Войти
Плоская пульсовая волна давления Продольные волны - это волны, в которых колебания среды параллельны направлению распространения волны, а смещение среды происходит в том же (или противоположном) направлении распространения волны. Механические продольные волны также называют волнами сжатия или сжатия, потому что они вызывают сжатие и разрежение при движении через среду, и волнами давления, поскольку они вызывают увеличение и уменьшение давления. Хорошая визуализация - волна по длине вытянутой обтягивающей игрушки, где расстояние между витками увеличивается и уменьшается. Примеры из реальной жизни включают звуковые волны ( колебания давления, частицы смещения и скорости частиц, распространяющиеся в упругой среде) и сейсмические P-волны (создаваемые землетрясениями и взрывами).
Другой основной тип волн - это поперечная волна, в которой смещения среды происходят под прямым углом к направлению распространения. Поперечные волны, например, описывают некоторые объемные звуковые волны в твердых материалах (но не в жидкостях ); их также называют « поперечными волнами», чтобы отличать их от (продольных) волн давления, которые эти материалы также поддерживают.
«Продольные волны» и «поперечные волны» были сокращены некоторыми авторами как «L-волны» и «T-волны» соответственно для их собственного удобства. Хотя эти две аббревиатуры имеют определенные значения в сейсмологии (L-волна для волны Лява или длинная волна) и электрокардиографии (см. T-волна ), некоторые авторы решили использовать «l-волны» (строчная буква «L») и «t-волны». вместо этого, хотя они обычно не встречаются в сочинениях по физике, за исключением некоторых научно-популярных книг.
В случае продольных гармонических звуковых волн частоту и длину волны можно описать формулой
куда:
Представление распространения всенаправленной импульсной волны на 2-мерной сетке (эмпирическая форма)Величина x / c - это время, за которое волна преодолевает расстояние x.
Обычная частота ( f) волны определяется выражением
Длину волны можно рассчитать как отношение между скоростью волны и обычной частотой.
Для звуковых волн амплитуда волны - это разница между давлением невозмущенного воздуха и максимальным давлением, создаваемым волной.
Скорость распространения звука зависит от типа, температуры и состава среды, в которой он распространяется.
Приведенные выше уравнения звука в жидкости также применимы к акустическим волнам в упругом твердом теле. Хотя твердые тела также поддерживают поперечные волны (известные как S-волны в сейсмологии ), продольные звуковые волны в твердом теле существуют со скоростью и волновым сопротивлением, зависящими от плотности материала и его жесткости, последняя из которых описывается (как со звуком в газ) модулем объемной упругости материала.
Уравнения Максвелла приводят к предсказанию электромагнитных волн в вакууме, которые являются строго поперечными волнами, то есть электрическое и магнитное поля, из которых состоит волна, перпендикулярны направлению распространения волны. Однако плазменные волны являются продольными, поскольку это не электромагнитные волны, а волны плотности заряженных частиц, которые могут взаимодействовать с электромагнитным полем.
После попыток Хевисайда обобщить уравнения Максвелла, Хевисайд пришел к выводу, что электромагнитные волны нельзя рассматривать как продольные в « свободном пространстве » или в однородных средах. Уравнения Максвелла, как мы их теперь понимаем, сохраняют этот вывод: в свободном пространстве или других однородных изотропных диэлектриках электромагнитные волны строго поперечны. Однако электромагнитные волны могут отображать продольную составляющую в электрическом и / или магнитном полях при прохождении двулучепреломляющих материалов или неоднородных материалов, особенно на границах раздела (например, поверхностные волны), такие как волны Ценнека.
В развитии современной физики Александру Прока (1897-1955) был известен разработкой релятивистских квантовых уравнений поля, носящих его имя (уравнения Прока), которые применяются к массивным векторным мезонам со спином 1. В последние десятилетия некоторые другие теоретики, такие как Жан-Пьер Вижье и Бо Ленерт из Шведского королевского общества, использовали уравнение Прока в попытке продемонстрировать массу фотона как продольный электромагнитный компонент уравнений Максвелла, предполагая, что продольные электромагнитные волны могут существовать. в дираковском поляризованном вакууме. Однако масса покоя фотона сильно сомневается почти всеми физиками и несовместима со Стандартной моделью физики.
