Современный мир полон волн, они находятся в нашей повседневной жизни, мы можем обнаружить звуковые волны — в музыке, механические — в колебании струн,  электромагнитные волны в электричестве  и при свете.

    • Итак, что же такое волны? Они не имеют ни цвета, ни запаха, ни формы. Волны, скорее, представляют собой процесс или некое состояние, которые мы можем описать математически и отнести к каким-либо физическим явлениям.
    • Зато волны обладают свойствами,  и одним из них является способность передавать энергию из одной точки в другую, подобно любому передвигающемуся объекту.  С этим свойством мы, так же, можем столкнуться в повседневной жизни. Например, при шторме, сила морской волны настолько велика, что способна переместить камень весом в тонну, при сжигании угля, мы пользуемся продуктом сгорания, а солнечные батареи способны трансформировать одну десятую солнечной энергии в электрическую.
    • Ещё одним свойством волны является линейность. Она проявляется в способности колебаний одной волны не влиять на колебания другой, а проходить параллельно. Например, при разговоре двух людей, звуковые волны не отражаются, а, как бы, накладываются, друг на друга.

    Волны – это фундаментальное понятие в физике, на котором основываются многие явления и процессы в природе и быту. Ещё Леонардо да Винчи писал в пятнадцатом столетии о волнах: «Импульс гораздо быстрее воды, потому что многочисленны случаи, когда волна бежит от точки возникновения, а вода не двигается с места…»

    Типы волн

    Бегущие волны

    Волны, подчиняющиеся синусоидальному закону. Характеристиками таких волн являются скорость, период и длина волны.

    Бегущие волны на воде

    Бегущие волны на воде

    Скорость распространения волны характеризует перемещение фаз в пространстве и зависит, сколько не от частоты, а от среды, в которой протекает волна.

    Модели бегущих и стоячих волн

    Галилео. Эксперимент. Резонанс от волны

    Впервые скорость распространения волны в воде была выведена в 1828 году, в Швейцарии. Опыт был проведен следующим образом:  ночью, в спокойную и тихую погоду, на большом расстоянии в пруду размещались две лодки. На одной из них человек зажигал порох, а под водой ударял в колокол, другой человек, находящийся во второй лодке, замерял разницу во времени между звуком и вспышкой света. Скорость распространения волны под водой составляет 1040 м/сек, в то время, как в воздухе эта величина 330 м/сек.

    Стоячие волны

    Стоячие волны представляют собой сумму подающей и отраженной волны. Для образования таких видов волн, необходимо, чтобы интенсивность падающей и отраженной волны была одинакова.

    Стоячие волны

    Стоячие волны

    В идеальном случае, в стоячей волне переноса энергии не осуществляется. Но, так как идеальной модели в мире  не существует, то перенос всё же осуществляется.

    Бегущие волны на воде

    Примером стоячей волны может служить пластмассовая трубка изогнутая синусоидально, через которую протянут шнур. Перемещая трубку горизонтально,  имитируется бегущая волна с некоторой скоростью. Далее, вращают трубку вокруг оси, получая синфазное изменение амплитуды.

    Звуковые волны

    С помощью звуков, человек получает большее количество информации. Человеческое ухо способно воспринимать звуки частотой от 20 до 20000 Гц. Распространение звуков осуществляется не только в воздухе, но и в других средах. Под водой, например, отчетливо различимы звуки мотора лодки, а «слухачи» прислушивались к звукам, издаваемые противником.

    Звуковые волны

    Звуковые волны

    С помощью звуковых волн, человек так же осуществляет общение, поэтому учение о звуке представляет собой большой раздел, который именуется акустикой. Для того, чтобы звук лучше воспринимался органами слуха, он так же должен обладать соответствующей интенсивностью, или, проще говоря, громкостью. Наиболее оптимальный диапазон для человека составляет 1000-4000 Гц.

    Звуковые волны ( звуки музыки ) - Наука 2.0

    Музыка играет в нашей жизни огромное значение. Её звучание является гармоничным. Тогда в чем секрет приятного звучания того или иного звука? Дело в том, что чистый звук обладает определенным количеством колебаний, звуки, не обладающие оным, являются раздражающими, то есть обычным шумом.

