Задание(экспериментальное исследование), страница 79, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

Понаблюдайте за волной, возникающей в шнуре при закреплении одного из его концов и движении свободного конца хлыстовыми движениями по вертикальной плоскости. Опишите, что заметили. Что является источником возмущения упругой силы? Как происходит передача энергии волной? Сравните с волнами, возникающими на поверхности воды при бросании в нее предмета.

Опишите, что заметили.

При хлыстовом движении свободного конца шнура, закрепленного с другой стороны, по шнуру начинает распространяться изгиб или «горб». Мы наблюдаем бегущую поперечную волну: участки шнура совершают колебания в вертикальной плоскости (вверх-вниз), то есть перпендикулярно направлению, в котором движется сама волна (вдоль шнура). Важно заметить, что сами частицы шнура не перемещаются вдоль него, а лишь колеблются около своих положений равновесия. Достигнув закрепленного конца, волновой импульс отражается и начинает движение в обратном направлении. Если движения руки периодические, то наложение падающей и отраженной волн может привести к образованию стоячей волны.

Ответ: Наблюдается распространение поперечной волны вдоль шнура, при котором частицы шнура колеблются перпендикулярно направлению движения волны, а сама волна переносит возмущение от одного конца к другому и отражается от закрепленного конца.

Что является источником возмущения упругой силы?

Источником возмущения является внешняя сила, приложенная к свободному концу шнура, то есть работа, совершаемая рукой. Это действие выводит начальный участок шнура из состояния равновесия, деформируя его. Возникающая в результате этой деформации сила упругости (сила натяжения шнура) стремится вернуть этот участок в исходное положение. При этом, в силу связи между частицами шнура, эта же сила упругости действует на соседний участок, заставляя его тоже приходить в движение. Таким образом, первоначальное внешнее воздействие (движение руки) является источником энергии и самого процесса распространения возмущения, который поддерживается силами упругости.

Ответ: Источником возмущения, порождающего волну, является внешнее воздействие — движение руки, которое сообщает начальному участку шнура энергию и смещает его из положения равновесия.

Как происходит передача энергии волной?

Передача энергии в волне происходит от одной частицы среды к другой без переноса самого вещества. Рука, совершая работу над концом шнура, передает ему энергию. Эта энергия заставляет первый участок шнура колебаться. Колеблющийся участок, связанный силами упругости со следующим, совершает работу над ним, передавая ему свою энергию и заставляя его тоже колебаться. Этот процесс последовательно повторяется вдоль всего шнура. Энергия в волне существует в двух формах: кинетическая энергия (энергия движения колеблющихся участков) и потенциальная энергия (энергия, запасенная в деформированных участках шнура). Таким образом, волна — это процесс распространения колебаний и, следовательно, энергии в среде.

Ответ: Энергия передается от одного колеблющегося участка шнура к соседнему за счет работы сил упругости, при этом происходит перенос энергии, но не вещества.

Сравните с волнами, возникающими на поверхности воды при бросании в нее предмета.

Сравнение волны в шнуре с волной на поверхности воды выявляет как сходства, так и различия.

Общие черты:

• Оба явления представляют собой механические волны, для распространения которых необходима упругая среда.

• И волна в шнуре, и волна на воде переносят энергию от источника возмущения, но не переносят вещество на большие расстояния.

• Возникновение волн в обоих случаях является результатом начального локального возмущения среды.

Различия:

• Тип волны: Волна в шнуре является поперечной — частицы среды колеблются строго перпендикулярно направлению распространения волны. Волны на поверхности воды являются смешанными — частицы воды движутся по примерно круговым или эллиптическим траекториям в вертикальной плоскости, то есть их движение имеет и поперечную, и продольную составляющие.

• Размерность распространения: Волна в шнуре распространяется в одном измерении (линейно вдоль шнура). Волны на воде являются двумерными — они распространяются по поверхности во все стороны от источника, образуя расходящиеся круги.

• Восстанавливающая сила: В шнуре силой, возвращающей частицы в положение равновесия, является сила упругости (натяжения). Для волн на поверхности воды восстанавливающей силой выступает в основном сила тяжести (для волн значительной длины) и, в меньшей степени, сила поверхностного натяжения (для мелкой ряби).

Ответ: Волны в шнуре и на воде схожи тем, что являются механическими волнами, переносящими энергию. Основные различия состоят в типе волны (поперечная в шнуре и смешанная на воде), размерности распространения (одномерное против двумерного) и природе восстанавливающей силы (сила упругости против силы тяжести и поверхностного натяжения).