a7. Mech rozchodzenia się fali podluznej ow plaskiej fali bignacej

W fali podłużnej kierunek ruchu drgającego cząstek jest równoległy do kierunku ruchu zaburzenia. Fale podłużne można wywołać na wężu kauczukowym przez jegc rozciąganie i rozluźnianie. Wtedy cząstki kauczuku poruszają się w kierunku równoleg­łym do osi podłużnej węża i w tym samym kierunku rozchodzi się wzbudzone zaburzę-Rozpatrzmy w podobny sposób powstawanie fali harmonicznej podłużnej. Załóż­my przykładowo, że źródłem fali jest tłok (rys. 11.6), drgający ruchem harmonicznym u wylotu długiej rury, zawierającej powietrze. Kolejne położenia tłoka co -|- okresu od­powiadają punktom A\, A₂, Ai itd. Wychylenia tłoka w prawo (dodatnie) powodują zgęszczenia powietrza w rurze, wychylenia w lewo (ujemne) wywołują rozrzedzenia. Zaburzenia wzbudzone przez ruch tłoka dochodzą do coraz dalej położonych cząste­czek powietrza, ale z coraz większym opóźnieniem. Zbadajmy wychylenia cząsteczek od położeń równowagi dokładnie po upływie jednego okresu od chwili rozpoczęcia ruchu przez tłok. Niech punkt B na rys. 11.7a oznacza cząstkę ośrodka, do której do­chodzi zaburzenie od źródła O po upływie 1 okresu. Dzieląc odległość OB na osiem

równych części wyodrębniamy te cząstki ośrodka, do których zaburzenie dochodzi z opóźnieniem wynoszącym \T, -§T, \T itd. Ich położenia równowagi przedstawiają odpowiednio punkty Aj, A'₆, A'_s, ..., A[. Każdy z tych punktów do końca okresu będzie drgał odpowiednio w ciągu ^T, Ą-T itd. Położenia tych punktów (czyli tych cząstek ośrodka) po upływie jednego okresu od chwili rozpoczęcia ruchu przez źródło przedstawia rys. 11.7b. Wyraźnie zaznaczają się obszary zgęszczeń i rozrzedzeń cząs­tek. Na rysunku 11.7c zaznaczone są wektory prędkości chwilowych badanych cząstek.Aby otrzymać obraz fali podłużnej przypominający obraz fali poprzecznej, uma­wiamy się, że wielkości wychyleń od położenia równowagi odłożymy jako rzędne w sto­sunku do linii równowagi, uważając wychylenia w prawo za dodatnie, a w lewo za ujemne (rys. 11.7d). Stosując taką umowę otrzymujemy obrazy fali poprzecznej i fali podłużnej w postaci krzywych tego samego kształtu (sinusoidy). Badanie graficzne fali podłużnej uzupełniamy przedstawiając na rys. 11.7e rozkład prędkości poszcze­gólnych cząstek w oparciu o rys. 11.7c, z tym jednak, że prędkości cząstek odkładamy jako rzędne. Prędkości skierowane w prawo traktujemy jako rzędne dodatnie, skiero­wane w lewo—jako rzędne ujemne. Ten ostatni wykres przedstawia równocześnie rozkład zmian ciśnienia liczonych .względem ciśnienia równowagi w ośrodku (bez fali). W punktach O i B występuje, jak widać z rys. 11.7b, największe zgęszczenie cząstek, czyli największy wzrost ciśnienia w stosunku do ciśnienia równowagi, zaś w punkcieA\ panuje największe rozrzedzenie, a zatem i największe obniżenie ciśnienia w sto­sunku do ciśnienia równowagi.Z porównania krzywej wychyleń od położenia równowagi(rys.11.7d)krzywąrozkładu zmian ciśnienia (rys. 11.7e) można wyciągnąć interesujący wniosek. Podczas
rozchodzenia się fali sprężystej podłużnej ekstremalne wartości zmian ciśnienia wystę­
pują w tych punktach ośrodka, w których cząstki w rozważanej chwili znajdują się
w położeniach równowagi. I odwrotnie, w tych punktach, gdzie występują największe
wychylenia od położeń równowagi, nie ma żadnych nadwyżek lub obniżeń ciśnienia
w stosunku do ciśnienia równowagi. A zatem zmiany ciśnienia liczone w stosunku do
ciśnienia równowagi są zgodne w fazie wzglądem prędkości ruchu drgającego cząstek,
a przesunięte w fazie o tc/2 wzglądem wychyleń cząstek od położenia równowagi.

nie.

---