Стояча хвиля так чи все просто

Будь-яка хвиля являє собою коливання. Коливатися може рідина, електромагнітне поле або будь-яка інше середовище. У повсякденному житті кожна людина щодня стикається з тим чи іншим проявом коливань. Але що таке стояча хвиля?

Уявіть собі містку ємність, в яку налита вода - це може бути тазик, відро або ванна. Якщо тепер по рідини поплескати долонею, то від центру зіткнення на всі боки побіжать хвилеподібні гребені. До речі, вони так і називаються - біжать хвилі. Їх характерна ознака - перенесення енергії. Однак, змінюючи частоту ударів, можна домогтися практично повного видимого їх зникнення. Виникає враження, що маса води стає желеподібної, а рух відбувається тільки вниз і вгору. Стояча хвиля - це і є дане зміщення. Дане явище виникає тому, що кожна пішла від центру удару хвиля досягає стінок ємності і відбивається назад, де перетинається (інтерферує) з основними хвилями, що йдуть в протилежному напрямку. Стояча хвиля з'являється лише в тому випадку, якщо відображені і прямі збігаються по фазі, але різні за амплітудою. В іншому випадку вищевказаної інтерференції не відбувається, так як одна з властивостей хвильових збурень з різними характеристиками - це здатність співіснувати в одному і тому ж обсязі простору, не спотворюючи один одного. Можна стверджувати, що стояча хвиля є сумою двох зустрічно спрямованих біжать, що призводить до падіння їх швидкостей до нуля.

Чому ж в наведеному прикладі вода продовжує коливатися в вертикальному напрямку? Дуже просто! При накладенні хвиль з однаковими параметрами в певні моменти часу коливання досягають свого максимального значення, звані пучностями, а в інші повністю гасяться (вузли). Змінюючи частоту ударів, можна як повністю погасити горизонтальні хвилі, так і посилити вертикальні зміщення.

Не менш цікаве явище Резонансу Шумана. Воно полягає в тому, що при деяких умовах (жодна із запропонованих гіпотез поки не прийнята за єдино вірну) в просторі між земною поверхнею і нижньою межею іоносфери виникають стоячі електромагнітні хвилі, частоти яких лежать в низькому і наднизькому діапазонах (від 7 до 32 герц ). Якщо утворилася в проміжку «поверхню - іоносфера» хвиля обігне планету і потрапить в резонанс (збіг фаз), то зможе існувати тривалий час без загасання, самоподдержіваясь. Резонанс Шумана представляє особливий інтерес тому, що частота хвиль практично збігається з природними альфа-ритмами людського мозку. Наприклад, дослідженнями даного явища вУкаіни займаються не тільки фізики, а й така велика організація, як «Інститут мозку людини».

На стоячі електромагнітні хвилі звернув увагу ще геніальний винахідник Нікола Тесла. Вважається, що він міг використовувати це явлене інтерференції хвиль в деяких своїх пристроях. Одним з джерел їх появи в атмосфері прийнято вважати грози. Електричні розряди збуджують електромагнітне поле і генерують хвилі.