В природе постоянно происходят процессы, связанные с колебаниями и их распространением. Мы слышим звуки, видим свет, чувствуем вибрацию — всё это примеры волн. Волны играют огромную роль в жизни человека: от работы радиосвязи и медицины до изучения землетрясений и строения Вселенной. Чтобы глубже понять природу волн, нужно разобраться в таких важных понятиях, как длина волны и скорость её распространения. Эти величины позволяют описывать колебательные процессы количественно и применять законы физики для решения реальных задач.

В данной статье мы рассмотрим, как распространяются волны, какие параметры их характеризуют и как они связаны между собой. Мы также приведём понятные примеры и разберём задачи, встречающиеся в школьной физике.

---

Вспомним определение: что такое волна

Волна — это изменение некоторой совокупности физических величин (например, давления, смещения, электрического поля), которое распространяется в пространстве от места возникновения с течением времени.

Волна переносит энергию, но не переносит вещество. Это принципиальный момент: частицы среды лишь совершают колебания около положения равновесия, а форма возмущения движется дальше.

---

Пример 1: бильярдные шары

На столе стоит цепочка неподвижных бильярдных шаров. Если толкнуть первый шар, он ударит по второму, второй — по третьему, и так далее.Пример 1. Бильярдные шары

При этом сами шары остаются почти на месте, но удар (возмущение) передаётся дальше. Это аналог распространения волны в твёрдом теле.

---

Пример 2: очередь за мороженым

Люди стоят в длинной очереди. Кто-то в конце толкнул следующего — тот наклонился вперёд, задев человека перед собой. Так волна толчков «пройдёт» по всей очереди.

Люди не перемещаются вперёд мгновенно — они лишь покачиваются. Зато информация о толчке распространяется.

---

Параметры колебаний и основные величины

Чтобы описывать волну, используют несколько ключевых величин:

• Период T — время одного полного колебания.

• Частота ν — число колебаний в единицу времени.

  ​

• Амплитуда A — максимальное отклонение от положения равновесия.

• Длина волны λ — расстояние, на которое распространяется волна за время одного периода:

  
  

• Скорость распространения волны v — скорость, с которой форма колебаний перемещается в среде.

Длина волны λ — это расстояние между соседними точками, колеблющимися одинаково: например, между двумя соседними «гребнями» или «впадинами».

---

Скорость распространения волны

Скорость волны зависит от свойств среды (например, плотности, упругости), но не зависит от частоты источника, если среда остаётся неизменной.

Основная связь:

Это одно из ключевых уравнений волновых процессов. Если известны две величины из трёх (скорость, частота, длина волны), можно определить третью.

---

Как изменяется длина волны при неизменной скорости?

Если скорость волны постоянна (например, звук в воздухе при комнатной температуре):

• увеличение частоты → уменьшение длины волны;

• уменьшение частоты → увеличение длины волны.

Пример: музыка разных нот создаёт волны с разной частотой, но в одном и том же воздухе скорость звука остаётся примерно 340 м/с.

---

Задачи

Задача 1

Звук распространяется в воздухе со скоростью 340 м/с. Частота звуковой волны равна 680 Гц. Найти длину волны.

Решение:

Ответ: 0,5 м.

---

Задача 2

По поверхности воды распространяются волны со скоростью 1,2 м/с. Частота колебаний — 2 Гц. Найти длину волны.

Решение:

Ответ: 0,6 м.

---

Задача 3

Длина волны при распространении звука равна 0,85 м. Найти частоту волны, если скорость звука 340 м/с.

Решение:

Ответ: 400 Гц.

---

Вопросы для самопроверки

1. Что такое волна? Почему говорят, что волна переносит энергию, но не переносит вещество?

2. Какие величины называют параметрами колебаний?

3. Как определяется длина волны?

4. Почему в очереди «волна толчков» похожа на физическую волну?

5. Как связаны между собой скорость волны, частота и длина волны?

6. От чего зависит скорость распространения волны?

7. Как изменится длина волны, если частота увеличится в два раза, а скорость останется прежней?

8. В чём отличие представленных примеров (бильярдные шары, очередь) от реальных механических волн?