Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Физические свойства древесины

Испытания, которые не приводят к изменению химического состава древесины, выявляют ее физические свойства. К физическим относят следующие свойства древесины. Физические свойства древесины:

Рассмотрим каждое из физических свойств древесины более подробно.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Внешний вид древесины

К внешнему виду, в разрезе физических свойств древесины относят следующие:

Влажность древесины

Отношение массы воды, содержащейся в древесине к массе сухой древесины является физическим показателем влажности древесины. Влажность древесины вычисляют прямым и косвенным методами.

К косвенному методу относится измерение кондуктометрическим электровлагомером, который определяет электропроводность древесины. Использование косвенного метода экономит время, но его показания могут иметь погрешность до 30%.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Прямые методы занимают значительно больше времени для измерения влажности. Суть прямых методов заключается на выделении тем или иным образом воды из древесины, при высушивании, например.

Вода, содержащаяся в древесине различают по двум типам — связанную, находящуюся в клеточных стенках и свободную, находящуюся в полостях клеток и межклеточных пространствах. Свободная вода удаляется легче, чем связанная.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиПоры древесины

Показатель нормализованной влажности составляет 12%, если нет примечаний.

Физические свойства древесины. По степени влажности различают

Усушка древесины

При удалении связанной воды происходит уменьшение объема древесины и линейных размеров. Это свойство и называют усушка. Усушки не вызывает удаление свободной воды. Большее количество клеточных стенок на единицу объема древесины, способствует более сильной усушке.

Без участия внешних нагрузок, в древесине возникает внутреннее напряжение, которое образуется при неодинаковых изменениях объема древесины.

В поверхностных зонах доски влажность ниже, чем в центре. Поэтому из-за того что свободная сушка стеснена, возникают напряжения «растягивающие». При этом внутри доски возникают сжимающие напряжения.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Если будет достигнут предел прочности на растяжение поперек волокон, растягивающего напряжения, на древесине появятся трещины. Внутренние и поверхностные.

Коробление древесины

Коробление древесины различают поперечную и продольную. Под термином «коробление» понимают изменение формы пиломатериалов.

Коробление может происходить при выпиловке, неправильном хранении, при несимметричном строгании,ребровом делении из-за нарушения равновесия остаточных направлений. Чаще всего при сушке. Из-за усушки по разным структурным направлениям.

Покоробленность делят на два вида: продольная (по кромке, по пласти и крыловатость) и поперечная

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиПокоробленности древесины

Влагопоглощение древесины

Влагопоглощение из окружающего воздуха древесиной не зависит от породы. Способность к влагопоглощению это отрицательная характеристика древесины. Поэтому изделия и постройки из дерева покрывают различными пленочными и лакокрасочными материалами.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Увлажненная древесина становится хуже, ухудшаются ее механические характеристики и биостойкость.

Разбухание древесины

При повышении в древесине связанной воды происходит изменение объема и линейных размеров, которое происходит при нахождении древесины в воде или на влажном воздухе.

Поперек волокон древесина разбухает больше, чем вдоль волокон. Разбухание, в целом, отрицательное свойство, но полезно для обеспечения плотности соединений элементов, например в бочках, судах.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Водопоглощение древесины

Древесина способна увеличивать свою естественную влажность при непосредственном контакте с водой. Количество свободной воды зависит от объема полостей. Чем больше плотность древесины, тем меньше ее влажность и тем больше у нее водопоглощение.

Для получения целлюлозы и при пропитке древесины растворами антисептиков и протрав, способность поглощать влагу является важным и весьма полезным.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиБумажная фабрика

Плотность древесины

Плотность древесины выражается в кг/м3 или г/см, характеризуется массой единицы объема материала.

Для оценки качества сырья в деревообработке, основным показателем плотности является базисная плотность. Базисная плотность выражается отношением массы абсолютно сухого образца к его объему при влажности, равной или выше предела насыщения стенок клеток древесины.

