Що таке стояча хвиля
Стояча хвиля - це явище інтерференції в результаті накладення двох зустрічних, паралельно йдуть один на одного сигналів. Вона виникає при відображенні сигналу від перешкоди. Прикладами стоячих хвиль можуть бути коливання струн або повітря в музичних інструментах.
Стоячі хвилі можуть утворюватися при різних умовах. Цей феномен найлегше продемонструвати в умовах обмеженого простору. Такого ефекту можна домогтися за допомогою комбінування двох коливань з однаковою довжиною хвилі, що поширюються в протилежних напрямках. Інтерференція двох сигналів дає результуючу хвилю, яка, на перший погляд, не рухається (тобто стояча).
Важливою умовою є те, що енергія повинна надходити в систему з певною швидкістю. Це означає, що частота збудження повинна бути приблизно дорівнює власній частоті коливань. Таке поняття також відомо як резонанс. Стоячі хвилі завжди пов'язані з резонансом. Виникнення резонансу можна визначити по різкого збільшення амплітуди результуючих коливань. На створення стоячих хвиль витрачається набагато менше енергії, в порівнянні з біжать хвилями, що мають такі ж амплітуди.
Не варто забувати і про те, що в будь-якій системі, де є стоячі хвилі, є і численні власні частоти. Різноманіття всіх можливих стоячих хвиль відомо як гармоніки системи. Найпростіша з гармонік називається фундаментальною або першої. Наступні стоячі хвилі називаються другий, третя і т.д. Гармоніки, які відрізняються від фундаментальної, іноді називають подтекстовая.
Види стоячих хвиль
Залежно від фізичних характеристик існують кілька видів стоячих хвиль. Всі їх можна умовно розділити на три великі групи: одномірні, двовимірні і тривимірні.
Одномірні стоячі хвилі з'являються тоді, коли є плоске замкнутий простір. В цьому випадку хвиля може поширюватися тільки в одному напрямку: від джерела до кордону простору. Існують три підгрупи одновимірних стоячих хвиль: з двома вузлами на кінцях, з одним вузлом посередині і з вузлом на одному з кінців хвилі. Вузол - це точка з найменшою амплітудою і енергією сигналу.
Двовимірні стоячі хвилі виникають в разі, коли коливання поширюються в двох напрямках від джерела. Після відбиття від перешкоди виникає стояча хвиля.
Тривимірні стоячі хвилі - це сигнали, що поширюються в просторі з кінцевою швидкістю. Вузли при такому вигляді коливань будуть являти собою двовимірні поверхні. Це значно ускладнює їх дослідження. Прикладом таких хвиль може служити орбіта руху електрона в атомі.
Практичне значення стоячих хвиль
Стоячі хвилі мають велике значення в музиці, так як звук є комбінацією декількох коливань. Правильний розрахунок довжини і жорсткості струн дозволяє домогтися найкращого звучання того чи іншого інструмента.
Стоячі хвилі також дуже важливі в фізиці. У методі дослідження частинок за допомогою рентгенівської спектроскопії обробка відбитого сигналу дозволяє з'ясувати приблизний кількісний і якісний склад об'єкта.