสองของคลื่นที่ซ้อนทับ พลังงานของการแกว่งที่เกิดขึ้นของแต่ละจุดของตัวกลางจะเท่ากับผลรวมของพลังงานของการแกว่งที่เกิดจากคลื่นที่ไม่ต่อเนื่องกันทั้งหมดแยกจากกัน

7. คลื่นถูกดูดกลืนโดยตัวกลาง เมื่อคุณเคลื่อนออกจากแหล่งกำเนิด แอมพลิจูดของคลื่นจะลดลง เนื่องจากพลังงานคลื่นบางส่วนถูกถ่ายโอนไปยังตัวกลาง

8. คลื่นกระจัดกระจายในตัวกลางที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

การกระเจิงคือการรบกวนของสนามคลื่นที่เกิดจากความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของตัวกลางและวัตถุที่กระเจิงที่วางอยู่ในตัวกลางนี้ ความเข้มของการกระเจิงขึ้นอยู่กับขนาดของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันและความถี่ของคลื่น

คลื่นกล เสียง. ลักษณะเสียง .

คลื่น- การรบกวนที่แพร่กระจายไปในอวกาศ

คุณสมบัติทั่วไปของคลื่น:

ถ่ายโอนพลังงาน
มีแรงกระตุ้น (ออกแรงกดดันต่อร่างกาย);
ที่ขอบเขตของสื่อทั้งสองจะสะท้อนและหักเห
ถูกดูดซับโดยสิ่งแวดล้อม
การเลี้ยวเบน;
การรบกวน;
การกระจายตัว;
ความเร็วของคลื่นขึ้นอยู่กับตัวกลางที่คลื่นผ่านไป

คลื่นกล (ยืดหยุ่น)

หากการสั่นสะเทือนของอนุภาคถูกกระตุ้นในสถานที่ใดๆ ในตัวกลางที่ยืดหยุ่น (ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ) จากนั้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของอะตอมและโมเลกุลของตัวกลาง การสั่นสะเทือนจะเริ่มส่งผ่านจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งด้วยความเร็วที่จำกัดขึ้นอยู่กับ เรื่องความหนาแน่นและคุณสมบัติยืดหยุ่นของตัวกลาง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคลื่นกลหรือคลื่นยืดหยุ่น โปรดทราบว่าคลื่นกลไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้

กรณีพิเศษของคลื่นกล - คลื่นบนพื้นผิวของของเหลวคลื่นที่เกิดขึ้นและแพร่กระจายไปตามพื้นผิวอิสระของของเหลวหรือที่ส่วนต่อประสานของของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันได้สองชนิด พวกมันถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของอิทธิพลภายนอกซึ่งเป็นผลมาจากการที่พื้นผิวของของเหลวถูกกำจัดออกจากสภาวะสมดุล ในกรณีนี้ แรงเกิดขึ้นเพื่อคืนความสมดุล: แรงตึงผิวและแรงโน้มถ่วง

คลื่นกลมีสองประเภท

คลื่นตามยาวพร้อมด้วยการเปลี่ยนรูปแบบแรงดึงและแรงอัดสามารถแพร่กระจายในสื่อยืดหยุ่นใด ๆ ได้แก่ ก๊าซของเหลวและของแข็ง คลื่นตามขวางแพร่กระจายในตัวกลางเหล่านั้นซึ่งมีแรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปแรงเฉือน เช่น ในของแข็ง

คลื่นฮาร์มอนิกหรือคลื่นไซน์อย่างง่ายเป็นที่สนใจอย่างมากสำหรับการฝึกปฏิบัติ สมการของคลื่นไซน์ระนาบคือ:

- สิ่งที่เรียกว่า หมายเลขคลื่น ,

– ความถี่วงกลม ,

เอ - แอมพลิจูดของการสั่นของอนุภาค

รูปภาพแสดง "ภาพรวม" คลื่นเฉือนณ เวลาสองจุด: t และ t + Δt ในช่วงเวลา Δt คลื่นเคลื่อนที่ไปตามแกน OX ไปเป็นระยะทาง υΔt คลื่นดังกล่าวมักเรียกว่าคลื่นเดินทาง

