Կարող եք պատկերացնել, թե ինչ են մեխանիկական ալիքները՝ քարը ջուրը նետելով։ Շրջանակները, որոնք հայտնվում են դրա վրա և հանդիսանում են հերթափոխ տախտակներ և գագաթներ, մեխանիկական ալիքների օրինակ են։ Ո՞րն է դրանց էությունը: Մեխանիկական ալիքները թրթռումների տարածման գործընթացն են առաձգական միջավայրում:
Ալիքներ հեղուկ մակերեսների վրա
Նման մեխանիկական ալիքներ գոյություն ունեն հեղուկի մասնիկների վրա միջմոլեկուլային ուժերի և ձգողականության ազդեցության պատճառով: Մարդիկ վաղուց են ուսումնասիրում այս երեւույթը։ Առավել նշանավոր են օվկիանոսի և ծովի ալիքները: Քանի որ քամու արագությունը մեծանում է, դրանք փոխվում են, իսկ բարձրությունը մեծանում է: Ալիքների ձևն ինքնին նույնպես ավելի բարդ է դառնում: Օվկիանոսում դրանք կարող են սարսափելի չափերի հասնել։ Ուժի ամենավառ օրինակներից մեկը ցունամին է, որը տանում է ամեն ինչ իր ճանապարհին:
Ծովի և օվկիանոսի ալիքների էներգիա
Ափ հասնելիս ծովի ալիքներն ավելանում են խորության կտրուկ փոփոխությամբ։ Նրանք երբեմն հասնում են մի քանի մետր բարձրության: Նման պահերին ջրի հսկայական զանգվածի կինետիկ էներգիան փոխանցվում է ափամերձ արգելքներին, որոնք արագորեն ոչնչացվում են դրա ազդեցության տակ։ Սերֆի ուժը երբեմն հասնում է մեծ արժեքների:
Էլաստիկ ալիքներ
Մեխանիկայի մեջ ուսումնասիրվում են ոչ միայն հեղուկի մակերեսի թրթռումները, այլ նաև այսպես կոչված առաձգական ալիքները։ Սրանք շեղումներ են, որոնք տարածվում են տարբեր միջավայրերում դրանց մեջ առաձգական ուժերի ազդեցության ներքո: Նման շեղումը տվյալ միջավայրի մասնիկների ցանկացած շեղում է հավասարակշռության դիրքից։ Էլաստիկ ալիքների լավ օրինակ է երկար պարանը կամ ռետինե խողովակը, որը կցված է մի ծայրում ինչ-որ բանի: Եթե դուք պինդ քաշեք այն, ապա կողային կտրուկ շարժումով անհանգստություն ստեղծեք նրա երկրորդ (չֆիքսված) ծայրում, կարող եք տեսնել, թե ինչպես է այն «վազում» պարանի ողջ երկարությամբ դեպի հենարանը և արտացոլվում ետ:
Մեխանիկական ալիքների աղբյուր
Նախնական խառնաշփոթը հանգեցնում է միջավայրում ալիքի առաջացմանը: Այն առաջանում է ինչ-որ օտար մարմնի ազդեցությամբ, որը ֆիզիկայում կոչվում է ալիքի աղբյուր։ Դա կարող է լինել պարան ճոճող մարդու ձեռքը կամ ջուրը նետված խճաքարը։ Այն դեպքում, երբ աղբյուրի գործողությունը կարճատև է, միջինում հաճախ հայտնվում է միայնակ ալիք։ Երբ «խանգարողը» կատարում է երկար տատանողական շարժումներ, ալիքները սկսում են հայտնվել մեկը մյուսի հետևից:
Մեխանիկական ալիքների առաջացման պայմաններ
