Стояча хвиля: чи так все просто

Будь хвиля являє собою коливання. Коливатися може рідину, електромагнітне поле або будь-яка інша середу. У повсякденному житті кожна людина щодня стикається з тим чи іншим проявом коливань. Але що таке стояча хвиля?

Уявіть собі містку ємність, в яку налита вода - це може бути тазик, відро або ванна. Якщо тепер по рідини поплескати долонею, то від центру зіткнення на всі боки побіжать хвилеподібні гребені. До речі, вони так і називаються - біжать хвилі. Їх характерна ознака - перенесення енергії. Проте, змінюючи частоту ударів, можна домогтися практично повного видимого їх зникнення. Виникає враження, що маса води стає желеподібної, а рух відбувається тільки вниз і вгору. Стояча хвиля - це і є дане зміщення. Дане явище виникає тому, що кожна пішла від центру удару хвиля досягає стінок ємності і відбивається назад, де перетинається (інтерферує) з основними хвилями, що йдуть у протилежному напрямку. Стояча хвиля з`являється лише в тому випадку, якщо відображені і прямі збігаються по фазі, але різні за амплітудою. В іншому випадку вищевказаної інтерференції не відбувається, так як одна з властивостей хвильових збурень з різними характеристиками - це здатність співіснувати в одному і тому ж обсязі простору, не спотворюючи один одного. Можна стверджувати, що стояча хвиля є сумою двох зустрічно спрямованих біжать, що призводить до падіння їх швидкостей до нуля.

Чому ж у наведеному прикладі вода продовжує коливатися у вертикальному напрямку? Дуже просто! При накладенні хвиль з однаковими параметрами в певні моменти часу коливання досягають свого максимального значення, звані пучностями, а в інші повністю гасяться (вузли). Змінюючи частоту ударів, можна як повністю погасити горизонтальні хвилі, так і посилити вертикальні зміщення.

Стоячі хвилі представляють інтерес не тільки для практиків, а й для теоретиків. Зокрема, одна з моделей будови Всесвіту свідчить, що будь-яка матеріальна частинка характеризується якоїсь певної частотою коливань (Вібрацією): електрон коливається (тремтить), нейтрино коливається і т.д. Далі, в рамках гіпотези, припустили, що згадана вібрація - наслідок інтерференції якихось, поки ще не відкритих збурень середовища. Іншими словами, автори стверджують, що там, де ті дивовижні хвилі формують стоячу, виникає матерія.

Не менш цікаво явище Резонансу Шумана. Воно полягає в тому, що за деяких умов (жодна із запропонованих гіпотез поки не прийнята за єдино вірну) в просторі між земною поверхнею і нижньою межею іоносфери виникають стоячі електромагнітні хвилі, частоти яких лежать в низькому і наднизькому діапазонах (від 7 до 32 герц ). Якщо утворилася в проміжку «поверхня - іоносфера» хвиля обігне планету і потрапить в резонанс (збіг фаз), то зможе існувати тривалий час без загасання, самоподдержіваясь. Резонанс Шумана представляє особливий інтерес тому, що частота хвиль практично збігається з природними альфа-ритмами людського мозку. Наприклад, дослідженнями даного явища в Росії займаються не тільки фізики, а й така велика організація, як «Інститут мозку людини».

На стоячі електромагнітні хвилі звернув увагу ще геніальний винахідник Нікола Тесла. Вважається, що він міг використовувати це явище інтерференції хвиль в деяких своїх пристроях. Одним з джерел їх появи в атмосфері прийнято вважати грози. Електричні розряди збуджують електромагнітне поле і генерують хвилі.