ความยาวคลื่น λ คือระยะห่างระหว่างจุดสองจุดที่อยู่ติดกันบนแกน OX ซึ่งสั่นในเฟสเดียวกัน คลื่นเดินทางเป็นระยะทางเท่ากับความยาวคลื่น λ ในช่วง T ดังนั้น

แล = υT โดยที่ υ คือความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น

สำหรับจุดที่เลือกใดๆ บนกราฟของกระบวนการคลื่น (เช่น สำหรับจุด A) เมื่อเวลาผ่านไป t พิกัด x ของจุดนี้จะเปลี่ยน และค่าของนิพจน์ ωt – kxไม่เปลี่ยนแปลง หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง Δt จุด A จะเคลื่อนที่ไปตามแกน OX ไปยังระยะหนึ่ง Δx = υΔt เพราะฉะนั้น: ωเสื้อ – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = constหรือ ωΔt = kΔx

นี่หมายถึง:

ดังนั้นคลื่นไซน์เคลื่อนที่จึงมีคาบเป็นสองเท่า - ในเวลาและพื้นที่ คาบเวลาเท่ากับคาบการสั่น T ของอนุภาคของตัวกลาง คาบเชิงพื้นที่ เท่ากับความยาวคลื่น แล เลขคลื่นคืออะนาล็อกเชิงพื้นที่ของความถี่วงกลม

เสียง.

เสียง- สิ่งเหล่านี้คือการสั่นสะเทือนทางกลที่แพร่กระจายในสื่อยืดหยุ่น - ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง - และรับรู้โดยอวัยวะของการได้ยิน เสียงเป็นคลื่นที่มีความเข้มค่อนข้างต่ำ ช่วงความถี่เสียงที่ได้ยินได้มีตั้งแต่ประมาณ 20 Hz ถึง 20 kHz คลื่นที่มีความถี่น้อยกว่า 20 Hz เรียกว่า อินฟาเรดและมีความถี่มากกว่า 20 kHz – อัลตราซาวนด์. คลื่นที่มีความถี่ตั้งแต่ Hz ขึ้นไปเรียกว่า ไฮเปอร์ซาวด์. สาขาฟิสิกส์ที่เรียกว่าอะคูสติก ศึกษาปรากฏการณ์ทางเสียง

กระบวนการแกว่งใดๆ จะถูกอธิบายโดยสมการ มันได้มาจากการสั่นของเสียงด้วย:

ลักษณะพื้นฐานของคลื่นเสียง

การรับรู้ทางอัตนัยของเสียง

(ระดับเสียง ระดับเสียง จังหวะ)

วัตถุประสงค์ ลักษณะทางกายภาพเสียง

(ความเร็ว ความเข้ม สเปกตรัม)

ความเร็วของเสียงในตัวกลางก๊าซใด ๆ คำนวณโดยสูตร:

β - การอัดอะเดียแบติกของตัวกลาง

ρ - ความหนาแน่น

กำลังใช้เสียง

สัตว์ที่มีความสามารถในการระบุตำแหน่งทางเสียงสะท้อนเป็นที่รู้จักกันดี - ค้างคาวและโลมา ในแง่ของความสมบูรณ์แบบ เครื่องระบุตำแหน่งทางเสียงสะท้อนของสัตว์เหล่านี้ไม่ได้ด้อยกว่า และเหนือกว่า (ในด้านความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน) ในหลาย ๆ ด้านเมื่อเทียบกับเครื่องระบุตำแหน่งทางเสียงสะท้อนสมัยใหม่ที่มนุษย์สร้างขึ้น

Echolocators ที่ใช้ใต้น้ำเรียกว่าโซนาร์หรือโซนาร์ (โซนาร์ชื่อมาจากตัวอักษรตัวแรกของสามตัว คำภาษาอังกฤษ: เสียง - เสียง; การนำทาง - การนำทาง; ช่วง - ช่วง) โซนาร์เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการศึกษาก้นทะเล (โปรไฟล์ ความลึก) สำหรับการตรวจจับและศึกษาวัตถุต่างๆ ที่เคลื่อนที่อยู่ใต้น้ำลึก ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา จึงสามารถตรวจพบว่าแยกจากกันได้อย่างง่ายดาย วัตถุขนาดใหญ่ไม่ว่าจะเป็นสัตว์หรือฝูงปลาเล็กหรือสัตว์มีเปลือก

