ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Капиллярные волны. Отражение из "Звуковые волны Издание 2 " Капиллярные волны. Отражение. До сих пор мы говорили о бегущих волнах — свобода распространения их ничем не нарушается. Мы знаем, что когда волна доходит до какого-либо препятствия, она отражается от него, подобно тому как брошенный в стенку мяч отскакивает от неё. Явление отражения волн можно часто наблюдать у крутого скалистого берега или возле пристани, мимо которой прошёл пароход. [c.38] При изучении законов распространения волн часто пользуются так называемой волновой ванной. Она имеет вид мелкой тарелки, стенки которой сделаны пологими, чтобы волны, набегающие на берега , заметно не отражались. В тарелку на несколько миллиметров погружается маленький шарик моторчик с эксцентриком приводит его в вертикальные колебания. Частота колебаний выбирается по желанию обычно пользуются переменным городским током, частота которого равна 50 гц. [c.38] Стеклянное дно тарелки снизу освещают, и изображение волн на поверхности ванны проектируется на большой экран. Для того чтобы изображение воды на экране было неподвижным, источник света открывается лишь в определённые моменты посредством диска со щелью, вращающегося с частотой. [c.38] Длины волн, получающиеся в волновой ванне от колебаний шарика, составляют всего от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Такие маленькие волны, или рябь, которую мы часто наблюдаем при порывах ветра или при падении капель дождя на гладь реки, пруда или лужи, образуются по другой причине, чем большие волны, происхождение которых, как мы знаем, вызвано действием силы тяжести и инерцией. Рябь, или мелкие волны, длина которых составляет от 2 см и меньше, образуется под действием сил поверхностного натяжения жидкости и инерции. [c.40] вероятно, видели, как по спокойной глади пруда свободно бегают лёгкие насекомые известно также, что если осторожно положить иголку в блюдце с водой, то она не тонет, а остаётся лежать на поверхности. Эти на первый взгляд странные явления объясняются тем, что каждая жидкость, в том числе и вода, обладает так называемым поверхностным натяжением — её поверхность можно уподобить мыльной плёнке, натянутой, например, на проволочное кольцо она всегда стремится сжаться, и если каким-либо образом её растягивать, она противодействует этому растяжению. [c.40] Когда на воду падает капля дождя, имеющая малый вес и небольшие размеры, она в отличие от камня лишь несколько растягивает её поверхность, которая затем благодаря поверхностному натяжению стремится сжаться. Сжатие не закончится тем, что поверхность воды займёт первоначальное положение равновесия. В силу инерции она проскочит это положение. В результате падение капли вызовет на поверхности воды рябь, или, как говорят, капиллярные волны. [c.40] Кроме сил поверхностного натяжения здесь, конечно, играет роль и сила тяжести. Однако при малых длинах волн основную роль играют силы поверхностного натяжения. Для волн более длинных сила тяжести имеет бельшее значение, и для больших волн можно уже пренебречь силами поверхностного натяжения. Граница между этими двумя типами волн — капиллярными и гравитационными — лежит при длине волны в 1,75 см. Волны такой длины движутся на поверхности воды со скоростью 23,5 см1сек. [c.40] колеблющийся в волновой ванне шарик может считаться излучателем капиллярных волн, или ряби. На рис. 17 дана фотография круговых капиллярных волн, возникающих от колебаний шарика. [c.41] Достигая препятствия, волны отражаются от него и снова расходятся кольцами. При этом точка, из которой как бы расходятся отражённые волны, находится на противоположной стороне преграды, и расстояние от неё до преграды такое же, на каком находится от преграды колеблющийся шарик. Отражённые волны в этом случае исходят как бы из мнимого, воображаемого источника. Вспомним, что с таким-же случаем мы имеем дело, когда смотрим в зеркало, — изображение кажется нам расположенным позади зеркала на расстоянии, равном расстоянию от нас до зеркала. [c.41] Для круговых волн кривые, соединяющие те точки среды, в которых колебания частиц находятся в одной фазе (например, гребень, впадина), представляют собой окружности. Кривая, на которой фаза постоянна в какой-нибудь момент времени, называется фронтом волны. Для круговых волн фронты волн представляют собой окружности, для плоских волн —прямые линии, параллельные друг другу. [c.42] Интерференция. Если вместо одного шарика взять два и заставить их совершать колебания в двух различных точках ванны, то от каждого шарика будут распространяться круговые волны. Наблюдая за концентрическими кругами расходящихся волн или делая моментальные снимки получающейся волновой картины, мы заметим, что две образовавшиеся системы волн движутся независимо одна от другой. То же явление можно наблюдать, если одновременно бросить два или несколько камней на водную гладь реки или пруда. Независимое распространение волн от различных источников представляет собой чрезвычайно важное свойство волнового движения вообще — результирующее колебание в любой точке среды оказывается равным простой сумме колебаний, дошедших сюда от разных источников. Это свойство называют принципом суперпозиции, или наложения волн. [c.42] Если две группы волн, расходящиеся от колеблющихся шариков, достигают какой-либо точки поверхности так, что гребни обеих волн или их впадины совпадают в этой точке, то отклонение частиц воды от положения равновесия увеличится. Это имеет место в том случае, когда разность расстояний, проходимых волнами от каждого из колеблющихся шариков, или, как говорят, разность хода, равна целому числу длин волн, т. е. когда волны в эту точку приходят в одной фазе. [c.42] Если же в какую-либо точку придёт гребень волны от первого источника и впадина от другого источника, что будет в том случае, когда разность хода составляет нечётное число полуволн, то в результате волны уничтожат друг друга. [c.42] Вернуться к основной статье