9 лучших примеров продольных волн в повседневной жизни

По | 13.09.2020

В физике волны относятся к возмущениям в среде, несущей энергию без общего движения частиц. Двумя наиболее распространенными типами волн являются электромагнитные и механические волны. Оба передают информацию, энергию и импульс, но не передают частицы в среде.

Механическая волна — это вибрация материи, которая передает энергию через вещество. Однако электромагнитная волна (например, свет) может проходить через вакуум.

Механические волны можно дополнительно разделить на категории в зависимости от способов их распространения. Три типа распространения — это поперечные, продольные и поверхностные волны. В этой статье речь пойдет о продольных волнах.

Что такое продольные волны?

В продольной волне частицы движутся в среде в той же размерности, что и направление движения волны. Другими словами, смещение частицы параллельно направлению движения волны.

фигура 1

Простой пример таких волн — сжатие, движущиеся по обтяжке. Продольную волну можно создать, толкая и таща обтяжку по горизонтали.

Проходя через среду, эти волны создают сжатие и разрежение.

  • Сжатие — это области высокого давления, в которых частицы волн находятся близко друг к другу.
  • Рафракции — это области низкого давления, в которых частицы расходятся дальше друг от друга.

Как вы можете видеть на рисунке 1, сжатие распространяется слева направо, и энергия передается в том же направлении. Однако по продольной волне не переносится ни одна частица. Вместо этого все они движутся вперед и назад между сжатием, когда волна проходит через среду.

Расстояние между центрами двух последовательных областей (между сжатиями или разрежениями) определяет длину волны продольной волны. Его можно производить в любой среде, включая твердую, жидкую и газовую.

Чтобы лучше объяснить это явление, мы перечислили некоторые из лучших примеров продольных волн, которые люди видят в своей повседневной жизни.

9. Вибрационный камертон.

Форма: Звуковые волны

Камертон ясно показывает, как вибрирующий объект может генерировать звук. Он содержит ручку и два зубца из эластичного металла (обычно из стали). Когда вы ударяете по камертону резиновым молотком, его зубцы начинают вибрировать, вызывая возмущение соседних молекул воздуха.

По мере того, как зубец вытягивается наружу из своего нормального положения, окружающий воздух сжимается, создавая область высокого давления (сжатие) рядом с зубцом. Когда зубец затем перемещается внутрь, он расширяет окружающие молекулы воздуха в большую область пространства, что создает область низкого давления (разрежение) рядом с зубцом.

Пока зубцы вибрируют, они создают чередующийся рисунок областей высокого и низкого давления. Эти области проходят через соседние молекулы воздуха, перенося звуковые сигналы из одного места в другое.

8. Диагностическая сонография.

Сонограмма плода в утробе матери | Викимедиа

Форма: Высокочастотные звуковые волны

Сонография использует ультразвуковые волны для создания изображений внутренних частей тела, таких как кровеносные сосуды, мышцы, суставы, сухожилия и внутренние органы. Эти сонограммы (также называемые ультразвуковыми изображениями) формируются путем передачи ультразвуковых импульсов в ткань с помощью зонда. Плюсы отражаются от тканей с отчетливыми характеристиками отражения и обрабатываются и преобразуются в цифровое изображение.

В отличие от других медицинских методов визуализации, ультразвук дает изображения в режиме реального времени. Инструменты портативные, менее дорогие и не используют вредное ионизирующее излучение. Однако они имеют ограниченное поле зрения и требуют квалифицированного оператора.

7. Окна дрожат, когда поблизости грянет гром

Форма: Звуковые волны

Во время грозы разряды молний создают мощные и быстрые волны давления, которые распространяются на очень большие расстояния. Когда эти волны достигают вашего офиса / дома, они вызывают вибрацию оконных стекол точно так же, как наша барабанная перепонка вибрирует в ответ на звуковые волны.

В зависимости от характеристик офиса / дома и его окон (таких как уровень изоляции, структура оконных рам и толщина стекла) вибрирующие оконные стекла могут создавать свой собственный характерный шум. В большинстве случаев это похоже на дребезжание или жужжание.

6. Цунами

Форма: Волны на воде (или поверхностные волны)

Цунами — это не то, что вы видите каждый день, но, тем не менее, мы включили это в наш список, чтобы охватить все аспекты продольных волн. Цунами сильно отличается от приливных волн: оно вызвано землетрясением под водой.

В отличие от типичных океанских волн, волны цунами возникают, когда вода движется под действием силы тяжести и излучается через океан, как рябь на пруду. В то время как нормальные волны связаны только с движением верхних слоев воды, цунами включает движение всей колонны от морского дна к поверхности.