Այս տեսակի տատանումները միշտ չէ, որ ձևավորվում են: Դրանց արտաքին տեսքի համար անհրաժեշտ պայման է այն կանխող ուժերի միջավայրի խաթարման պահին առաջանալը, մասնավորապես՝ առաձգականությունը։ Նրանք հակված են միմյանց մոտեցնելու հարևան մասնիկները, երբ նրանք հեռանում են միմյանցից, և հրում նրանց միմյանցից, երբ մոտենում են միմյանց: Էլաստիկ ուժեր, որոնք գործում են հեռավորության վրամասնիկների խառնաշփոթի աղբյուրը, սկսում են դրանք դուրս բերել հավասարակշռությունից: Ժամանակի ընթացքում միջավայրի բոլոր մասնիկները ներգրավված են մեկ տատանողական շարժման մեջ։ Նման տատանումների տարածումը ալիքն է։
Մեխանիկական ալիքներ առաձգական միջավայրում
Առաձգական ալիքում միաժամանակ կա 2 տեսակի շարժում՝ մասնիկների տատանումներ և շեղումների տարածում։ Երկայնական ալիքը մեխանիկական ալիք է, որի մասնիկները տատանվում են դրա տարածման ուղղությամբ։ Լայնակի ալիքն այն ալիքն է, որի միջին մասնիկները տատանվում են դրա տարածման ուղղությամբ:
Մեխանիկական ալիքների հատկությունները
Երկայնական ալիքի խաթարումները լինում են հազվադեպություն և սեղմում, իսկ լայնակի ալիքում՝ միջավայրի որոշ շերտերի տեղաշարժեր (տեղաշարժումներ)՝ համեմատած մյուսների հետ։ Սեղմման դեֆորմացիան ուղեկցվում է առաձգական ուժերի ի հայտ գալով։ Այս դեպքում կտրվածքային դեֆորմացիան կապված է բացառապես պինդ մարմիններում առաձգական ուժերի առաջացման հետ։ Գազային և հեղուկ միջավայրերում այդ միջավայրերի շերտերի տեղաշարժը չի ուղեկցվում նշված ուժի ի հայտ գալով։ Իրենց հատկությունների շնորհիվ երկայնական ալիքները կարող են տարածվել ցանկացած միջավայրում, մինչդեռ լայնակի ալիքները կարող են տարածվել միայն պինդ մարմիններում։
Ալիքների առանձնահատկությունները հեղուկների մակերեսին
Հեղուկի մակերեսի ալիքները ոչ երկայնական են, ոչ լայնակի: Նրանք ունեն ավելի բարդ, այսպես կոչված, երկայնական լայնակի բնույթ։ Այս դեպքում հեղուկի մասնիկները շարժվում են շրջանաձև կամ երկարավուն էլիպսների երկայնքով։ Հեղուկի մակերեսի վրա մասնիկների շրջանաձև շարժումները և հատկապես մեծ տատանումների ժամանակ ուղեկցվում են դրանց դանդաղ, բայց շարունակական շարժումներով.շարժվում է ալիքի տարածման ուղղությամբ. Ջրի մեջ մեխանիկական ալիքների այս հատկություններն են, որոնք առաջացնում են ափին տարբեր ծովամթերքների տեսք։
Մեխանիկական ալիքի հաճախականություն
Եթե առաձգական միջավայրում (հեղուկ, պինդ, գազային) նրա մասնիկների թրթռումը գրգռված է, ապա դրանց փոխազդեցության շնորհիվ այն կտարածվի u արագությամբ։ Այսպիսով, եթե տատանվող մարմինը գտնվում է գազային կամ հեղուկ միջավայրում, ապա նրա շարժումը կսկսի փոխանցվել իրեն հարող բոլոր մասնիկներին։ Գործընթացի մեջ կներգրավեն հաջորդներին և այլն։ Այս դեպքում միջավայրի բացարձակապես բոլոր կետերը կսկսեն տատանվել նույն հաճախականությամբ, որը հավասար է տատանվող մարմնի հաճախությանը: Դա ալիքի հաճախականությունն է։ Այլ կերպ ասած, այս արժեքը կարող է բնութագրվել որպես ալիքի տարածման միջավայրում կետերի տատանումների հաճախականություն:
Հնարավոր է անմիջապես պարզ չլինի, թե ինչպես է այս գործընթացը տեղի ունենում: Մեխանիկական ալիքները կապված են տատանողական շարժման էներգիայի փոխանցման հետ իր աղբյուրից դեպի միջավայրի ծայրամաս: Արդյունքում առաջանում են այսպես կոչված պարբերական դեֆորմացիաներ, որոնք ալիքը տեղափոխում է մի կետից մյուսը։ Այս դեպքում միջավայրի մասնիկներն իրենք չեն շարժվում ալիքի հետ միասին։ Նրանք տատանվում են իրենց հավասարակշռության դիրքի մոտ։ Այդ իսկ պատճառով մեխանիկական ալիքի տարածումը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ մի տեղից մյուսը։ Մեխանիկական ալիքներն ունեն տարբեր հաճախականություններ։ Հետեւաբար, դրանք բաժանվեցին միջակայքերի և ստեղծեցին հատուկ սանդղակ: Հաճախականությունը չափվում է հերցով (Հց):
Հիմնական բանաձևեր
Մեխանիկական ալիքները, որոնց հաշվարկման բանաձևերը բավականին պարզ են, ուսումնասիրելու հետաքրքիր առարկա են: Ալիքի արագությունը (υ) նրա առջևի շարժման արագությունն է (բոլոր կետերի տեղանքը, որին հասել է միջավայրի տատանումը տվյալ պահին).
υ=√G/ ρ, որտեղ ρ-ը միջավայրի խտությունն է, G-ն առաձգականության մոդուլն է:
Հաշվարկելիս մի շփոթեք միջավայրում մեխանիկական ալիքի արագությունը միջավայրի մասնիկների շարժման արագության հետ, որոնք ներգրավված են ալիքի գործընթացում: Այսպիսով, օրինակ, ձայնային ալիքը օդում տարածվում է իր մոլեկուլների միջին թրթռման արագությամբ 10 մ/վ, մինչդեռ ձայնային ալիքի արագությունը նորմալ պայմաններում 330 մ/վ է։
Ալիքի ճակատը լինում է բազմաթիվ ձևերով, որոնցից ամենապարզներն են՝
• Գնդաձեւ - առաջանում է գազային կամ հեղուկ միջավայրի տատանումներից: Այս դեպքում ալիքի ամպլիտուդը նվազում է աղբյուրից հեռավորության հետ՝ հակառակ համամասնությամբ հեռավորության քառակուսուն:
• Հարթ - հարթություն է, որն ուղղահայաց է ալիքի տարածման ուղղությանը։ Այն տեղի է ունենում, օրինակ, փակ մխոցային մխոցում, երբ այն տատանվում է: Հարթ ալիքը բնութագրվում է գրեթե հաստատուն ամպլիտուդով: Խանգարման աղբյուրից հեռավորության հետ կապված դրա աննշան նվազումը կապված է գազային կամ հեղուկ միջավայրի մածուցիկության աստիճանի հետ։
Ալիքի երկարություն
Ալիքի երկարության տակ հասկացվում է այն հեռավորությունը, որով նրա ճակատը կշարժվի այն ժամանակում,հավասար է միջավայրի մասնիկների տատանումների ժամանակաշրջանին՝
λ=υT=υ/v=2πυ/ ω, որտեղ T-ը տատանման ժամանակաշրջանն է, υ-ն ալիքի արագությունն է, ω-ն ցիկլային հաճախականությունն է, ν-ը միջին կետերի տատանումների հաճախականությունն է:
Քանի որ մեխանիկական ալիքի տարածման արագությունը լիովին կախված է միջավայրի հատկություններից, նրա երկարությունը λ փոխվում է մի միջավայրից մյուսին անցնելու ժամանակ։ Այս դեպքում տատանումների ν հաճախականությունը միշտ մնում է նույնը։ Մեխանիկական և էլեկտրամագնիսական ալիքները նման են նրանով, որ երբ դրանք տարածվում են, էներգիան փոխանցվում է, բայց նյութը չի փոխանցվում:
