Номер 7, страница 167 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 34. Распространение колебаний в среде. Волны. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - номер 7, страница 167.

7. Почему поперечные волны не распространяются в жидких и газообразных средах?

7. Решение

Волны можно разделить на два типа по направлению колебаний частиц среды: поперечные и продольные. Понимание их различий является ключом к ответу на вопрос.

Продольные волны — это волны, в которых частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны. Эти волны представляют собой чередование областей сжатия и разрежения. Для их существования среда должна сопротивляться изменению объема, то есть обладать упругостью объема. Этим свойством обладают и твердые тела, и жидкости, и газы.

Поперечные волны — это волны, в которых частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Для передачи таких колебаний от одного слоя среды к другому необходимо наличие между слоями силы упругости, которая возникает при их сдвиге друг относительно друга. Иными словами, среда должна обладать упругостью формы (или упругостью сдвига), то есть сопротивляться изменению своей формы.

Свойства различных сред в этом контексте кардинально отличаются:

Твердые тела имеют жесткую кристаллическую решетку или прочные межмолекулярные связи. Благодаря этому они сопротивляются как сжатию, так и сдвигу. Поэтому в твердых телах могут распространяться оба типа волн: и продольные, и поперечные.

Жидкости и газы, напротив, являются текучими средами. Молекулы в них не связаны в жесткую структуру и могут легко перемещаться. Из-за этого жидкости и газы практически не сопротивляются деформации сдвига — они просто принимают форму сосуда. Отсутствие сопротивления сдвигу означает, что в них не возникает упругая сила, способная вернуть смещенный слой частиц обратно. Таким образом, у них отсутствует упругость формы.

С точки зрения математической физики, скорость поперечных волн $v_s$ зависит от модуля сдвига $G$ и плотности $\rho$ как $v_s = \sqrt{G/\rho}$. Поскольку для жидкостей и газов модуль сдвига $G \approx 0$, скорость распространения поперечных волн в их объеме также равна нулю.

Важно отметить, что на поверхности жидкости могут существовать волны (например, рябь на воде), которые имеют поперечную составляющую. Однако их природа связана не с упругостью сдвига в объеме, а с силами поверхностного натяжения и силой тяжести, которые выступают в роли возвращающих сил. Эти волны не проникают вглубь жидкости.

Ответ:

Поперечные волны не распространяются в жидких и газообразных средах, потому что эти среды не обладают упругостью формы (сдвига). Для распространения поперечной волны необходима сила, возвращающая смещенные перпендикулярно движению волны слои среды в исходное положение. В жидкостях и газах такой силы не возникает, так как их молекулы могут свободно скользить друг относительно друга.