По плотности древесину разделяют на три группы (при 12 процентной влажности):

Проницаемость древесины

Степень проницаемости определяют, выявляя способность древесины пропускать газы или жидкости под давлением

Тепловые свойства древесины

Тепловые свойства древесины складываются из трех показателей:

Звукопроводность древесины

Скорость распространения звука в древесине определяет ее звукопроводность. Самая низкая звукопроводность в тангентальном направлении волокон. Самая высокая звукопроводность у древесины наблюдается вдоль волокон, средняя – в радиальном направлении.

В 16 раз звукопроводность древесины в продольном направлении превышает звукопроводность воздуха. В поперечном в 4 раза. Это свойство называют резонированием звука. Используется при изготовлении музыкальных инструментов

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Электропроводность древесины

Способность древесины проводить электрический ток. Эта способность древесины находится в обратной зависимости от электрического сопротивления.

Сухую древесину относят к диэлектрикам. Сопротивление уменьшается с повышением влажности древесины.

В десятки миллионов раз снижается сопротивление при увеличении связанной воды в древесине.

Диэлектрические свойства древесины

Диэлектрические свойства характеризуют поведение древесины в переменном электрическом поле.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Диэлектрическая проницаемость равна отношению емкости конденсатора с прокладкой из древесины к емкости конденсатора с воздушным зазором между электродами

Под действием механических усилий на поверхности древесины возникают электрические заряды проявляются пьезоэлектрические свойства древесины.

Источник

Почему дерево влияет на звук электрогитары

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Гитарные мастера и, как теперь принято говорить, древесные слухачи из года в год не устают повторять одно и то же: дерево влияет на звучание электрогитары. Так ли это на самом деле?

Споры о дереве, из которого делают электрогитары, многих сводят с ума. Существуют гитарные эксперты, утверждающие, что махагон, ясень и ольха совершенно по-разному влияют на сустейн и характер инструмента.

Электрогитара с точки зрения физики

Пару лет назад на популярном гитарном сайте Ultimate-Guitar.com (UG) вышла статья о влиянии древесины на звучание электрогитары. Написать этот материал помог докторант Калифорнийского университета в Беркли Кенни Веттер (Kenny Vetter), специализирующийся на акустике, фоновых шумах и устройствах для обнаружения и измерения параметров частиц энергии. Кенни помог понять, как корпус гитары влияет на ее тон с точки зрения физики звуковых волн.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Напомню, речь идет только об электрогитарах. Акустические гитары не трогаем, так как там, согласно Кенни (и здравому смыслу), дерево играет гораздо большую роль.

Итак, если главным элементом электрогитары является звукосниматель, то есть ли смысл заморачиваться с древесиной? В упомянутой статье Веттер пришел к однозначному выводу: дерево влияет на звук, и производители не просто так используют разную древесину. Чем это объясняется?

Многие знатоки убеждены, что акустическая древесина — это основа любой электрогитары. Согласиться с тем, что от породы дерева зависит вес, внешний вид и качество инструмента, безусловно можно, но что заставит согласиться с тем, что вид дерева сказывается на звучании?

Чтобы объяснить свою точку зрения, Кенни Веттер обратился к физике, а точнее — к понятию инвариантности. Оказывается, выявление инвариантов (неизменностей) может помочь решить не только сложные проблемы квантовой механики и теории относительности, но и разгадать загадки электрогитары. Начать нужно с энергии — физической величины, инвариантность которой выражается в ее неизменности при изменении физических условий.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

И важно, как именно и из чего выполнен каждый элемент этой системы. Вибрация струны вызывает резонанс всего инструмента. Под резонансом здесь понимается нота, являющаяся гармоникой по отношению к основной частоте гитары.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Короче говоря, так можно понять, как именно энергия одной струны передается и распространяется по всей гитаре. Кроме того, такой подход позволяет изучить изгибные колебания инструмента. Анализ с применением метода конечных элементов показывает, что разная древесина влияет на звук по-разному.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Однако изучить природу гитарного звука можно и без МКЭ. Много интересных вещей поможет узнать закон сохранения энергии.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики

На определенных частотах система будет реагировать на гармоническую силу (удар по струне) сильнее, на других — слабее. Чем выше уровень демпфирования системы, тем слабее ее ответная реакция и, соответственно, выше механический импеданс. Вы наверняка замечали, что сустейна на некоторых нотах больше.

