Варіант 1

1. Коливаннями називаються рухи або стани, які мають ту

чи іншу степінь повторюваності у часі. Вільні коливання, коли на коливальну систему не діють зовнішні сили. Вільні коливання бувають згасаючі і незгасаючі. Незгасаючі характеризуються тим, що система зберігає коливання. Згасаючі, коли

2. Рівняння плоскої хвилі

Рівнянням хвилі називається вираз, який дає зміщення коливної точки як функцію її координат (x, y, z) і часу t ξ = f (x, y, z,t). Ця функція має бути періодичною як відносно часу, так і відносно координат, оскільки хвиля – це коливання, яке поширюється.

Знайдемо вигляд функції ξ у випадку плоскої хвилі. Спрямуємо вісі координат так, щоб вісь x збігалася знапрямком поширення хвилі. Тоді хвильова поверхня буде перпендикулярною до осі x . Оскільки всі точки хвильової поверхні коливаються однаково, зміщення ξ буде залежати

тільки від x і t . ξ = f (x,t). Нехай у площині x = 0 при початковій фазі φ = 0 збуджується гармонічне коливання ξ (0,t) = Acosωt . Знайдемо рівняння коливань у площині, яка відповідає довільному значенню x . Для проходження шляху x потрібен час τ= . Тоді коливання частинок у площині x будуть відставати за часом на τ від коливання частинок у площині

x = 0 , тобто ξ (x,t ) = Acosω (t -τ ) Acosω= (t- )

Ми отримали рівняння плоскої хвилі. Таким чином, ξ - це зміщення будь-якої точки з координатою x в момент часу t . Такий самий вигляд має

рівняння плоскої хвилі у випадку поширення вздовж осі y або z . У загальному вигляді рівняння плоскої хвилі записують так:

ξ = Acosω (t- )

Це рівняння біжучої хвилі. Воно описує хвилю, яка поширюється вздовж осі x . Для хвилі, яка поширюється у зворотному напрямку, рівняння має вигляд = Acosω(t+ )

Рівняння хвилі можна записати у іншому вигляді. Введемо хвильове число

k = , або у векторному вигляді – хвильовий вектор k = n , де n - нормаль до хвильової поверхні. Оскільки λ = vT , то k = = = = Звідси отримуємо, що швидкість хвилі дорівнює V= Тоді рівняння плоскої хвилі у випадку, коли вона поширюється вздовж осі x , можна записати так:

ξ (x,t)= Acos(ωt - kx) У загальному випадку рівняння плоскої хвилі має вигляд

ξ (r ,t ) = Acos (ωt - kr )

Варіант 2

1. Залежно від напрямку коливань частинок відносно напрямку поширення хвилі розрізняють поперечні і поздовжні хвилі. У випадку поперечної хвилі частинки середовища коливаються в напрямі, перпендикулярному до напряму поширення хвилі. Поперечні хвилі поширюються у середовищах, в яких виникають пружні сили при деформації зсуву, тобто в твердих тілах. Поперечна хвиля може поширюватися також на поверхні рідини.

Швидкість поширення поперечної хвилі: , де G – модуль зсуву, - густина середовища. У випадку поздовжньої хвилі частинки середовища коливаються у напрямі поширення хвилі. Поздовжні хвилі поширюються у середовищах, де виникають пружні сили при деформаціях стиску (розтягу), тобто у твердих тілах, рідинах і газах. Швидкість поширення поздовжньої хвилі: , де Е – модуль Юнґа, - густина середовища.

2.

Варіант№3 1. Геометричне місце точок, до яких доходять коливання в момент часу t, називається фронтом хвилі. Геометричне місце точок, які коливаються в однаковій фазі, називається хвильовою поверхнею. Фронт хвилі весь час переміщується, а хвильові поверхні залишаються нерухомими (хвильових поверхонь існує безліч). Хвильові поверхні можуть бути довільної форми. Найпростіші хвильові поверхні мають вигляд сфер або площин. Тоді такі хвилі називаються сферичними або плоскими. Сферичні хвилі поширюються від точкових джерел, плоскі – від протяжних джерел.