คลื่นความถี่อัลตราโซนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ค่ะ วัตถุประสงค์ในการวินิจฉัย. เครื่องสแกนอัลตราซาวนด์ช่วยให้คุณตรวจได้ อวัยวะภายในบุคคล. รังสีอัลตราซาวนด์เป็นอันตรายต่อมนุษย์น้อยกว่ารังสีเอกซ์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติของพวกเขา

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศเมื่อเวลาผ่านไป

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถถูกกระตุ้นได้ด้วยประจุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วเท่านั้น

การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการทำนายตามทฤษฎีโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ เจ. แม็กซ์เวลล์ ในปี พ.ศ. 2407 เขาเสนอการตีความกฎหมายใหม่ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าฟาราเดย์และพัฒนาแนวคิดของเขาต่อไป

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนในพื้นที่โดยรอบ สนามไฟฟ้าสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลาจะสร้างสนามแม่เหล็กในอวกาศโดยรอบ

รูปที่ 1 สนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กสลับและในทางกลับกัน

คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามทฤษฎีของแมกซ์เวลล์:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขวาง – เวกเตอร์และตั้งฉากกันและอยู่ในระนาบตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย

รูปที่ 2 การแพร่กระจายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กในคลื่นการเดินทาง พวกมันจะเปลี่ยนไปในระยะเดียว

เวกเตอร์ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าเวกเตอร์สามเท่าของมือขวา

การแกว่งของเวกเตอร์เกิดขึ้นในเฟส: ในเวลาเดียวกัน ณ จุดหนึ่งในอวกาศ การฉายภาพของความแรงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะไปถึงค่าสูงสุด ค่าต่ำสุด หรือศูนย์

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในสสารด้วย ความเร็วเทอร์มินัล

การซึมผ่านของอิเล็กทริกและแม่เหล็กของตัวกลางอยู่ที่ไหน (ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางขึ้นอยู่กับพวกมัน)

ค่าคงที่ทางไฟฟ้าและแม่เหล็ก

ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศ

ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า หรือความเข้ม เจ คือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกถ่ายโอนโดยคลื่นต่อหน่วยเวลาผ่านพื้นผิวของพื้นที่หน่วย:

แทนที่นิพจน์สำหรับ และ υ ที่นี่ และเมื่อคำนึงถึงความเท่าเทียมกันของความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตรของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเราสามารถรับ:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถโพลาไรซ์ได้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย มีคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นครบถ้วน : พวกมันถ่ายโอนพลังงาน มีโมเมนตัม พวกมันสะท้อนและหักเหที่จุดเชื่อมต่อระหว่างตัวกลางสองตัวที่ถูกดูดซับโดยตัวกลาง แสดงคุณสมบัติของการกระจายตัว การเลี้ยวเบน และการรบกวน

การทดลองของเฮิรทซ์ (การตรวจจับการทดลองคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

เป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาทดลองคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

เฮิรตซ์ในปี 1888 เขาพัฒนาขึ้น การออกแบบที่ประสบความสำเร็จเครื่องกำเนิดการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า (เครื่องสั่นเฮิรตซ์) และวิธีการตรวจจับด้วยการสั่นพ้อง

เครื่องสั่นประกอบด้วยตัวนำเชิงเส้นสองตัวที่ปลายซึ่งมีลูกบอลโลหะที่ก่อให้เกิดช่องว่างประกายไฟ เมื่อจ่ายไฟฟ้าแรงสูงจากขดลวดเหนี่ยวนำไปยังตัวเหนี่ยวนำ ประกายไฟจะกระโดดผ่านช่องว่างและทำให้ช่องว่างลัดวงจร ในระหว่างการเผาไหม้จะเกิดวงจรขึ้น จำนวนมากความลังเล เครื่องรับ (เครื่องสะท้อนเสียง) ประกอบด้วยลวดที่มีช่องว่างประกายไฟ การมีอยู่ของเสียงสะท้อนจะแสดงออกมาเมื่อมีการเกิดประกายไฟในช่องว่างประกายไฟของเครื่องสะท้อนกลับเพื่อตอบสนองต่อประกายไฟที่เกิดขึ้นในเครื่องสั่น

