Механічні хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Інтерференція хвиль. Стоячі хвилі.

Хвилями називають збурення стану речовини або поля, що поширюється у цій речовині або полі. Пружними хвилями називаються хвилі, що поширюються в пружному середовищі. Пружну хвилю називають поздовжньою, якщо коливання частинок середовища відбуваються у напрямку поширення хвилі. Пружну хвилю називають поперечною, якщо частинки середовища коливаються в площинах, перпендикулярних до напрямку поширення хвилі. Рівняння біжучої хвилі: , А₀ – амплітуда хвилі, ω t – kх – фаза хвилі. Стоячі хвилі виникають при накладанні біжучих хвиль – падаючої і відбитої.

Рівняння стоячої хвилі описує гармонічні коливання частинок середовища в просторі, амплітуди коливань яких різні для різних точок. У рівнянні стоячі хвилі, на відміну від рівняння біжучої хвилі, відсутня швидкість поширення фази. У точках, для яких виконується умова , амплітуда досягає максимального значення і дорівнює 2А₀. ці точки називаються пучностями. У точках, для яких виконується умова , амплітуда результуючого коливання в будь-який момент часу дорівнює нулю. Такі точки називаються вузлами стоячої хвилі. Частинки середовища, що знаходиться у вузлових точках, коливань не здійснюється.

Всі частинки, які знаходяться між сусідніми вузлами, коливаються в однакових фазах. Частинки, що знаходяться з різних сторін вузла, коливаються у протилежних фазах, тобто різниця дорівнює π. Стоячі хвилі можуть утворюватись при інтерференції як поперечних, так і поздовжніх хвиль.

У стоячій хвилі на відміну від біжучої хвилі не відбувається перенесення енергії. Це пояснюється так: падаюча і відбита хвилі мають однакові амплітуди і переносять однакову енергію у протилежних напрямах. Повна енергія стоячої хвилі зосереджена між вузловими точками і з часом не змінюється. Явище накладення хвиль, при якому амплітуда результуючих коливань різних ділянок середовища з часом не змінюється і в загальному випадку не дорівнює сумі амплітуд складових коливань називають інтерференцією хвиль. Характерною ознакою інтерференції хвиль є існування зон з максимальними і мінімальними амплітудами результуючих коливань. Ці зони чергуються але не переміщаються.Для виникнення інтерференційної картини необхідно, щоб виконувалися такі умови: коливання частинок середовища, що збуджуються інтерферуючими хвилями, повинні йти в однакових напрямках; частоти їхніх коливань мають бути однаковими; зсув фаз між коливаннями частинки, зумовлених інтерферуючими хвилями, з часом змінюються. Хвилі, що відповідають цим умовам, називають когерентними.