Номер 3, страница 189 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 23. Механические волны. Звук - номер 3, страница 189.

Условие.

3. Объясните, каким образом механические волны переносят энергию, если переноса вещества в них не происходит.

Решение.

3. Решение

Механические волны переносят энергию без переноса вещества благодаря последовательной передаче колебаний от одних частиц среды к другим. Этот процесс можно объяснить следующим образом:

1. Источник волны (например, рука, встряхивающая веревку, или мембрана динамика) совершает работу над ближайшими к нему частицами среды. В результате этой работы частицы получают энергию и начинают совершать колебательные движения около своих положений равновесия.

2. Энергия колеблющихся частиц состоит из двух частей:

• Кинетическая энергия, обусловленная их движением ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$, где $\text{m}$ — масса частицы, а $\text{v}$ — её скорость).
• Потенциальная энергия, обусловленная их смещением из положения равновесия и взаимодействием с соседними частицами ($E_p = \frac{1}{2}kx^2$ для упругой деформации, где $\text{k}$ — коэффициент упругости, $\text{x}$ — смещение).

3. Благодаря силам упругости (в твердых телах) или силам давления (в жидкостях и газах), которые связывают частицы среды между собой, первая колеблющаяся частица воздействует на соседнюю, заставляя её также начинать колебаться. При этом происходит передача энергии от одной частицы к другой.

4. Этот процесс передачи колебаний и энергии распространяется дальше и дальше по среде от частицы к частице. В результате по среде распространяется волна, которая и является процессом распространения колебаний.

Важно подчеркнуть, что сами частицы вещества не движутся вместе с волной. Они лишь колеблются около своих устойчивых положений равновесия. Переносится само возмущение (колебание) и связанная с ним энергия. Хорошей аналогией является "волна" на стадионе: болельщики встают и садятся, но каждый остается на своем месте, а по трибунам бежит видимая волна.

Ответ: Механические волны переносят энергию без переноса вещества за счет того, что колебания частиц среды последовательно передаются от одной частицы к другой благодаря силам взаимодействия между ними. Каждая колеблющаяся частица передает энергию своего движения соседней, вовлекая ее в колебания, в то время как сама остается вблизи своего положения равновесия.