Общие знания

10 лучших примеров поперечных волн в реальной жизни

Волны можно описать как распространяющие динамические возмущения одной или нескольких величин. Научное изучение волн восходит к 17 веку, хотя его концепция существовала гораздо дольше.

Существует множество форм волн, которые можно анализировать, углубляясь в эту тему. В то время как большинство из них имеют одинаковое поведение, некоторые волны можно отличить от других на основе их свойств.

Одним из способов их характеристики является то, как они движутся в определенной среде, что приводит к двум примечательным категориям: поперечные и продольные волны. В этой статье мы остановимся на первой из них.

Что такое поперечная волна?

Когда вы представляете себе волну, вы, вероятно, представляете себе волнистую линию с пиками и впадинами. Именно так выглядит поперечная волна. Это движущаяся волна, которая колеблется перпендикулярно направлению своего распространения.

Поперечные волны могут быть электромагнитными или механическими по своей природе. Электромагнитные волны, как световые или радиоволны, не нуждаются в среде для перемещения. Напротив, механические волны - это возмущения, которые распространяются через среду. В то время как механические волны могут быть как продольными, так и поперечными, электромагнитные волны всегда являются поперечными.

Поперечные волны обычно возникают в упругих твердых телах, где твердые частицы смещаются от своего начального положения, колеблясь в направлениях, перпендикулярных распространению волны.

Простую демонстрацию этой волны можно создать, быстро переместив веревку вверх и вниз. Когда веревка движется вверх и вниз, она образует пики и впадины. Расстояние между двумя соседними пиками или впадинами - это длина волны поперечной волны.

Частицы в веревке не переносятся по волне: они просто движутся вверх и вниз, поскольку энергия передается слева направо через среду (веревку).

Чтобы лучше объяснить это явление, мы перечислили несколько хороших примеров поперечных волн, которые люди видят в своей повседневной жизни.

10. Колебания гитарной струны

Форма: Механическая волна

Все типы струнных инструментов - гитары, скрипки, пианино - содержат натянутые струны, которые колеблются при щипании. Это колебание в струне производит звук. Нота зависит от частоты вибрирующей пружины, которая, в свою очередь, зависит от трех параметров:

  • Длина строки
  • Напряжение в струне
  • Масса на единицу длины струны

Хотя вибрации в гитарных струнах являются поперечными волнами, звук, который они производят, носит продольный характер. В звуковых волнах частицы движутся в том же направлении, что и волна.

9. Рябь на поверхности воды

Форма: Поверхностные волны

Волны, образовавшиеся в небольшом изолированном водоеме из-за возмущения внешним объектом, имеют поперечный характер. Когда рябь движется по поверхности воды в сферическом направлении наружу, молекулы воды колеблются вверх и вниз.

Другими словами, волны воды распространяются горизонтально, а ее частицы вибрируют под углом 90 градусов к направлению распространения волны (пульсации).

Можно представить себе это, бросив перо в воду, а затем бросив камень в нескольких метрах от пера. Рябь появится из точки, где камень ударился о воду, и будет двигаться наружу по кругу. Когда перо соприкасается с этими пульсациями, оно будет двигаться вверх и вниз (перпендикулярно движению пульсаций).

8. Гамма-лучи

Иллюстрация испускания гамма-лучей из ядра атома

Форма: электромагнитное излучение

Гамма-лучи обладают наибольшей энергией и наименьшими длинами волн из всех волн электромагнитного спектра. Они образуются в результате молний, ядерных взрывов и радиоактивного распада. В космосе они генерируются большинством энергетических тел, таких как пульсары, нейтронные звезды, черные дыры и взрывы сверхновой.

Эти волны иногда используются для лечения рака в организме путем разрушения ДНК опухолевых клеток. Но поскольку это ионизирующие лучи, с ними обращаются очень осторожно. В радиохирургии "Гамма-нож", например, используется специальное оборудование, позволяющее фокусировать почти 200 крошечных лучей радиации на опухолевые клетки и другие мишени с субмиллиметровой точностью.

7. Волна в спортивном стадионе

Форма: Механическая волна

Вы когда-нибудь посещали матч на стадионе и смотрели, как толпа исполняет "волну"? Это метахрональный ритм, достигаемый на переполненном стадионе, когда зрители (сидящие в последовательных рядах) ненадолго встают, поднимают руки и кричат, а затем возвращаются в свое обычное сидячее положение.

Если вы посмотрите издалека, вы увидите волну стоящих зрителей, проходящих через аудиторию, несмотря на то, что люди не отходят от своих мест.

6. Радиоволны

Форма: Электромагнитные волны

Подобно ряби на воде, радиоволна представляет собой серию повторяющихся пиков и впадин. Эти волны имеют самую большую длину волны в электромагнитном спектре - от 1 миллиметра до более 100 километров.