ดังนั้นการทดลองของเฮิรตซ์จึงเป็นพื้นฐานที่มั่นคงสำหรับทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แม็กซ์เวลล์ทำนายไว้นั้นเกิดขึ้นจริงจากการทดลอง

หลักการสื่อสารทางวิทยุ

วิทยุสื่อสาร – การส่งและรับข้อมูลโดยใช้คลื่นวิทยุ

เมื่อวันที่ 24 มีนาคม พ.ศ. 2439 ในการประชุมของแผนกฟิสิกส์ของสมาคมฟิสิกส์เคมีแห่งรัสเซีย โปปอฟใช้เครื่องมือของเขาแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการส่งสัญญาณในระยะทาง 250 เมตร โดยส่งสัญญาณรังสีเอกซ์สองคำแรกของโลก "ไฮน์ริช เฮิรตซ์" .

แผนภาพผู้รับ A.S.POPOV

โปปอฟใช้การสื่อสารด้วยวิทยุโทรเลข (การส่งสัญญาณในระยะเวลาต่างกัน) การสื่อสารดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้รหัสเท่านั้น เครื่องส่งสัญญาณประกายไฟที่มีเครื่องสั่นเฮิรตซ์ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุและทำหน้าที่เป็นเครื่องรับซึ่งเป็นท่อแก้วที่มีตะไบโลหะซึ่งมีความต้านทานลดลงหลายร้อยครั้งเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากระทบกับมัน เพื่อเพิ่มความไวของตัวเชื่อมโยง ปลายด้านหนึ่งต่อสายดิน และอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับลวดที่ยกขึ้นเหนือพื้นโลก ความยาวรวมของเสาอากาศเท่ากับหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น สัญญาณตัวส่งประกายไฟจะจางลงอย่างรวดเร็วและไม่สามารถส่งสัญญาณในระยะทางไกลได้

สำหรับการสื่อสารทางวิทยุโทรศัพท์ (การส่งเสียงพูดและเสียงเพลง) จะใช้สัญญาณมอดูเลตความถี่สูง สัญญาณความถี่ต่ำ (เสียง) บรรทุกข้อมูล แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะไม่ถูกปล่อยออกมา และสัญญาณความถี่สูงจะถูกปล่อยออกมาอย่างดี แต่ไม่สามารถส่งข้อมูลได้ การมอดูเลตใช้สำหรับการสื่อสารทางวิทยุโทรศัพท์

การปรับ – กระบวนการสร้างความสอดคล้องระหว่างพารามิเตอร์ของสัญญาณ HF และ LF

ในวิศวกรรมวิทยุมีการใช้การมอดูเลตหลายประเภท: แอมพลิจูด, ความถี่, เฟส

การมอดูเลตแอมพลิจูด - การเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือน (ทางไฟฟ้า, เครื่องกล ฯลฯ ) ที่เกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำกว่าความถี่ของการสั่นสะเทือนอย่างมาก

การแกว่งของฮาร์มอนิกของความถี่สูง ω ถูกมอดูเลตในแอมพลิจูดโดยการสั่นของฮาร์มอนิกของความถี่ต่ำ Ω (τ = 1/Ω คือคาบของมัน), t คือเวลา, A คือแอมพลิจูดของการแกว่งของความถี่สูง, T คือคาบของมัน

วงจรสื่อสารวิทยุโดยใช้สัญญาณ AM

เครื่องกำเนิดการมอดูเลตแอมพลิจูด

แอมพลิจูดของสัญญาณ RF จะเปลี่ยนไปตามแอมพลิจูดของสัญญาณ LF จากนั้นสัญญาณมอดูเลตจะถูกแผ่กระจายโดยเสาอากาศส่งสัญญาณ