    В 1780-е годы немецкий музыкант и физик Эрнст Хланди предложил оригинальный способ измерения звуковых волн. Он с помощью звука вызвал вибрацию тонкой металлической пластинки с порошком на поверхности, и нашел, что порошок собирается в различные рисунки за счет интерференции вибраций. Затем он вывел формулы для вычисления свойств звука, исходя из рисунков, которые получились.

    Впервые звук удалось записать американскому изобретателю Томасу Алва Эдисону с помощью фонографа в 1877 году. Эта система функционировала с помощью давления звуковых волн, которое двигало иголку вверх-вниз, а та выцарапывала углубления на куске оловянной фольги, намотанной на вращающий цилиндр.

    Фонограф Эдисона пользовался огромным успехом, но имел и недостатки. Например, запись могла производиться лишь единожды.

    Электромагнитные волны

    Изучение электромагнитных волн имеет огромное значение, и это явление оказало воздействие на все сферы жизни человека.

    Впервые электромагнитные волны были обнаружены Г. Герцем (1857-1894) при проведении им классических опытов. Для возбуждения электромагнитных волн, был применен искровой генератор. Колебания он смог обнаружить с помощью резонатора, наблюдая через лупу за возникновением мелких искр.

    Шкала электромагнитных волн 1

    Шкала электромагнитных волн 1

    Шкала электромагнитных волн 2

    Шкала электромагнитных волн 2

    Одним из самых выдающихся применений передачи электричества  является создание в 1837 году телеграфного устройства американскими изобретателями Сэмюэлом Морзе и Альфредом Вэйлом. Так же они подарили жизнь азбуке Морзе – системе кодировки, представляющей собой электрические сигналы, в виде «точек» и «тире», передаваемых по проводу. Далее этот код переводился в слова. Азбука Морзе стала использоваться в военной инфраструктуре США в конце 19-го века и далее Европа и Америка соединились  трансатлантическим кабелем.

    Электромагнитный спектр

    Радиоволны

    Появление радиоволн значительно изменило жизнь общества, обеспечивая бесперебойную связь и передачу информации без использования телефонных проводов и кабелей.

    В 1988 г. Генрих Герц стал первым ученым, кто смог генерировать радиоволны. Он создал «дипольную антенну», в которой для генерирования радиоволн используются.  высокочастотные колебания зарядов в длинном проводе, возбуждающиеся при внезапном разряде через искровой промежуток.

    Вторая такая же антенна находилась в удалении от первой, и когда в её промежутке возникала искра, было ясно, что она создана электромагнитной волной.

    Появлением радио, кстати говоря, человечество обязано Николе Тесла, который создал антенны, способные передавать радиосигналы высокой частоты на большие расстояния (1890-е).

    Электромагнитный спектр – это «континуум» излучаемых волн, с потенциально бесконечным диапазоном. Этот спектр представляет собой бесконечное количество волн различной длины. По мере уменьшения длины волны, увеличивается частота и проникающая способность волны. Однако скорость распространения в вакууме всех волн одинакова.

    Микроволны – являются радиоволнами с самой короткой длиной. От 1 см до 100 мкм, широко используются в быту, например в микроволновых печах.

    Инфракрасные лучи – можно обнаружить в любых нагретых телах. Это и есть тепло. Прямое изображение в инфракрасном свете стало возможно в 50-х годах 20-го века, когда были изобретены детекторы, чувствительные к длинам волн. Они способны превращать инфракрасное излучение в видимое, а так же отображать тепловые зоны.

    Ультрафиолетовые – коротковолновое излучение. Так как фотоны этого излучения являются энергичными, то они являются опасными для живых организмов. Многие цветы окрашены ультрафиолетовым светом. Эта адаптация способствует опылению, привлекая к себе насекомых, способных различать ультрафиолетовое излучение.

    Рентгеновские лучи – эти лучи несут большое количество энергии, и так же, являются опасными для живых клеток.

    Заключение

    Казалось бы, невидимая, не имеющая ни запаха, ни материального представления, волна способна стать инструментом для многих изобретений, она может принимать форму, приобретать свойства и признаки. Открытие волн, а так же их применение, сыграло колоссальную роль в науке и технике. Важно, что открытие волн послужило «ступенькой» для дальнейшего развития прогресса.

    Электромагнитные волны