Они широко используются в стандартном радиовещании и телевидении, сотовой телефонии, управлении воздушным движением и устройствах/игрушках с дистанционным управлением. Даже цифровое радио, как наземное, так и спутниковое, использует радиоволны для повышения четкости и громкости звука. Многие операционные системы искусственных спутников и ракеты активируются радиосигналами.

Радиотелескопы используются для обнаружения сигналов, поступающих с далеких планет, звезд, галактик и черных дыр. Анализируя эти сигналы, исследователи могут узнать гораздо больше о местоположении, химическом составе и движении этих космических источников.

5. Микроволновая печь

Форма: Электромагнитные волны

Как и радиоволны, микроволны - это тип электромагнитного излучения, имеющий широкий спектр применения, включая радар, связь и приготовление пищи. Они также используются в современных технологиях, например, в системах бесключевого входа, системах предотвращения столкновений, дистанционном зондировании и спектроскопии.

Микроволны имеют длину волны от 1 миллиметра до 1 метра с частотами от 300 ГГц до 300 МГц. Эта область далее разделена на несколько полос частот с такими обозначениями, как L, S, C, X и K.

4. Рентгеновские лучи

Форма: электромагнитное излучение

Рентгеновский снимок известен своей способностью видеть сквозь человеческую кожу и раскрывать изображения костей под ней. Последние технологические достижения привели к появлению более сфокусированных, мощных рентгеновских лучей и еще более широкому применению этих поперечных волн, от обнаружения переломов до уничтожения опухолевых клеток.

Рентгеновские лучи имеют гораздо более короткие длины волн, чем ультрафиолетовый и видимый свет. Большинство из них имеют длину волны от 10 нанометров до 10 пикометров, что позволяет визуализировать структуры гораздо меньшего размера, чем можно увидеть с помощью обычного оптического микроскопа.

Они также используются искусствоведами, чтобы определить, было ли изображение закрашено поверх существующего произведения. В астрономии спутники с рентгеновскими детекторами используются для изучения комет, звезд, черных дыр и остатков сверхновых.

3. S-волна

Форма: сейсмическая волна

Сейсмические волны проходят через слои Земли. Они возникают из-за извержений вулканов, землетрясений, движения магмы, крупных оползней и мощных взрывов, произведенных человеком.

Наиболее распространенными типами сейсмических волн являются P (первичные) волны и S (вторичные) волны. Последние имеют поперечный характер. Это второй тип волн, которые можно идентифицировать на сейсмограмме землетрясения (после P-волн), потому что они медленнее распространяются в горных породах.

S-волны не могут проходить через расплавленное внешнее ядро ​​Земли, но они обычно более разрушительны, чем P-волны, поскольку их амплитуда в несколько раз выше. Движение S-волн создает эффект качения по поверхности, который может вызвать повреждение любых конструкций.

2. Инфракрасное излучение

Форма: электромагнитное излучение

Хотя мы не видим инфракрасное излучение, мы можем ощущать энергию этих волн как тепло. Тепловое излучение, излучаемое большинством объектов вблизи комнатной температуры, является инфракрасным.

Многие бытовые приборы, такие как тостеры и тепловые лампы, используют инфракрасное излучение для передачи тепла. Лампа накаливания преобразует почти 90% электрической энергии в инфракрасное излучение; только 10% преобразуется в энергию видимого света.

Различные устройства связи точка-точка полагаются на энергию инфракрасного излучения. Например, пульт дистанционного управления посылает инфракрасные импульсы на устройство, которое он направляет. Эти импульсы кодируются специальными командами, такими как увеличение/уменьшение громкости или включение/выключение питания. Приемник устройства декодирует эти импульсы в данные, которые может понять микропроцессор устройства.

1. Видимый свет

Преломление белого света через призму

Форма: электромагнитное излучение

Наиболее распространенным примером поперечной волны является видимый свет, длина волны которого обычно находится в диапазоне от 400 до 700 нанометров. Его также можно описать в терминах потоков фотонов (безмассовых пакетов энергии), каждый фотон движется со скоростью 299 792 458 метров в секунду в вакууме.

Свет - единственный источник пищи для всех живых организмов, за исключением нескольких хемотрофных организмов, таких как бактерии. Есть сотни научных и коммерческих применений световой энергии. Его можно отражать, преломлять или собирать, чтобы видеть объекты.

Свойства света, такие как интенсивность, частота, направление распространения и поляризация, используются для создания оптических устройств, таких как микроскопы и телескопы, которые позволяют людям видеть объекты, которые нельзя увидеть невооруженным глазом.

Естественный свет от солнца собирается для создания электричества. Искусственные источники света, такие как лазер, используются в оптической связи, лазерной хирургии, лечении кожи, приводах оптических дисков, волоконно-оптических, режущих и сварочных материалах, а также в производстве полупроводниковых чипов (фотолитография).

Астрономы также используют свет для понимания структуры и свойств небесных тел. Космические и наземные телескопы улавливают видимый свет для наблюдения и изучения поверхности нашей планеты.

Back to top button