Коливання і хвилі

Такі явища, як коливання і хвилі, відносяться до одних з найбільш поширених в природі, як живий, так і неорганічної. До коливальним процесам відносять ті, при яких деякі експоновані стану тієї чи іншої системи періодично повторюються. Ще зі школи всім відомі досліди з хитним маятником - це приклад самого простого коливального процесу.

Більш складним, але від цього не менш поширеним можна вважати таке явище як хвилі. Їх природа дуже різноманітна, і ми можемо це спостерігати на прикладі дії багатьох навколишніх явищ. Найбільш наочним, якщо так можна висловитися, є світло, його поширення в різних середовищах - повітрі, воді, вакуумі, хімічних сумішах.

Зрозуміти, як пов`язані між собою коливання і хвилі досить просто. Уявіть собі якусь коливальну систему, той же маятник в хиткому стані, і потім перемістіть його, не зупиняючи коливального процесу, в інше місце, і ви отримаєте хвильове явище. Одним словом, вільний можна назвати процес, в ході якого коливання переміщаються з одного місця в інше.

Різниця природи коливань від хвиль можна простежити і на прикладі їх математичного відображення. Коливання і хвилі, формули яких відмінні один від одного, виражаються таким чином.

Коливання в самому простому вигляді характеризуються показниками кількості коливань, їх частоти і часу скоєння одного коливального циклу. Формула зв`язку цих параметрів має такий вигляд: f = 1 / Т, де n - кількість коливань, Т - період часу, за який здійснюється коливальний процес. При необхідності більш детального опису коливальних явищ використовуються додаткові параметри. Так, наприклад, якщо ми розглядаємо коливання циклічного типу, нам буде необхідний показник: фаза (j) - величина, яка показує, яка частина коливання вже відбулася з початку всього процесу, циклічна частота (W), амплітуда (А), що показує максимальне відхилення системи від початкового стану. Формула цього гармонійного процесу тоді прийме вигляд: f = A sin j, або A = f / sin j.

Враховуючи, що основним фактором відмінності меду хвилею і коливанням виступає величина зсуву, в найпростішому вигляді хвильове явище можна відобразити формулою виду: S = Amiddot-sin omega- х (t - x / v), де S - величина хвильового зміщення, v - швидкість зсуву (швидкість хвилі), omega- - кутова частота.

В науках, які займаються дослідженням колебательно-хвильових процесів, прийнято окремо розглядати механічні хвилі і коливання і електромагнітні. Пов`язано це з тим, що електромагнітні поширюються в особливих середовищах і характеризуються тим, що при поширенні переносять енергію коливального імпульсу, і не переносити самого речовини (системи), яка здійснює це коливання. Перш за все, прикладом тут можуть бути найрізноманітніші поля: електричні, електромагнітні, радіохвилі, випромінювання різних типів.

Як було сказано, коливання і хвилі в теорії розглядаються окремо, але це аж ніяк не означає їх ізольованості в природі і тих технологіях, які створені людиною. Найбільш яскравим прикладом тут може виступити застосування колебательно-хвильових процесів в радіолокації. Випромінююча станція посилає хвильової коливальний сигнал із заданою частотою до об`єкта, який рухається в певний момент часу. Досягає цього об`єкта хвиля вже в інший момент часу, а відбивається і приходить на приймаючу станцію (модуль) - в третій. Тобто між посилом хвилі і її прийомом утворюється якийсь часовий відрізок, який характеризує переміщення об`єкта в просторі. Знаючи час затримки хвилі і відстань, можна з великою точністю визначати швидкість рухомого об`єкту, а також його місце розташування. Причому, чим менше довжина хвилі, тим визначень місцеположення буде точніше.

У сучасних технологіях коливання і хвилі знаходять все більш широке застосування. Всім відомий процесор комп`ютера являє собою не що інше, як коливальну систему, в якій укладено кілька сот мільйонів транзисторів, які вчиняють обчислювальні операції за прикладом коливальних в двійковій системі числення. Швидкість таких коливальних систем надзвичайно велика і вимірюється в гігагерц. Такі дані може прочитати будь-який користувач, відкривши вікно "Мій комп`ютер - властивості системи».