Номер 1, страница 162, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Какая волна называется плоской?

1. Плоской волной называется волна, у которой поверхности равной фазы (волновые поверхности или фронты волны) представляют собой бесконечные параллельные плоскости. Направление распространения такой волны перпендикулярно этим плоскостям.

Волновой фронт — это геометрическое место точек среды, в которых колебания, создаваемые волной, имеют одинаковую фазу. В случае плоской волны все точки, лежащие на любой из этих параллельных плоскостей, колеблются синфазно, то есть их фазы в любой момент времени одинаковы.

Математически плоская монохроматическая волна, распространяющаяся в направлении, задаваемом волновым вектором $\vec{k}$, описывается уравнением:

$s(\vec{r}, t) = A \cos(\omega t - \vec{k} \cdot \vec{r} + \phi_0)$

где:

$s$ — смещение или значение колеблющейся величины (например, напряженность электрического поля в электромагнитной волне или смещение частиц в звуковой волне);

$A$ — амплитуда волны (максимальное значение смещения);

$\omega$ — круговая частота, связанная с периодом $T$ и частотой $f$ как $\omega = 2\pi/T = 2\pi f$;

$t$ — время;

$\vec{k}$ — волновой вектор, его направление совпадает с направлением распространения волны, а модуль (волновое число) равен $k = |\vec{k}| = 2\pi/\lambda$, где $\lambda$ — длина волны;

$\vec{r}$ — радиус-вектор точки в пространстве, в которой рассматривается волна;

$\vec{k} \cdot \vec{r}$ — скалярное произведение волнового вектора и радиус-вектора;

$\phi_0$ — начальная фаза колебаний.

Условие постоянства фазы в фиксированный момент времени $t$ имеет вид $\vec{k} \cdot \vec{r} = \text{const}$. Это уравнение задает плоскость, перпендикулярную вектору $\vec{k}$. Таким образом, поверхности равной фазы действительно являются плоскостями.

В реальных условиях идеальные плоские волны не существуют, так как для их создания потребовался бы источник бесконечных размеров, и они переносили бы бесконечную энергию. Однако модель плоской волны является очень важным и полезным приближением. Любую волну на достаточно большом расстоянии от источника (по сравнению с его размерами и длиной волны) можно локально считать плоской. Например, свет от далекой звезды, достигающий Земли, или радиоволны от удаленного передатчика с высокой точностью описываются как плоские волны.

Ответ: Плоская волна — это волна, фронт которой (поверхность, все точки которой колеблются в одинаковой фазе) представляет собой плоскость, а направление распространения перпендикулярно этой плоскости.