Номер 2, страница 121 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 5. Механические волны. Параграф 29. Волновые явления. Характеристики волны. Вопросы к параграфу - номер 2, страница 121.

Условие.

2. Может ли в воде распространяться поперечная волна?

Решение.

Решение 2.

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть природу поперечных волн и физические свойства воды как среды их распространения.

Поперечные волны — это такие волны, в которых частицы среды совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Для возникновения и распространения таких волн среда должна обладать упругостью сдвига (или упругостью формы), то есть способностью сопротивляться изменению своей формы. Когда один слой среды смещается относительно другого, должна возникать упругая сила, стремящаяся вернуть его в исходное положение. Именно этим свойством обладают твердые тела.

Вода, как и другие жидкости (и газы), в своем объеме не обладает упругостью сдвига. Основное свойство жидкости — текучесть. Это означает, что слои жидкости могут свободно смещаться друг относительно друга без возникновения существенных возвращающих сил. Модуль упругости сдвига для идеальной жидкости равен нулю ($G=0$). По этой причине внутри объема воды поперечные упругие волны распространяться не могут. В толще воды могут распространяться только продольные волны (звук), которые представляют собой чередование областей сжатия и разрежения и существуют за счет объемной упругости.

Однако, когда речь идет о поверхности воды, ситуация иная. На границе раздела двух сред (воды и воздуха) возникают волны, которые мы наблюдаем в повседневной жизни. Движение этих волн возможно благодаря наличию двух возвращающих сил: силы тяжести (для гравитационных волн) и силы поверхностного натяжения (для капиллярных волн, или ряби). Частицы воды в поверхностных волнах движутся по сложным траекториям, близким к эллиптическим или круговым, то есть они колеблются как в вертикальном (поперечном), так и в горизонтальном (продольном) направлении. Таким образом, поверхностные волны на воде имеют поперечную составляющую.

Следовательно, на поставленный вопрос нет однозначного ответа "да" или "нет" без уточнения. В физике под распространением волн в среде обычно понимают распространение в ее объеме.

Ответ: В объеме воды поперечные волны распространяться не могут, так как у жидкости отсутствует упругость сдвига. Однако на свободной поверхности воды могут распространяться поверхностные волны, которые имеют поперечную составляющую (колебания частиц вверх-вниз), обусловленную действием сил тяжести и поверхностного натяжения.