Стоячие волны

При отражении волн происходит явление наложения колебаний. На рис. 24.20, а видно, как отраженные волны накладываются на основные волны. Это означает, что каждая точка поверхности воды там, где волны перекрывают друг друга, совершает сложное колебание.

1

Если к концу нити, перекинутой через блок D (рис. 24.22), подвесить маленькую гирьку К, а другой конец нити привязать к молоточку звонка, то при колебаниях молоточка по нити бегут волны, которые после отражения в точке D возвращаются к звонку. В результате наложения отраженных волн на основные на нити получаются стоячие волны, названные так потому, что в них нет перемещения фазы. При этом на нити ясно видны точки, которые не колеблются. Эти точки называют узлами (A, В, С и D). Наблюдая за колебаниями нити, можно видеть, что все точки между ближайшими узлами колеблются в одинаковых фазах, но имеют разные амплитуды. Такие точки на нити, амплитуды колебаний которых максимальны, называют пучностями. Например, точка Е на рис. 24.22 является пучностью.

2

Продолжая наблюдать за нитью, можно увидеть, что узлы и пучности все время находятся в одних и тех же местах нити. Расстояние между соседними узлами составляет половину длины стоячей волны. Оказывается, что фазы точек нити соседних полуволн всегда противоположны. Если в какой-либо момент времени нить занимает положение, изображенное сплошной линией, то через половину периода она займет положение, показанное пунктиром.

В стоячей волне нет такого переноса энергии, как в бегущей волне: сумма энергий всех точек, расположенных на расстоянии четверти длины волны, остается постоянной, хотя между этими точками и происходит обмен энергией. Объясняется это тем, что прямые и отраженные волны переносят энергию в противоположные стороны. Заметим, что стоячие волны возникают только тогда, когда в расстоянии от источника волн до препятствия, отражающего волны, укладывается целое число четвертей волны.