Так происходит по той причине, что гитара (в первую очередь речь о корпусе, который поглощает много вибрационной энергии) «глушит» некоторые звуки, а другие, наоборот, усиливает. Грубо говоря, дерево корпуса выполняет роль частотного фильтра, который гасит самые высокие и самые низкие частоты. По этой же причине производители используют разное дерево для акустических систем.

Если верить Кенни, то на высоких частотах длинные волокнистые молекулы древесины начинают рассеивать энергию, превращая ее в тепло. Спад высоких частот и обеспечивает уникальный «звук дерева» (в контексте электрогитары так говорить не совсем правильно, но зато понятнее). Твердость древесины и расстояние между молекулами влияют на звуковые частоты.

Выводы

Подводя итог, Веттер сравнил разную древесину для гитар с разными типами транзисторов, используемых для гитарных примочек. Германиевые или кремниевые? Спорить можно вечно, но факт остается фактом: разница в звуке есть. Существует мнение, что более «винтажное» звучание дают педали на германиевых транзисторах.

Суть в том, что дерево действительно влияет на звук. От древесины зависит тембр и сустейн. Однако не стоит преувеличивать роль дерева, утверждая, что оно играет главную роль.

Источник

Области применения древесины.

Строительство. Древесина применяется в строительстве в таких формах, как пиломатериалы прямоугольного сечения (брус, доски), шпон, фанера, железнодорожные шпалы, столбы, сваи, стойки, гонт и древесноволокнистые плиты. Больше всего потребляется пиломатериалов прямоугольного сечения. Деревянные дома – основной вид домов на протяжении многих веков истории России, становятся в настоящее время всё более популярными. Из дерева изготовляют столярные изделия, полы, паркет, облицовку для стен.

Производство мебели. Используют продукты переработки древесины древесноволокнистые и древесностружечные плиты. Высоко ценится мебель из цельной древесины.

Топливо и древесная масса. Применение древесины как топлива в масштабах всего мира имеет все еще очень важное значение. Древесина является альтернативным топливом по отношению к углю, газу, нефти, электричеству. Для многих малых населённых пунктов древесина наиболее доступный, дешёвый вид топлива, требующий минимальной транспортировки. Дрова используют, также отдавая дань традиции или из эстетических целей, например для топки каминов. Применение древесины в виде древесной массы в последнее время, непрерывно увеличивалось и, по прогнозам, будет продолжать увеличиваться в обозримом будущем.

В целлюлозно-бумажной промышленности древесина является сырьём для производства бумаги и кордона.

Производство музыкальных инструментов. Только древесные породы способны создать оригинальный звук абсолютного большинства струнных музыкальных инструментов.

Художественная резьба. Художественные и сувенирные изделия.

Написание икон. Проводится на деревянных досках, которые готовятся по специальной технологии.

Детские игрушки. Древесина экологически безопасный материал, и по всем своим свойствам пригодна для изготовления детских игрушек.

Рис. 10.12. Деревянные дома из клеённых (слева) и рубленных (справа) брёвен. Мастера В.И. Иванов, А.А. Колос, А.Г. Ваулин.

Спортивный инвентарь. Несмотря на массовое применение полимерных материалов при изготовлении спортивного инвентаря, из древесинных материалов продолжают изготовлять шведские стенки, гимнастические палки, биты, столы для тенниса, другой инвентарь.

Элементы отделки автомобилей. Отделка внутреннего салона автомобиля элементами древесины повышает престижность автомобиля.