ในเครื่องรับวิทยุเสาอากาศรับสัญญาณจะรับคลื่นวิทยุในวงจรการสั่นเนื่องจากการสั่นพ้องสัญญาณที่ความถี่ที่ปรับวงจร (ความถี่พาหะของสถานีส่งสัญญาณ) จะถูกแยกและขยายดังนั้นจึงจำเป็น เพื่อแยกส่วนประกอบความถี่ต่ำของสัญญาณ

วิทยุตรวจจับ

การตรวจจับ – กระบวนการแปลงสัญญาณความถี่สูงให้เป็นสัญญาณความถี่ต่ำ สัญญาณที่ได้รับหลังจากการตรวจจับสอดคล้องกับสัญญาณเสียงที่กระทำกับไมโครโฟนของเครื่องส่งสัญญาณ เมื่อขยายแล้ว การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำก็สามารถเปลี่ยนให้เป็นเสียงได้

เครื่องตรวจจับ (ดีโมดูเลเตอร์)

ไดโอดใช้ในการแก้ไขกระแสสลับ

ก) สัญญาณ AM b) สัญญาณที่ตรวจพบ

เรดาร์

การตรวจจับและ คำจำกัดความที่แม่นยำเรียกว่าตำแหน่งของวัตถุและความเร็วของการเคลื่อนที่โดยใช้คลื่นวิทยุ เรดาร์ . หลักการของเรดาร์ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการสะท้อนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโลหะ

1 - เสาอากาศหมุน; 2 - สวิตช์เสาอากาศ; 3 - เครื่องส่ง; 4 - ตัวรับ; 5 - สแกนเนอร์; 6 - ตัวบ่งชี้ระยะทาง; 7 - ตัวบ่งชี้ทิศทาง

คลื่นวิทยุความถี่สูง (VHF) ใช้สำหรับเรดาร์ ด้วยความช่วยเหลือ ทำให้ลำแสงควบคุมทิศทางเกิดขึ้นได้ง่ายและมีกำลังการแผ่รังสีสูง ในช่วงเมตรและเดซิเมตรจะมีระบบสั่นแบบตาข่ายในช่วงเซนติเมตรและมิลลิเมตรจะมีตัวปล่อยพาราโบลา การระบุตำแหน่งสามารถทำได้ทั้งในโหมดต่อเนื่อง (เพื่อตรวจจับเป้าหมาย) และในโหมดพัลส์ (เพื่อกำหนดความเร็วของวัตถุ)

พื้นที่ใช้งานเรดาร์:

การบิน อวกาศ กองทัพเรือ: ความปลอดภัยในการสัญจรเรือในทุกสภาพอากาศและทุกเวลาของวัน การป้องกันการชนกัน ความปลอดภัยในการบินขึ้น ฯลฯ เครื่องบินลงจอด
กิจการทางทหาร: การตรวจจับเครื่องบินหรือขีปนาวุธของศัตรูอย่างทันท่วงที การปรับการยิงต่อต้านอากาศยานโดยอัตโนมัติ
เรดาร์ของดาวเคราะห์: การวัดระยะทางถึงพวกมัน, ชี้แจงพารามิเตอร์ของวงโคจรของมัน, กำหนดระยะเวลาการหมุนรอบตัวเอง, การสังเกตภูมิประเทศของพื้นผิว ในอดีตสหภาพโซเวียต (พ.ศ. 2504) - เรดาร์ของดาวศุกร์, ดาวพุธ, ดาวอังคาร, ดาวพฤหัสบดี ในสหรัฐอเมริกาและฮังการี (พ.ศ. 2489) - การทดลองรับสัญญาณที่สะท้อนจากพื้นผิวดวงจันทร์

โทรทัศน์

โดยหลักการแล้ววงจรโทรคมนาคมจะเหมือนกับวงจรสื่อสารทางวิทยุ ข้อแตกต่างก็คือ นอกเหนือจากสัญญาณเสียงแล้ว สัญญาณภาพและสัญญาณควบคุม (การเปลี่ยนเส้นและการเปลี่ยนเฟรม) จะถูกส่งไปเพื่อซิงโครไนซ์การทำงานของเครื่องส่งและเครื่องรับ ในเครื่องส่ง สัญญาณเหล่านี้จะถูกมอดูเลตและส่ง โดยเสาอากาศจะรับสัญญาณเหล่านี้ในตัวรับ และแต่ละสัญญาณจะไปตามเส้นทางของตัวเองเพื่อประมวลผล

