Толқындық қозғалыс

Суға лақтырылған тастың түскен жерінде пайда болады. Тас түскен жердегі су ығысады да, ол жерде ойыс пайда болады. Ойыс төңірегінде ығысқан су дөңгелек сақина пішінді өркеш түзеді. Бұл өркеш сол мезетте-ақ жан-жағына қарай кеңейе отырып, тастың түскен жерінен алыстай бастайды. Біріншіден кейін екінші, содан соң үшінші, т.с.с. өркештер пайда болады. Өркештер бір-бірінен ойыстармен бөлінеді. Бұл процесс толқындық қозғалыс болып табылады. Мұндағы ең маңызды анықтап алатын жай — судың толқынмен бірге ығыспайтыны. Егер сол толқын бетіне суда қалқып жүретін кез келген денені (қалтқы, ойыншық қайық, тал қабығы, т. б.) тастасақ, онда олардың жағалауға жақындамайтынын, тек сол толқынның өркештеріне келгенде көтеріліп, ойыстарына келгенде төмен түсіп, тербеліп қана тұратынын байқауға болады.

Тербелістің ортада таралу процесін толқындық қозғалыс деп, ал өзара байланысып тербелетін материялық нүктелер жиынтығын толқын деп атайды. Тербеліс таралған кезде энергия қоршаған ортаға беріледі, сондықтан үздіксіз толқын таралу үшін сол серпімді ортада орналасқан тербеліс көзі болу керек. Толқындық қозғалыс кезінде кеңістіктің бір аумағынан екінші аумағына бөлшектер емес энергия тасымалданады. Егер ортаның бір бөлшегі тербемелі қозғалыс күйіне келсе, онда дәл осы күйге сол жүйемен байланысқан барлық жүйенің де бөлшектері тербемелі қозғалысқа келеді, бірақ уақыт бойынша кешігеді.

Серіппенің тербелісі процесі

Серіппенің тербелісі процесінде жіп бөлшегі (түсінуге оңай болу үшін оны біреу деп есептейік) тепе-теңдік күйінен шығып, серіппеге ілінген жүк сияқты жоғары-төмен қарай тербеле астайды. Жіптің осылай деформациялануы кезінде туындайтын серпімділік күші әрекетінен бірінші бөлшектен кейін кезекпен жіптің келесі бөлшектері де тербеле бастайды. Жіптің әрбір бөлшегі сәл кешеуілдеп жоғары-төмен ығысатын болады, яғни "өзінің" тепе-теңдік күйінің айналасында тербеледі. Бұл кешеуілдеу бөлшектердің арасында серпімділік күштерінің пайда болуына қайсыбір уақыт қажет болуынан туындайды. Сондықтан жіптің келесі бөлшектері алдыңғысына қарағанда "кешігіңкірейді".

Механикалық толқындар

Толқындық қозғалыс

Тербелістердің серпімді ортаның бір бөлшегінен екінші бір бөлшегіне таралу процесі механикалық толқын деп аталады. Пайда болу табиғатына қарай толқындар механикалық және электромагниттік болып бөлінеді. Сол ортадағы нүктенің тербеліс бағытына қатысты және толқынның таралу бағытына байланысты толқындар көлденең және бойлық ( қума ) толқындар деп екіге бөлінеді.

Көлденең толқындар

Бөлшектерінің тербелісі толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта жүзеге асатын толқынды көлденең толқын деп айтады. Көлденең толқындар бір қабаттың екінші қабатқа қатысты ығысуы кезінде пайда болатын серпімділік күштері әрекетінен ғана туындайды. Мұндай қасиет тек қатты денелерге ғана тән. Сұйықтар мен газдарда олардың аққыштығы салдарынан қабаттардың ығысуы кезінде серпімділік күштері пайда болмайды.