Древесный уголь получают при неполном сгорании древесины. Имеет высокую удельную поверхность, проявляет явно выраженные абсорбционные свойства. На протяжении столетий древесный уголь использовался в процессах получения повышенной температуры, а также в металлургии. Русский промышленник Смирнов использовал уголь для очистки водки. В настоящее время уголь является товарным продуктом и широко применяется в быту.

Химическая промышленность. В результате химической переработки древесины получают синтетическое волокно, целлофан, спирт, дрожжи, древесноволокнистые плиты, древесину с полимерной пропиткой, древесный слоистый пластик и различные формованные изделия. Прогресс в области переработки и применения древесины явился стимулом к дальнейшему развитию лесного хозяйства

Из древесных материалов изготавливается различная продукция народного творчества: детские игрушки, кухонные разделочные доски, настенные резные панно, иконки святых, шкатулки, рамки для фотографий, солонки, перечницы, подставки под салфетки и деловые бумаги, дверцы и фрагменты кухонной мебели и интерьера, столярный инструмент, мастер-модели, строительные конструкции, машиностроительные детали, мебель, художественный паркет.

Скрипка.

Скрипка – это удивительный инструмент, изготовленный из древесины, который в течение нескольких веков не изменял своей формы (рис. 10.13).

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики
Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 10.13. Изготовление скрипки современными мастерами.

Скрипку относят к обожествляемому музыкальному инструменту. Сохранились названия частей скрипки: голова, шея, грудь, талия, душка. Создавалась скрипка как аналог человеческого голоса. До сих пор, даже на самой современной технике, не удалось синтезировать тембр скрипки. Столетиями отрабатывались технология, материалы и способы изготовления скрипки, которые с середины 18 века практически не менялись. Скрипка стала одним из наиболее классических инструментов.

Устройство скрипки является самым сложным с точки зрения физики, акустики и сопротивления материалов. Для изготовления скрипки используется три вида дерева: клён, ель и эбеновое (чёрное) дерево. В зависимости от свойств дерева, из него изготавливаются различные детали инструмента. Так как верхняя дека почти полностью отвечает за звучание басовых струн, то для неё идеально подходит сочетание мягкости и упругости ели. Из клёна изготавливаются нижняя дека, голова и обечайки. Нижняя дека в основном «работает» на верхний регистр, и плотность клёна соответствует этим частотам. Гриф изготовлен из чёрного дерева. Чёрное дерево, благодаря своей высокой жёсткости и прочности (кстати, оно тонет в воде) имеет максимальную устойчивость к износу от струн. Соперничать с ним может только железное дерево, но оно очень тяжёлое и имеет зелёный цвет.

Сочетание клёна, ели и чёрного дерева используется практически во всех струнно-деревянных инструментах: смычковые, гитара, балалайка, домра, лира, цитра, арфа и другие.

Многие поколения мастеров экспериментировали с различными материалами для изготовления скрипки (тополь, груша, вишня, акация, кипарис, орех), но лучше всего отвечают требованиям акустики клён и ель. Это подтверждается и всеми современными исследованиями.

Лучшим деревом для изготовления скрипки считается дерево, выросшее в горах. Здесь дело в климате. В горах дерево подвергается резким перепадам температур и не перенасыщено влагой. Таким образом, летние слои становятся меньше, чем на равнине и в целом повышается относительная упругость, т.е. звукопроводимость. По сложившейся традиции, для изготовления нижней деки мастера используют волнистый клён, отличающийся красивым волнистым рисунком. Известен исторический факт попадания к итальянским мастерам волнистого клёна. В 18 веке Турция поставляла Италии клён для вёсел на галеры. На вёсла шёл прямослойный клён. Но так как, не распилив бревно понять его строение трудно, часто приходили партии волнистого клёна, на радость скрипичным мастерам. Кстати сказать, работать с волнистым клёном намного сложнее, чем с обычным.

Резюме.

