-->
|
|
|
Ãëàâà 4. Ìåõàíè÷åñêèå âîëíû. Çâóê § 4.6. Ñòîÿ÷èå âîëíû
Îáðàçîâàíèå ñòîÿ÷åé âîëíû
Ïðîùå âñåãî âûÿñíèòü ýòî, åñëè ïîñëàòü âäîëü øíóðà åäèíè÷íûé èìïóëüñ, âçìàõíóâ îäèí ðàç ðóêîé, è ïîñìîòðåòü, ÷òî ïðîèçîéäåò (ñì. ðèñ. 4.2). Èçãèá øíóðà (åäèíè÷íûé èìïóëüñ) äîáåæèò äî ñòåíêè, îòðàçèòñÿ è ïîáåæèò íàçàä (ðèñ. 4.15). Ïðè÷åì âñëåäñòâèå çàòóõàíèÿ âåëè÷èíà èìïóëüñà ïîñòåïåííî óìåíüøàåòñÿ. Åñëè ëåâûé (ïî ðèñóíêó) êîíåö øíóðà çàñòàâèòü ñîâåðøàòü ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ, òî ïî øíóðó ïîáåæèò âîëíà, è, äîñòèãíóâ ñòåíêè, âîëíà áóäåò îò íåå îòðàæàòüñÿ. Êàæäûé î÷åðåäíîé èçãèá øíóðà îòðàæàåòñÿ ïîäîáíî åäèíè÷íîìó èìïóëüñó, è îò ñòåíêè ïîáåæèò îòðàæåííàÿ âîëíà íàâñòðå÷ó âîëíå, áåãóùåé ê ñòåíêå.  ðåçóëüòàòå íà ëþáîì ó÷àñòêå øíóðà âñòðå÷àþòñÿ äâå âîëíû áåãóùèå â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû. Âûçâàííûå èìè êîëåáàíèÿ ñêëàäûâàþòñÿ. ×àñòîòû ýòèõ êîëåáàíèé îäèíàêîâû, à àìïëèòóäû ïî÷òè îäèíàêîâû, åñëè çàòóõàíèå êîëåáàíèé âäîëü øíóðà íåâåëèêî. Íî ôàçû êîëåáàíèé ðàçëè÷íû. Âåäü âîëíà, áåãóùàÿ îò ëåâîãî êîíöà øíóðà, èëè, êàê åå åùå íàçûâàþò, ïàäàþùàÿ âîëíà, è âîëíà, îòðàæåííàÿ îò ñòåíêè, ïðîõîäÿò ðàçëè÷íûå ïóòè äî äàííîãî ó÷àñòêà øíóðà. Êðîìå òîãî, ïðè îòðàæåíèè âîëíû îò çàêðåïëåííîãî êîíöà øíóðà ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ôàçû âîëíû. Ìû âèäåëè, ÷òî ïðè îòðàæåíèè âîëíîâîãî èìïóëüñà èçìåíÿåòñÿ çíàê ñìåùåíèÿ (ñì. ðèñ. 4.2 è 4.15). Òî æå ñàìîå ïðîèñõîäèò è ïðè îòðàæåíèè ãàðìîíè÷åñêîé âîëíû. Èçìåíåíèå çíàêà ñìåùåíèÿ îçíà÷àåò èçìåíåíèå ôàçû âîëíû íà π. Îáúÿñíèòü ýòî ìîæíî òàê: â ìîìåíò îòðàæåíèÿ âîëíîâîãî èìïóëüñà íà çàêðåïëåííûé ó÷àñòîê øíóðà äåéñòâóåò ïåðïåíäèêóëÿðíàÿ ê øíóðó ñèëà ñî ñòîðîíû ñòåíêè. Äåéñòâèå ýòîé ñèëû íå òîëüêî óäåðæèâàåò êîíåö øíóðà â ïîêîå, íî è ïîðîæäàåò îòðàæåííóþ âîëíó ñî ñìåùåíèåì ó÷àñòêîâ øíóðà â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè, êàê áóäòî ïî øíóðó óäàðèëè ñâåðõó âíèç (ñì. ðèñ. 4.15). Èçìåíåíèå ôàçû âîëíû ìîæíî îáúÿñíèòü è ïî-äðóãîìó. Ïðè îòðàæåíèè âîëíû îò çàêðåïëåííîãî êîíöà àìïëèòóäà êîëåáàíèé êîíöà ðàâíà íóëþ. Ýòî ìîæåò áûòü ëèøü â òîì ñëó÷àå, åñëè êîëåáàíèÿ øíóðà, âûçâàííûå ïðÿìîé è îáðàòíîé âîëíîé íà êîíöå øíóðà, ïðîèñõîäÿò â ïðîòèâîôàçå.
Íà ðèñóíêå 4.16 ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè èçîáðàæåíû ïîëîæåíèÿ äâóõ âîëí, áåãóùèõ íàâñòðå÷ó äðóã äðóãó, ÷åðåç ïðîìåæóòêè âðåìåíè, ðàâíûå ÷åòâåðòè ïåðèîäà. Çà ÷åòâåðòü ïåðèîäà êàæäàÿ èç âîëí ïåðåìåùàåòñÿ íà Åñëè æå â êàêîé-íèáóäü òî÷êå øíóðà ñêëàäûâàþòñÿ êîëåáàíèÿ ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè ôàçàìè, òî òî÷êà ýòà îñòàåòñÿ â ïîêîå. Ïåðåìåùåíèÿ òî÷êè, âûçâàííûå ïàäàþùåé è îòðàæåííîé âîëíàìè, íàïðàâëåíû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû è âû÷èòàþòñÿ äðóã èç äðóãà. Òàêèå òî÷êè íàçûâàþòñÿ óçëàìè. Ñàìîå ïðèìå÷àòåëüíîå ñîñòîèò â òîì, ÷òî óçëû è ïó÷íîñòè íå ïåðåìåùàþòñÿ âäîëü øíóðà. Ýòî ïðîèñõîäèò ïîòîìó, ÷òî ðàçíîñòü ôàç äâóõ êîëåáàíèé â ïó÷íîñòÿõ è óçëàõ (ðàâíî êàê è âî âñåõ äðóãèõ òî÷êàõ) íå ìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì. Îíà çàâèñèò òîëüêî îò ïîëîæåíèÿ òî÷êè íà øíóðå.  ðåçóëüòàòå ðàñïðåäåëåíèå ñìåùåíèé òî÷åê øíóðà îòíîñèòåëüíî èõ ïîëîæåíèé ðàâíîâåñèÿ â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè îáðàçóåò âîëíó, êîòîðàÿ íå ïåðåìåùàåòñÿ â ïðîñòðàíñòâå. Òàêàÿ âîëíà íàçûâàåòñÿ ñòîÿ÷åé âîëíîé.
|
|
|