-->
|
|
|
|
|
Ãëàâà 6. Ìåõàíè÷åñêèå âîëíû § 45. Óðàâíåíèå ãàðìîíè÷åñêîé áåãóùåé âîëíûÂûâåäåì óðàâíåíèå âîëíû, êîòîðîå ïîçâîëèò îïðåäåëèòü ñìåùåíèå êàæäîé òî÷êè ñðåäû â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè ïðè ðàñïðîñòðàíåíèè ãàðìîíè÷åñêîé âîëíû. Ñäåëàåì ýòî íà ïðèìåðå âîëíû, áåãóùåé ïî äëèííîìó òîíêîìó ðåçèíîâîìó øíóðó. Îñü ÎÕ íàïðàâèì âäîëü øíóðà, à íà÷àëî îòñ÷åòà ñâÿæåì ñ ëåâûì êîíöîì øíóðà. Ñìåùåíèå êîëåáëþùåéñÿ òî÷êè øíóðà îò ïîëîæåíèÿ ðàâíîâåñèÿ îáîçíà÷èì áóêâîé s. Äëÿ îïèñàíèÿ âîëíîâîãî ïðîöåññà íóæíî çíàòü ñìåùåíèå êàæäîé òî÷êè øíóðà â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè. Ñëåäîâàòåëüíî, íàäî çíàòü âèä ôóíêöèè s = s (õ, t). Çàñòàâèì êîíåö øíóðà (òî÷êà ñ êîîðäèíàòîé õ = 0) ñîâåðøàòü ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñ öèêëè÷åñêîé ÷àñòîòîé ω. Êîëåáàíèÿ ýòîé òî÷êè áóäóò ïðîèñõîäèòü ïî çàêîíó: s = sm sinc ωt, (6.3) åñëè íà÷àëüíóþ ôàçó êîëåáàíèé ñ÷èòàòü ðàâíîé íóëþ. Çäåñü sm — àìïëèòóäà êîëåáàíèé (ðèñ. 6.10, à). Êîëåáàíèÿ ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ âäîëü øíóðà (îñè ÎÕ) ñî ñêîðîñòüþ υ è â ïðîèçâîëüíóþ òî÷êó øíóðà ñ êîîðäèíàòîé õ ïðèäóò ñïóñòÿ âðåìÿ
Ýòà òî÷êà òàêæå íà÷íåò ñîâåðøàòü ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñ ÷àñòîòîé ω, íî ñ çàïàçäûâàíèåì íà âðåìÿ τ (ðèñ. 6.10, á). Åñëè ïðåíåáðå÷ü çàòóõàíèåì âîëíû ïî ìåðå åå ðàñïðîñòðàíåíèÿ, òî êîëåáàíèÿ â òî÷êå õ áóäóò ïðîèñõîäèòü ñ òîé æå àìïëèòóäîé sm, íî ñ äðóãîé ôàçîé:
Ýòî è åñòü óðàâíåíèå ãàðìîíè÷åñêîé áåãóùåé âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿþùåéñÿ â ïîëîæèòåëüíîì íàïðàâëåíèè îñè ÎÕ. Èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå (6.5) ìîæíî îïðåäåëèòü ñìåùåíèå ðàçëè÷íûõ òî÷åê øíóðà â ëþáîé ìîìåíò âðåìåíè.
|
|
|