Алайда біз жоғарыда сұйық бетінде де көлденең толқындар пайда болуы мүмкін екенін қарастырдық. Бірақ олар серпімділік күші әрекетінен емес, ауырлық және беттік керілу күштері әрекетінен туындайды, сондықтан да оларды кейде гравитациялық толқындар деп те атайды. Теңіз толқындары — тек дене бетін қамтитын толқындық қозғалыс мысалдарының бірі. Терендік артқан сайын толқулар тез өше бастайды. Мұндай толқынды мектептегі толқындық машина көмегімен бақылау өте ыңғайлы, мұнда орта бөлшектерінің рөлін атқаратын кішкене шарлар вертикаль бойымен тербеледі, ал толқын ойыстарымен және өркештерімен кезектесе отырып, горизонталь бойымен ығысады. Сондықтан да енді бізге суға лақтырылған тастың түскен жерінен тарайтын толқындар неліктен, мысалы, қалтқыны жағаға қарай итермейтіні де түсінікті болады. Қалтқының қозғалысы да оның астындағы су бөлшектерінің қозғалысы сияқты тек жоғары-төмен қарай секіріп, тербелмелі қозғалысқа түседі.

Бойлық ( қума ) толқындар

Бөлшектерінің тербелісі толқынның таралуы бойында жүзеге асатын толқынды бойлық толқын деп атайды. Ортаның бөлшектерінің тербеліс бағыты толқындардың таралу бағытына сәйкес келсе толқындар бойлық деп аталады. Бойлық толқындар қатты, сұйық және газ тәрізді денелерде таралады. Біз әр түрлі механикалық толқындарды байқаймыз. Олар дыбыс толқындары, ультрадыбыс, инфрадыбыс (ауаның серпімділігінен пайда болады), су бетіндегі толқындар (ауырлық күші, беттік керілу күші әрекетінен пайда болады) мен жер қабаттарының тербелісін туғызатын сейсмикалық толқындар. Көлденең толқындардан басқа толқынның таралу бағытында тербелуі кезінде бойлық толқындар да болады. Бойлық толқындардың пайда болуын бір ұшы тірекке бекітілген серіппенің көмегімен бақылайық. Егер серіппенің бос ұшы жағынан соғатын болсақ, онда серіппе бойымен сиреулер мен шоғырланулардан тұратын толқын жүгіріп өтеді.

Электромагниттік толқындар

Ал электромагниттік толқындар - бір-бірімен байланысқан айнымалы электр және магнит өрістерінің кезекпен өзгеруі. Жиілігіне және толқын ұзындықтарына байланысты электромагниттік толқындарды мынадай жеті түрге бөледі: 1. Төменгі жиілікті сәуле шығару;

2. Радиотолқындар;

3. Инфрақызыл;

4. Көрінетін сәуле шығару;

5. Ультракүлгін сәуле шығару;

6. Рентген сәулелері;

7. Гамма-сәуле шығару.

Олардың табиғаты бірдей болғанымен қасиеттері әр түрлі.

Толқындардың сипаттамалары

Толқындық қозғалыстарды сипаттау үшін екі физикалық шама - толқынның ұзындығы және таралу жылдамдығы енгізілген. Толқын ұзындығын гректің λ әрпімен белгілейді. Толқын ұзындығы — Т периодқа тең уақыт аралығында толқын таралатын арақашықтық. Басқаша айтқанда, толқын ұзындығы деп толқын ішіндегі бірдей қозғалатын және тепе-теңдік күйінен ауытқулары да бірдей болатын бір-біріне ең жақын жатқан екі нүктенің арақашықтығын айтамыз. Толқынның таралу жылдамдығы - тербелістің бірлік уақытында толқынның қандай қашықтыққа таралғанын көрсететін физикалық шама, яғни

ν=λ/Т

Механикалық толқын серпімді ортада таралатындықтан, оның таралу жылдамдығы ортаның қасиетіне байланысты. Толқынның бір ортадан екінші бір ортаға өтуі кезінде оның жылдамдығы өзгереді.

Ал Т тербеліс периоды ν тербеліс жиілігімен Т = 1/ν қатынасы арқылы байланысатындығын еске түсірсек, онда толқын жылдамдығы

v=λν

өрнегімен анықталады.