- •Вопрос 1. Со и ск. Основные хар-ки мех-го движения. Прямолинейные и криволинейныое движение мт. Скорость и ускорение.
- •Вопрос 2. Движение мт по окружности. Нормальное и тангенциальное ускорение. Связь угловых и линейных хар-к движения.
- •Вопрос 3. Векторные величины. Сложение, вычитание и умножение векторов. Сила и масса. Законы Ньютона.
- •Вопрос 4. Силы при криволинейном движении.
- •Вопрос 5. Закон всемирного тяготения. Зависимость веса тела от высоты над уровнем моря и геог-кой широты. Гравитационное поле.
- •Вопрос 6. Нормальное гравитационное поле и его аномалии.
- •Вопрос 7. Гравитационные явления и процессы.
- •Вопрос 8. Орбитальное движение Земли и ее осевое вращение. Неравномерности вращения Земли и их физическая природа.
- •Вопрос 9. Приливообразующие силы и их геофизическая роль.
- •Вопрос 10. Закон сохранения и изменения количества движения.
- •Вопрос 11. Работа силы и мощность. Кинетическая и потенциальная энергия.
- •2) Потенциальная энергия тела массы m, находящегося в гравитационном поле другого тела массой м на расстоянии r0 от него.
- •3) Определим потенциальную энергию тела массой m, находящегося на небольшой высоте h над земной поверхностью.
- •Вопрос 12. Гармоническое колебание и его хар-ки. Маятники.
- •Вопрос 13. Энергия колеблющегося тела. Собственные колебания Земли. Сложение гармонических колебаний.
- •Вопрос 14. Волна и ее хар-ки. Продольные и поперечные волны. Принцип Гюйгенса. Интенсивность волны.
- •Вопрос 15. Звуковая волна. Хар-ки звука. Инфразвук и ультразвук. Принцип локации.
- •Вопрос 16. Элементы механики жидкости. Основные определения. Уравнение неразрывности.
- •Вопрос 17. Уравнение Бернулли и его применение для определения статического и динамического давления.
- •Вопрос 18. Основные положения мкт строения вещества. Межмолекулярные силы. Агрегатное состояние вещества.
- •Вопрос 19. Макроскопические системы. Термодинамическое равновесие. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы.
- •Вопрос 20. Газовые законы (Бойля-Мариотта, Гей-Люсака, Авогадро). Уравнение состояния идеального газа.
- •Вопрос 21. Барометрическая формула и распределение Больцмана.
- •Вопрос 22. Явления переноса в газах и жидкостях.Диффузия в газах.
- •Вопрос 23. Явление переноса. Телопроводность.
- •Вопрос 24. Явления переноса в газах и жидкостях. Внутреннее трение (вязкость).
- •Вопрос 44. Мпз. Магнитные полюса Земли. Элементы земного магнетизма. Магнитные карты изогон, изоклин и изодин.
- •Вопрос 45. Межпланетное мп. Солнечный ветер. Магнитосфера Земли. Радиационные пояса Земли.
- •Вопрос 46. Природа геомагнитного поля. Источники энергии геомагнитного поля. Мп в морской и океанической воде.
- •Вопрос 47. Главное магнитное поле Земли и его аномалии.
- •Вопрос 48. Главное и переменное мп Земли. Вариации мп и их природа. Магнитные бури.
- •Вопрос 35. Геоэлектрическое поле Земли. Электрическая проводимость гидросферы, земной коры и её недр.
- •Вопрос 36. Электрическая проводимость атмосферы, ионосферы. Ионосферные слои. Влияние ионосферы на распространение радиоволн.
- •Вопрос 37. Электротеллурическое поле. Региональные и локальные эп земной коры. Вариации меридиональной и широтной напряженноти. Напряженность электротеллурического поля.
Вопрос 14. Волна и ее хар-ки. Продольные и поперечные волны. Принцип Гюйгенса. Интенсивность волны.
Если в упругую среду поместить колеблющееся тело (источник колебаний), то соседние с ним частицы среды тоже придут в колебательное движение. Колебание этих частиц передается (силами упругости) соседним частицам среды и т.д. Через некоторое время колебание охватит всю среду. Однако, оно будет совершаться с различными фазами: чем дальше расположена частица от источника колебаний, тем позднее она начнет колебаться и тем больше будет запаздывать по фазе ее колебание. Распространение колебаний в среде наз. волновым процессом или волной. Пример: сейсмические волны, волны на воде. Направление распространения волны (колебания) называется лучом.
Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются перпендикулярно лучу. Если же они колеблются вдоль луча, то волна называется продольной. Продольные волны могут возникнуть в среде обладающей упругостью объема, т.е. в твердых телах, жидкостях и газообразных телах. Поперечные волны возникают только в среде, обладающей упругостью формы (деформацией сдвига), т.е. только в твердых телах. Исключение составляют волны на поверхности воды.
Основные закономерности волнового процесса справедливы не только для механических волн упругой среды, но и для волн любой природы, в частности для волн электромагнитного поля.
Пусть колебания источника О гармонические, т.е. х = Аsin t.
Тогда все частицы среды тоже придут в гармоническое колебание с той же частотой и амплитудой, но с различными фазами. В среде возникнет синусоидальная волна.
Уравнение волны, интенсивность волны. График волны внешне похож на график гармонического колебания, но по существу они различны. График колебания – зависимость смещения данной частицы от времени, график волны – смещение всех частиц среды от расстояния до источника колебаний в данный момент времени. Он является как бы моментальной фотографией волны.
Получим уравнение волны. Рассмотрим некоторую частицу С. Очевидно, что если частица О колеблется уже t сек., то частица С колеблется еще только (t – )cек., где - время распространения колебаний от О до С. Тогда уравнение колебания для С будет Х = Аsin(t – ) , но =y/V,
где V -cкорость распространения волны.
Тогда Х = Аsin(t – y/V) – уравнение волны (1)
Учитывая, что длина волны VT = V/, откуда V = /T, = 2/T =2 получим Х = Аsin2(t/T – y/) = Asin2(t –y/) = Asin(t -2y/),
где к = 2/ -волновое число. Если поменять оси координат, то y(x,t) = Asin(t kx). Знак (+) указывает противоположное направление распространения.
Расстояние, на которое распространяется колебание за один период, называется длиной волны. Скорость распространения волнового движения является скоростью распространения фазы (фазовая скорость). В однородной среде скорость постоянна. При переходе из одной среды в другую меняется скорость распространения волн, ибо меняются упругие свойства среды, однако частота колебаний, как показывает опыт, остается неизменной. Это значит, что при переходе из одной среды в другую будет меняться .
Если мы возбудили колебания в какой-либо точке среды, то колебания передадутся всем окружающим ее точкам, т.е. колебаться будет совокупность частиц, заключенных в некотором объеме. Распространяясь от источников колебаний волновой процесс охватывает все новые и новые части пространства. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к некоторому моменту времени t, наз. фронтом волны.
Т.о., фронт волны является той поверхностью, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, наз. волновой поверхностью. Волновые поверхности могут быть различной формы. Простейшие из них имеют форму сферы или плоскости. Волны, имеющие такие поверхности, называются соответственно сферическими или плоскими.
Часто при решении задач о распространении волн надо строить волновой фронт для некоторого момента времени по волновому фронту, заданному для начального момента времени. Это можно сделать используя принцип Гюйгенса, сущность которого в следующем:
Пусть волновой фронт, перемещающийся в однородной среде, занимает в данный момент времени положение 1, рис. 2.
Требуется найти его положение через промежуток времени t. Согласно Гюйгенсу, каждая точка среды, до которой дошла волна, сама становится источником вторичных волн (первое положение).
Это значит, что от нее, как из центра, начинает распространяться сферическая волна. Чтобы построить вторичные волны, вокруг каждой точки исходного фронта опишем сферы радиусом y = Vt, где V –скорость волны.
Вторичные волны взаимно гасятся во всех направлениях, кроме направлений исходного фронта (второе положение принципа Гюйгенса).
Иными словами, колебания сохраняются только на внешней огибающей вторичных волн. Построив эту огибающую, получим исходное положение 2 волнового фронта. Принцип Гюйгенса применим и к неоднородной среде. В этом случае значения V, а следовательно и y неодинаковы в различных направлениях.
Т.к. прохождение волны сопровождается колебанием частиц среды, то вместе с волной перемещается в пространстве и энергия колебаний.
Интенсивностью волны или плотностью потока энергии наз. отношение энергии, переносимой волною сквозь площадь, перпендикулярную лучу, к продолжительности времени переноса и размеру площади.
Получим выражение для интенсивности волны. Пусть в 1 см3 среды содержится n0 частиц массой m. Тогда энергия колебания среды в единице объема равна Е = n0m2A2/2 = 2A2/2, где =n0m.
Очевидно, за 1с сквозь площадку в 1 см2 переносится энергия, содержащаяся в объеме прямоугольного параллелепипеда с основанием 1 см2 и высотой, равной V, следовательно интенсивность I =EV = V2A2/2.
Т.о., интенсивность волны пропорциональна плотности среды и скорости, квадрату круговой частоты и квадрату амплитуды волны.