ลองพิจารณาหนึ่งในรูปแบบที่เป็นไปได้ในการแปลงภาพเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยใช้ไอคอนสโคป:

เมื่อใช้ระบบออพติคอล ภาพจะถูกฉายลงบนหน้าจอโมเสก เนื่องจากเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก เซลล์หน้าจอจึงมีประจุบวกที่แตกต่างกัน ปืนอิเล็กตรอนสร้างลำแสงอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านหน้าจอ เพื่อคายประจุเซลล์ที่มีประจุบวก เนื่องจากแต่ละเซลล์เป็นตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงประจุทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง - การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นสัญญาณจะถูกขยายและส่งไปยังอุปกรณ์มอดูเลต ในไคเนสสโคป สัญญาณวิดีโอจะถูกแปลงกลับเป็นรูปภาพ (ในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับหลักการทำงานของไคเนสสโคป)

เนื่องจากสัญญาณโทรทัศน์นำข้อมูลได้มากกว่าวิทยุ งานจึงดำเนินการที่ความถี่สูง (เมตร เดซิเมตร)

การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุ
คลื่นวิทยุ –นี้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ในช่วง (10 4

แต่ละส่วนของช่วงนี้จะถูกใช้ในตำแหน่งที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ดีที่สุด คลื่นวิทยุที่มีช่วงต่างกันเดินทางในระยะทางที่ต่างกัน การแพร่กระจายของคลื่นวิทยุขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของบรรยากาศ พื้นผิวโลก โทรโพสเฟียร์ และไอโอโนสเฟียร์ก็มีอิทธิพลอย่างมากต่อการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุเช่นกัน

การแพร่กระจายคลื่นวิทยุเป็นกระบวนการส่งการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของช่วงวิทยุในอวกาศจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง โดยเฉพาะจากเครื่องส่งไปยังเครื่องรับ
คลื่นความถี่ต่างกันมีพฤติกรรมต่างกัน ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติของการแพร่กระจายของคลื่นยาว ปานกลาง สั้น และเกินขีด
การแพร่กระจายคลื่นยาว

คลื่นยาว (§>1,000 ม.) แพร่กระจาย:

ในระยะทางไกลถึง 1-2 พันกิโลเมตร เนื่องจากการเลี้ยวเบนบนพื้นผิวทรงกลมของโลก สามารถสัญจรไปมาได้ โลก(รูปที่ 1). จากนั้นการแพร่กระจายจะเกิดขึ้นเนื่องจากการชี้นำของท่อนำคลื่นทรงกลมโดยไม่มีการสะท้อนกลับ

ข้าว. 1

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

ความมั่นคงในการรับสัญญาณ คุณภาพการรับสัญญาณไม่ได้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน ปี หรือสภาพอากาศ

ข้อบกพร่อง:

เนื่องจากการดูดซับคลื่นอย่างแรงในขณะที่มันแพร่กระจายไป พื้นผิวโลกต้องใช้เสาอากาศขนาดใหญ่และเครื่องส่งสัญญาณที่ทรงพลัง

การปล่อยบรรยากาศ (ฟ้าผ่า) ทำให้เกิดการรบกวน

การใช้งาน:

ช่วงนี้ใช้สำหรับการออกอากาศทางวิทยุ การสื่อสารด้วยวิทยุโทรเลข บริการนำทางด้วยวิทยุ และการสื่อสารกับเรือดำน้ำ
มีสถานีวิทยุกระจายเสียงสัญญาณเวลาและรายงานสภาพอากาศจำนวนไม่มาก

การแพร่กระจายคลื่นปานกลาง

คลื่นปานกลาง ( =100..1,000 ม.) แพร่กระจาย:

เช่นเดียวกับคลื่นยาว พวกมันสามารถโค้งงอรอบพื้นผิวโลกได้
เช่นเดียวกับคลื่นสั้น พวกมันสามารถสะท้อนซ้ำๆ จากชั้นบรรยากาศรอบนอกได้เช่นกัน

หากอยู่ห่างจากเครื่องส่งสัญญาณมาก การรับสัญญาณอาจไม่ดีในระหว่างวัน แต่การรับสัญญาณจะดีขึ้นในเวลากลางคืน ความแรงของการรับยังขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของปีด้วย ดังนั้นในระหว่างวันพวกมันจึงแพร่กระจายเป็นชนิดสั้น และในเวลากลางคืนจึงแพร่กระจายเป็นชนิดยาว

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

ช่วงการสื่อสารสั้น สถานีคลื่นกลางสามารถได้ยินได้ในระยะหลายพันกิโลเมตร แต่มีการรบกวนในชั้นบรรยากาศและอุตสาหกรรมในระดับสูง

การใช้งาน:

ใช้สำหรับการสื่อสารอย่างเป็นทางการและสมัครเล่นและเพื่อการแพร่ภาพกระจายเสียงเป็นหลัก

การแพร่กระจายสั้น คลื่น

คลื่นสั้น (ï=10..100 ม.) แพร่กระจาย:

สะท้อนซ้ำจากชั้นไอโอโนสเฟียร์และพื้นผิวโลก (รูปที่ 2)

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

คุณภาพการรับสัญญาณของคลื่นสั้นนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการต่างๆ ในชั้นบรรยากาศรอบนอกที่เกี่ยวข้องกับระดับของกิจกรรมสุริยะ ช่วงเวลาของปี และช่วงเวลาของวัน ไม่จำเป็นต้องมีเครื่องส่งกำลังสูง สำหรับการสื่อสารระหว่างสถานีภาคพื้นดินและ ยานอวกาศไม่สามารถใช้งานได้เนื่องจากไม่ผ่านชั้นบรรยากาศรอบนอก

การใช้งาน:

เพื่อการสื่อสารทางไกล สำหรับโทรทัศน์ วิทยุกระจายเสียง และวิทยุสื่อสารที่มีวัตถุเคลื่อนไหว สถานีวิทยุโทรเลขและโทรศัพท์ของแผนกเปิดให้บริการ ช่วงนี้เป็น "ประชากร" มากที่สุด

การแพร่กระจายของเกินขีดคลื่น

คลื่นสั้นเกินขีด (ล

บางครั้งอาจสะท้อนจากเมฆ ดาวเทียมเทียม หรือแม้แต่จากดวงจันทร์ก็ได้ ในกรณีนี้ระยะการสื่อสารอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

คุณภาพการเชื่อมต่อ:

การรับคลื่นที่สั้นมากเป็นพิเศษนั้นมีลักษณะการได้ยินที่คงที่ ไม่มีการซีดจาง และการรบกวนต่างๆ ลดลง

การสื่อสารบนคลื่นเหล่านี้ทำได้เฉพาะในระยะแนวสายตาเท่านั้น ล(รูปที่ 7)

เนื่องจากคลื่นที่สั้นมากไม่แพร่กระจายเกินขอบฟ้า จึงจำเป็นต้องสร้างตัวส่งสัญญาณระดับกลาง - ตัวทวนสัญญาณจำนวนมาก

ทบทวน- อุปกรณ์ที่ตั้งอยู่ที่จุดกึ่งกลางของสายสื่อสารวิทยุเพื่อขยายสัญญาณที่ได้รับและส่งสัญญาณเพิ่มเติม

ออกอากาศซ้ำ- การรับสัญญาณที่จุดกึ่งกลาง การขยายและการส่งสัญญาณไปในทิศทางเดียวกันหรือทิศทางอื่น การถ่ายทอดได้รับการออกแบบเพื่อเพิ่มช่วงการสื่อสาร

มีสองวิธีในการถ่ายทอด: ดาวเทียมและภาคพื้นดิน

ดาวเทียม:

ดาวเทียมรีเลย์ที่ใช้งานอยู่จะรับสัญญาณจากสถานีภาคพื้นดิน ขยายสัญญาณ และส่งสัญญาณไปยังโลกในทิศทางเดียวกันหรือทิศทางอื่นผ่านเครื่องส่งสัญญาณทิศทางอันทรงพลัง