Альтернативный волновой анализ. Новые горизонты

Но мы видим полный беспорядок.

Меняем частоту колебаний до тех пор, пока не возникнет устойчивая картина стоячей волны.

Мы видим точки волны, которые остаются на месте. Это интерференционные минимумы, или узлы стоячей волны. Также мы видим точки, колеблющиеся с максимальной амплитудой. Это интерференционные максимумы, или пучности стоячей волны. Можно увеличить частоту колебаний свободного конца веревки и также увидеть стоячую волну, но с меньшей длиной волны. Главное условие, чтобы на расстоянии между источником и стенкой укладывалось целое количество половин длины волны.

Итак, мы познакомились с простейшей иллюстрацией стоячих волн. Теперь давайте разберем стоячие волны с точки зрения физики.

Стоячая волна – это волна, которая образуется при наложении двух волн с одинаковой амплитудой и частотой, когда волны движутся навстречу друг другу (испущенная и отраженная волны).

Если в среде распространяется одновременно несколько волн, то колебания частиц среды оказываются геометрической суммой колебаний, которые совершали бы частицы при распространении каждой из волн по отдельности.

В случае, когда колебания, обусловленные отдельными волнами в каждой из точек среды, обладают постоянной разностью фаз, волны называются когерентными. При сложении когерентных волн возникает явление интерференции, заключающееся в том, что колебания в одних точках усиливают, а в других точках ослабляют друг друга.

На практике стоячие волны образуются при отражении волн от различных преград. Падающая (испущенная) на преграду волна и бегущая ей навстречу (отраженная) волна, накладываясь друг на друга, формируют стоячую волну.

Таким образом, стоячую волну можно представить как суперпозицию (сумму) двух плоских волн, распространяющихся вдоль оси X в противоположных направлениях. Уравнения двух плоских волн, распространяющихся вдоль оси X в противоположных направлениях:

?

= A cos(?t – kx + ?),

?

= A cos(?t + kx + ?).

Сложение этих функций, согласно формуле суммы косинусов дает следующее выражение:

Чтобы привести это уравнение к более простому виду, выберем точку начала отсчета x, так чтобы разность ?

–?

стала равной 0. Аналогичным образом поступим и с точкой начала отсчета t. Ее выберем так, чтобы сумма ?

+?

тоже стала равной 0.