Волны

От ног и клюва багрового ибиса расходятся волныВсе волны переносят энергию. Волны бывают самые разные, от морских (см. статью «Морские волны«) до электромагнитных — таких, как радиоволны (см. статью «Радио«). Все электромагнитные волны могут распространяться в космосе, где нет воздуха и вообще вещества. Свет — это единственный вид электромагнитных волн, который мы можем видеть. На рисунке багровый ибис. От его ног и клюва расходятся волны.

Что такое волна

Существуют волны разных видов, которые распространяются в различных веществах, называемых средами. Вода, стекло, воздух — все это среды. Волна переносит энергию в среде, заставляя частицы среды колебаться. Когда капля падает в жидкость, от места падения кругами расходятся волныКогда капля падает в жидкость, от места падения кругами расходятся волны, уносящие энергию возбужденного участка жидкости. Волны ослабевают по мере удаления от места возмущения. Волна не вызывает постоянного возмущения среды, в которой она перемещается. Волны, созданные падением капли в жидкость, вызваны колебанием частиц жидкости. Постепенно их колебания за­тухают, они замирают на своих прежних местах, и жидкость успокаивается. Части­цы жидкости только колеблются, но не перемещаются вместе с волной. Как и частицы жидкости, качающаяся на волнах птица тоже не перемещается с проходящей волной. В зависимости от направления колебаний частиц среды, волны делятся на продольные и поперечные. Поперечные вол­ны (например, морские) — это такие вол­ны, при которых частицы среды колеблются под прямым углом к направлению волны.

Если направление распространения волн совпадает с направлением колебаний частиц среды, такие волны называют продольными. В таких волнах части­цы движутся взад-вперед, подобно кольцам пружины, когда она сжимается и разжимаются. Звуковые волны (см. статью «Звук«) относятся к про­дольным. Они переносят звук от ме­ста его возникновения — скажем, от музыкального инструмента. Например, колебания воздуха в саксофоне приводит к возникновению звуковых волн.

Характеристики волн 

Поперечная волна — это постоянное чередование высших точек (пиков) и низших (впадин). Волна характеризуется частотой, длиной волны (расстоянием между соседними пиками) и амплитудой — высотой пика, отсчитанной от исходного положения. Амплитуда убывает по мере того, как волна удаляется от источника возмущения и теряет энергию. Частота — это число колебаний одной точки среды за секунду. Единица измерения частоты названа герцем в честь немецкого ученого Генри­ха Герца (1857 — 1894), первооткрывателя радиоволн (см. статью «Первые путешественники и первооткрыватели«).

Свойства волн 

При встрече с препятствием — барьером или иной средой — характер волны меняется. Глубокая и мелкая вода ведут себя как разные среды. Цунами — гигантские волны, замедляющие ход и вздымающиеся вверх при входе в мелкие прибрежные воды. При столкновении волн с препятствием происходит отражение, при входе в иную среду под углом — преломление, а при про­ходе через зазор — дифракция (волна меня­ет направление и рассеивается). До этих изменений волна называется первоначальной. Отражение – волна отражается от препятствия под тем же углом, под которым она падает на него. Преломление – волна, переходящая в новую среду, замедляется, и направление её меняется. Дифракция – чем больше длина волны, тем сильнее дифракция при прохождении небольших зазоров.

Если в одной точке одновременно встречаются два пика разных волн, они соединяются и образуют вдвое больший пик. Это явление называется усиливаю­щей интерференцией. Если пик совпадает со впадиной, то две волны нейтрализуют друг друга и исчезают. Имеет место ослабляющая интерференция. Волны, образующиеся при падении в воду двух предметов, дают нам пример усиливающей и ослабляющей интерференции.

Электромагнитные волны 

Электромагнитные волны — это распространение колебаний в электрических и магнит­ах полях. Все они, кроме световых, невидимы. Свойства их зависят от длины волны и частоты. Так, рентгеновские лучи используют для фотосъемки внутренних органов человека радиоволны  — для радиосвязи.  В электромагнитном спектре волны расположены в соответствии с их длиной или частотой. Гамма лучи (см. статью «Ядерная энергия и радиоактивность») способны убивать живые клетки. Медики стерилизуют ими свои инструменты, убивая таким образом все бактерии. Электромагнитные волны, расположенные в соответствии с длиной волны и частотой, составляют спектр. Начинает­ся он с коротких высокочастотных волн и заканчивается длинными низкочастотными. Все эти волны распространяются со скоростью света, т.е. 300 000 км/с.

Рентгеновские лучи 

Рентгеновские лучи преодолевают почти все мягкие преграды, но плотные, твердые барьеры для них непроницаемы. Действие рентгеновского аппарата основано на том факте, что лучи проникают сквозь мягкую ткань, но кости и случайно проглоченные предметы задерживают их. Рентгеновские лучи используют также в аэропортах для проверки содержимого багажа.

Ультрафиолетовое излучение 

Ультрафиолетовое излучение распо­ложено сразу за границей фиолетового конца видимого спектра. Энергии оно несет больше, чем видимый свет, и может стать причиной химических реакций. Солнечные ультрафиолетовые лучи создают коричневый краситель меланин и вызывают загар. Долгое пребывание под ультрафиолетовыми лучами ведет к повышению уровня ме­ланина, что может вызвать рак кожи. В атмосфере имеется озоновый слой, задерживающий большую часть ультрафиолетовых лучей.

Возле глаз гремучей змеи есть органы, способные улавливать инфракрасные лучиИнфракрасное излучение 

Все горячие тела, в т.ч. и Солнце, испускают инфракрасные лучи. Они переносят на Землю тепло Солнца, передают нам тепло костра. Инфракрасные камеры, установ­ленные на спутниках, пе­редают ученым важнейшую информацию для анализа климата. Возле глаз гремучей змеи есть органы, способные улавливать инфракрасные лучи.

Микроволновое излучение 

Микроволновое излучение — это коротковолновые радиоволны, широко применяемые в связи и в промышленности, поскольку ими легко управлять и посылать их в нужном направлении. В микроволновых печах молекулы, из которых состоят пищевые продукты, интенсивно колеблются, причем по всему объёму тела, так как излучение пронизывает пишу насквозь. Поэтому еда готовится и подогревается быстрее, чем в обыкновенной духовке. Микроволновое излучение используется для международной телефонной связи. Микроволновые пучки перелаются на спутник, а оттуда — на при­емник в другой стране. Микроволновые пучки способны переносить больше телефонных разговоров, чем провода.

Радары 

В радарах микроволновое излучение используется для слежения за отдаленными объектами — самолетами, кораблями. Передатчик посылает пучок волн, они отражаются от твердого тела и возвращаются к приемнику. Полученная информация преобразуется в изображение на экране, позволяющее определить положение и скорость объекта. Это излучение отражался от дождевых капель, поэтому радар — незаменимый прибор для метеорологов. Летучие мыши – это тоже радары. Охотясь, они издают очень тонкий писк. По отражению звуковых волн мыши находят добычу.