Когда волны проходят через воду, частицы движутся по кругу. Радиус этих кругов уменьшается с увеличением глубины в воде. Это означает, что на большей глубине волны на воде действуют как продольные. А у поверхности волны на воде ведут себя как поперечные волны.

5. Неразрушающий контроль

Форма: Высокочастотные звуковые волны

Неразрушающий контроль — это широкий спектр методов проверки, используемых в науке и технологиях для оценки свойств системы, компонента или материала без их повреждения.

Одним из таких часто используемых методов является ультразвуковой контроль, который основан на распространении ультразвуковых волн в проверяемом материале или объекте. Очень короткие ультразвуковые импульсы с частотой от 0,1 до 50 МГц передаются в компоненты для обнаружения внутренних дефектов или свойств материала.

Поскольку ультразвуковые волны обладают высокой чувствительностью и высокой проникающей способностью, они позволяют обнаруживать чрезвычайно мелкие дефекты, скрытые глубоко в деталях. Этот метод дает немедленные результаты, поэтому инженеры могут принимать точечные решения. В основном используется для обработки металлических сплавов и бетона.

4. Традиционный сабвуфер

Форма: Низкочастотные звуки

Сабвуферы предназначены для воспроизведения звуковых частот низкого тона в диапазоне от 20 до 200 Гц для потребительских товаров и менее 100 Гц для профессиональных аудиосистем для живых выступлений. Они никогда не используются в одиночку; вместо этого они расширяют низкочастотный диапазон динамиков, перекрывая более высокие диапазоны частот.

Когда вы играете песню, вы можете увидеть небольшие движения диффузора вуфера. Он действительно движется внутрь и наружу, и если вы попытаетесь прикрыть его рот, вы почувствуете давление воздуха на вашей руке. Это потому, что вуферы создают продольные волны, перемещая частицы воздуха внутрь и наружу.

3. Сейсмические P-волны

P-волны (желтые стрелки) могут проникать через мантию и ядро ​​| Изображение предоставлено: Байрон Иноуе

Форма: Сейсмические волны

Сейсмические волны проходят через слои Земли. Они возникают в результате извержений вулканов, землетрясений, крупных оползней, движений магмы и крупных антропогенных взрывов. Внутри Земли проходят два типа сейсмических волн: первичные (P) и вторичные (S) волны.

Первичные волны (также называемые волнами давления) имеют продольную природу. Они движутся быстрее, чем другие волны (до 8 км / с в мантии и ядре Земли и 6 км / с в земной коре), и поэтому являются первыми сигналами, обнаруженными сейсмографами.

P-волны могут проходить через твердые породы и жидкости (жидкие слои) Земли по особой схеме. Некоторые животные могут слышать P-волны, возникающие в результате землетрясения. Например, кошки и собаки начинают вести себя странно за несколько минут до землетрясения. Напротив, люди могут ощущать только удары и грохот этих волн.

2. Звуковое оружие

Акустическое устройство дальнего действия на военном корабле «Голубой хребет»

Форма: Мощные звуковые волны

Звуковое оружие использует высокие частоты ультразвука, чтобы вывести из строя, ранить или убить противников. Хотя они используются в вооруженных силах и полиции, некоторые типы звукового оружия в настоящее время находятся на стадии исследований и разработок.

Это оружие производит продольные звуковые волны, которые могут вызывать у людей дискомфорт или тошноту. Они часто используются для разгона протестующих и участников беспорядков в целях сдерживания массовых беспорядков.

Оружие, использующее мощные звуковые волны, может разрушать барабанные перепонки противника, вызывая сильную боль или дезориентацию. Исследования показывают, что воздействие ультразвука высокой интенсивности (700 кГц — 3,6 МГц) вызывает повреждение кишечника и легких у мышей.

Читайте: 11 различных типов энергии с примерами

1. Акустическая микроскопия

Сканирующий акустический микроскоп

Форма: Ультравысокочастотный ультразвук

Акустические микроскопы могут проникать в большинство твердых материалов, обнаруживая их внутренние особенности, такие как трещины, пустоты и расслоения. Они работают в диапазоне частот от 10 МГц до 500 МГц.

Например, сканирующие акустические микроскопы часто используются в биологических и медицинских исследованиях. Они предоставляют данные об эластичности тканей и клеток, что дает бесценную информацию о физических силах, удерживающих структуры в определенных положениях, и о механике таких структур, как цитоскелет.

Читайте: 14 лучших примеров излучения и их эффектов

За последнее десятилетие было продемонстрировано несколько акустических микроскопов на основе пикосекундных ультразвуковых систем, работающих в частотах ГГц. Их все чаще применяют к наноструктурам, квантовым ямам, а также к отдельной биологической клетке для исследования ее механических свойств.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *