РАСПРОСТРАНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЛН
Ознакомимся с процессом распространения волн более детально. Проследим за движением отдельных частиц вещества при волновом движении. Сначала рассмотрим поперечную волну, которая распространяется, например, вдоль резинового шнура. Каждый участок шнура обладает массой и упругостью. При деформации шнура в любом его сечении появляются силы упругости. Эти силы стремятся возвратить шнур в исходное положение. Благодаря инертности участок колеблющегося шнура не останавливается в положении равновесия, а проходит его, продолжая двигаться до тех пор, пока силы упругости не остановят этот участок в момент максимального отклонения от положения равновесия. Вместо шнура возьмем цепочку одинаковых металлических шаров, подвешенных на нитях. Шары связаны между собой пружинками (рис. 108). Масса пружинок много меньше массы шаров. В этой модели инертные (масса) и упругие свойства разделены: масса сосредоточена в основном в шарах, а упругость — в пружинках. Это разделение несущественно при рассмотрении волнового движения. Если отклонить левый крайний шар в горизонтальной плоскости перпендикулярно цепочке шаров, то пружина деформируется и на 2-й шар начнет действовать сила, заставляя его отклоняться в ту же сторону, что и 1-й шар. Вследствие инертности движение 2-го шара не будет происходить согласованно с 1-м. Его движение, повторяющее движение 1-го шара, будет запаздывать по времени. Если 1-й шар заставить колебаться с периодом Т (просто рукой или с помощью какого-либо механизма), то 2-й шар тоже придет в колебательное движение вслед за 1 -м, но с некоторым отставанием по фазе. Третий шар под влиянием силы упругости, вызванной движением 2-го шара, тоже начнет колебаться, еще более отставая по фазе, и т. д. Наконец, все шары станут совершать вынужденные колебания с одной и той же частотой, но с различными фазами. При этом вдоль цепочки шаров побежит поперечная волна. На рисунке 109, а, б, в, г, д, е изображен процесс распространения волны. Показаны положения шаров в последовательные моменты времени, отстоящие друг от друга на четверть периода колебаний (вид сверху). Стрелки у шаров — это векторы скоростей их движения в соответствующие моменты времени. На модели упругого тела в виде цепочки массивных шаров, связанных пружинками (рис. 110, а), можно наблюдать процесс распространения продольных волн. Шары подвешены так, чтобы они могли колебаться только вдоль цепочки. Если 1-й шар привести в колебательное движение с периодом Т, то вдоль цепочки побежит продольная волна, состоящая из чередующихся уплотнений и разрежений шаров (рис. 110, б). Этот рисунок соответствует рисунку 109, е для случая распространения поперечной волны.