Стояча хвиля - це явище інтерференції в результаті накладення двох зустрічних сигналів, що паралельно йдуть один на одного. Вона виникає при відбитті сигналу від перешкоди. Прикладами стоячих хвиль можуть бути коливання струн або повітря в музичних інструментах.
Введення
Стоячі хвилі можуть утворюватися за різних умов. Цей феномен найлегше продемонструвати в умовах обмеженого простору. Такого ефекту можна досягти за допомогою комбінування двох коливань з однаковою довжиною хвилі, що поширюються в протилежних напрямках. Інтерференція двох сигналів дає результуючу хвилю, яка, на перший погляд, не рухається (тобто стояча).
Важливою умовою є те, що енергія повинна надходити в систему з певною швидкістю. Це означає, що частота збудження повинна бути приблизно рівною власній частоті коливань. Таке поняття також відоме як резонанс. Стоячі хвилі завжди пов 'язані з резонансом. Виникнення резонансу можна визначити за різким збільшенням амплітуди результуючих коливань. На створення стоячих хвиль витрачається набагато менше енергії, порівняно з біжучими хвилями, що мають такі ж амплітуди.
Не варто забувати і про те, що в будь-якій системі, де є стоячі хвилі, є і численні власні частоти. Різноманіття всіх можливих стоячих хвиль відоме як гармоніки системи. Найпростіша з гармонік називається фундаментальною або першою. Наступні стоячі хвилі називаються другою, третя тощо. Гармоніки, які відрізняються від фундаментальної, іноді називають підтекстовими.
Види стоячих хвиль
Залежно від фізичних характеристик існують кілька видів стоячих хвиль. Всі їх можна умовно розділити на три великі групи: одномірні, запеклі і тривимірні. Одномірні стоячі хвилі з 'являються тоді, коли є плоский замкнутий простір. У цьому випадку хвиля може поширюватися тільки в одному напрямку: від джерела до кордону простору. Існують три підгрупи одномірних стоячих хвиль: з двома вузлами на кінцях, з одним вузлом посередині і з вузлом на одному з кінців хвилі. Вузол - це крапка з найменшою амплітудою і енергією сигналу. Вірні стоячі хвилі виникають у випадку, коли коливання поширюються в двох напрямках від джерела. Після відбиття від перешкоди виникає стояча хвиля. Тривимірні стоячі хвилі - це сигнали, що поширюються в просторі з кінцевою швидкістю. Вузли при такому вигляді коливань будуть являти собою почесні поверхні. Це значно ускладнює їх дослідження. Прикладом таких хвиль може служити орбіта руху електрону в атомі.
Практичне значення стоячих хвиль
Стоячі хвилі мають велике значення в музиці, оскільки звук є комбінацією декількох коливань. Правильний розрахунок довжини і жорсткості струн дозволяє домогтися найкращого звучання того чи іншого інструменту. Стоячі хвилі також дуже важливі у фізиці. У методі дослідження частинок за допомогою рентгенівської спектроскопії обробка відбитого сигналу дозволяє з 'ясувати приблизний кількісний і якісний склад об' єкта.