Как мы уже знаем, твердые, жидкие и газообразные среды состоят из отдельных взаимодействующих между собой частиц. Распространяющиеся в среде возмущения этих частиц образуют механические волны. Напомню, если колебания частиц среды и распространение волны совершается в одном направлении, то волны называются продольными, а если данные движения совершаются в перпендикулярных направлениях, волны являются поперечными. При распространении волн происходит передача энергии без переноса вещества.

Как всякое колебательное движение, механические волны имеют свои характеристики. Рассмотрим процесс распространения поперечной волны. Исследование этих характеристик проведем на основе модели, представляющей из себя цепочку из шариков, между которыми действуют силы упругости (рисунок 1, а).

Сдвинем первый шарик, чтобы он совершал гармонические колебания, и пронаблюдаем процесс через каждую четверть периода колебания первого шарика (рисунок 1, б). Силы упругости, возникающие при отклонении первого шарика, приводят в движение второй шарик, это, в свою очередь, вызывает возникновение сил упругости между вторым и третьим шариком и т.д. Но на возникновении деформации и сил упругости уходит некоторое время, поэтому второй шарик начнет колебаться позднее первого, третий – позднее второго и т.д.

Во время второй четверти периода (рисунок 1, в) первый шарик возвращается в положение равновесия, третий максимально отклоняется, а пятый шарик начинает движение.

Рисунок 1:

В третьей четверти периода колебаний первый шарик отклоняется максимально вниз, третий - в положении равновесия, пятый отклоняется максимально вверх, а седьмой шарик начинает движение (рисунок 1, г).

За один период первый шарик завершит полное колебание и окажется в положении равновесия, третий шарик отклоняется максимально вниз, пятый – в положении равновесия, седьмой отклоняется максимально вверх, девятый начинает движение (рисунок 2, д). Мы видим, что первый и девятый шарики колеблются одинаково, они находятся в одинаковых фазах. Еще через четверть периода они оба окажутся максимально отклонены от положения равновесия (рисунок 2, е), а еще через четверть периода оба будут в положении равновесия и т.д.

Таким образом, мы видим, что за время одного периода колебаний волна распространилась от первого шарика до девятого.

Расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны.

Рисунок 2:

Длина волны λ определяется расстоянием, на которое распространяется волна за время, равное периоду T колебаний источника волн:

Каждая волна распространяется с определенной скоростью. Так как период колебаний зависит от частоты:

и длина волны будет зависеть от частоты колебаний:

Скоростью распространения волны называется физическая величина, определяемая расстоянием, которое проходит любая точка фронта волны за единицу времени.

Скорость волны будет равна:

Выражения для определения скорости волны действительны как для поперечных волн, так и продольных волн.

При распространении волн в среде их частота обусловлена частотой колебаний источника, а скорость распространения волны, а значит, и длина волны, зависят от свойств среды. Это связано с агрегатным состоянием вещества: в твердой среде частицы находятся близко друг от друга, и их взаимодействие сильное; в жидкой среде частицы находятся друг от друга подальше, и сила их взаимодействия слабее, чем в твердой среде; в газообразной среде взаимодействие частиц слабое. Отсюда следует, что скорость распространения волны в твердых телах гораздо выше, чем в жидкостях и газах.

Частота колебаний волн определяется частотой источника колебаний и не зависит от того, в какой среде распространяется волна.

При распространении волн происходит передача энергии без переноса вещества. Расстояние между ближайшими точками, колеблющимися в одинаковых фазах, называется длиной волны. Каждая волна распространяется с определенной скоростью , зависящей от длины волны. Скорость распространения волны в твердых телах гораздо выше, чем в жидкостях и газах. Частота колебаний волн определяется частотой источника колебаний и не зависит от того, в какой среде распространяется волна.