Хвилі - це поширення збурення в середовищі, яке передає енергію з одного місця в інше. Існує багато різних типів хвиль, включаючи звукові хвилі, поверхневі хвилі, сейсмічні хвилі та електромагнітні та світлові хвилі.
Є два основних способи коливання середовища щодо напрямку поширення хвилі: поперечно та поздовжньо. Ось приклади обох типів хвиль та фізики, що стоїть за ними.
Поперечні хвилі
Поперечний хвильовий рух виникає, коли точки в середовищі коливатися під прямим кутом до напрямку руху хвилі. Якщо хвиля рухається зліва направо, частинки середовища будуть вібрувати вгору і вниз на своєму місці.
Приклади поперечних хвиль включають хвилі на струні або хвилю, яку створює натовп стадіону на балі гра (де хвиля рухається навколо стадіону, тоді як окремі люди просто рухаються вгору та вниз у своєму місця).
Електромагнітні хвилі, або світлові хвилі, є поперечний. Поширюючись, електричне та магнітне поля коливаються перпендикулярно напрямку руху. Електромагнітні хвилі, на відміну від механічних хвиль, які потребують середовища, можуть поширюватися у вакуумі космосу. Ось так Земля може отримувати сонячне і зоряне світло за мільярди світлових років.
Іншим прикладом поперечної хвилі є мембрана барабана при ударі; мембрана рухається вгору-вниз, коли хвилі рухаються по її поверхні. Коли мембрана вібрує таким чином, вона створює звукові хвилі, що поширюються по повітрю, які є поздовжніми, а не поперечними.
Поздовжні хвилі
Поздовжні хвилі, також звані хвилі тиску та хвилі стиску, коливаються паралельно напрямку руху хвилі. Якщо хвиля рухається зліва направо, зміщення середовища також зліва направо, але коливається на місці, стискаючи та розтягуючи.
Коли звук рухається через середовище, таке як повітря, він викликає стиснення (області підвищеної щільності) і розрідження (області зниженої щільності) в повітрі під час руху. Різні типи звуків матимуть різний характер стиснення та розрідження.
Приклади поздовжніх хвиль включають звукові хвилі або хвилі, які ви можете створити, розтягнувши слизького уздовж підлоги і штовхаючи або тягнучи його по довжині. Ви також можете побачити ці хвилі у воді та інших рідинах або на землі - але ці приклади можуть мати і поперечні хвилі.
Водні хвилі та землетруси
Вода і земля - середовища, які переживають обидва поперечний і поздовжні хвилі. Землетруси мають обидва типи хвиль, тоді як водні хвилі мають особливу комбінацію поперечних і поздовжніх, які називаються поверхневими хвилями.
У сейсмології, що вивчає землетруси, існує два основних типи хвиль: p-хвилі і s-хвилі. Р-хвилі, або первинні хвилі, є поздовжніми, де земля стискається і розтягується у напрямку поширення хвилі.
S-хвилі, або вторинні хвилі, є поперечними, де земля рухається вгору-вниз, коли хвиля рухається. Первинні хвилі швидші за вторинні, і тому їх часто виявляють першими під час землетрусу.
У воді та інших рідинах хвилі складніші. Частинки води на поверхні рухатимуться вгору-вниз, коли хвиля проходить - поперечний рух - але вони також зазнає стиснення у верхній частині хвилі та розрідження внизу - поздовжнього руху. Насправді, якщо ви будете слідувати за однією частинкою води на поверхні, коли хвилі брижать повз неї, ви насправді побачите, як вона рухається по колу! Вони називаються поверхневими хвилями.
Далеко від поверхні всі хвилі в рідині поздовжні, оскільки об’ємні рідини не є достатньо жорсткими середовищами, щоб передавати енергію поперечно. Насипні тверді речовини, однак, можуть витримувати поперечні хвилі.