К физическим свойствам древесины относятся: внешний вид, запах, показатели макроструктуры, влажность и связанные с ней изменения (усушка, разбухание, растрескивание, коробление), плотность, электро-, звуко- и теплопроводность. К механическим свойствам древесины относятся: прочность, твердость, жесткость, ударная вязкость и другие. Все пороки древесины разделены на девять групп: сучки; трещины; пороки формы ствола; пороки строения древесины.

Среди древесных пород выделяют лиственные и хвойные породы. К основным видам хвойных пород относится сосна, ель, лиственница, кедр, можжевельник, кипарис, сибирская пихта. Лиственные породы более многочисленны: дуб, ясень, бук, берёза обыкновенная, берёза карельская, липа, клён, яблоня и другие виды лиственных.

Древесные материалы бывают в виде распиленной, измельченной и клееной древесины, а также шпона. При распилке ствола дерева получают: брус, обрезную доску, необрезную доску, горбыль. Продуктами переработки древесины являются стеновые панели: блок-хауз, планкен, сайдинг. В погонаж входят наличник, плинтус, строганные доски, брусок, вагонка. В древесные изделия для полов и паркета входят паркетная доска для пола, палубная доска, половая доска. Древесные материалы и изделия применяются в строительстве, при производстве мебели и в других многочисленных производствах и промыслах.

Вопросы для самоконтроля.

1. Какие материалы являются древесиной?

2. В чем сходство и различие хвойных и лиственных пород?

3. Из каких основных частей состоит дерево, и какое практическое значение каждая из них имеет?

4. К какой породе деревьев относится лиственница?

5. Какие виды разрезов применяют при распиловке ствола дерева?

6. Как называется слой древесины, находящийся вокруг ядра дерева?

7. Из скольких слоев состоит кора дерева?

8. Назовите представителей безъядровых пород деревьев?

9. Из каких основных химических элементов образована древесина? Почему древесина горит в кислородосодержащей атмосфере?

10. Из каких типов клеток сложена древесина?

11. Какие характеристики древесины относятся к физическим свойствам?

12. Какое свойство древесины характеризует ее текстура?

13. Как впитываемая древесиной вода располагается в структуре дерева?

14. Почему в шахтах существует следующее правило: деревянную крепь ставить комлем вверх?

15. В каких пределах изменяется плотность древесины? Как квалифицируют древесину по значениям плотности?

16. Как плотность связана с твердостью древесины?

17. Почему древесные изделия используются в системах электропроводки?

18. Как классифицируют виды древесины по значениям твердости?

19. Почему многие свойства древесины имеют различные значения в направлении перпендикулярном торцевому разрезу или радиальному разрезу?

20. В каких направлениях раскалывается древесина и почему?

21. Какие изменения относят к порокам? Сколько видов пороков выделено?

22. В чем причины возникновения трещин древесины? Какие причины вызывают их появление?

23. В каких условиях растут деревья с повышенной сбежистостью?

24. В чем проявляется сухобокость древесины?

25. Для каких пород древесины характерно проявление такого порока как засмолок?

26. Какие характеристики имеет древесина сосны? Для изготовления, каких изделий применяется сосна?

27. Какие отличительные особенности характерны для древесины лиственницы?

28. В бочках, из какой древесины настаивают коньяк?

29. Древесина, какого дерева лиственных пород имеет самую выразительную текстуру?

30. Древесина, какого вида лиственных деревьев относится к безъядровым породам, является легкой, белой, используется при изготовлении различных изделий?

32. В каких областях, и для каких целей применяют строганный и лущеный шпон?

33. Какие виды изделий входят в стеновые панели, погонаж, изделия для полов и паркета?

34. Почему термодревесина приобретает низкую гигроскопичность?

35. Из какого вида древесины лучше изготавливать палубную доску и почему?

36. Какие породы деревьев и почему используют для изготовления скрипок?

37. В чём структура деревьев, выросших в горах, отличается от структуры деревьев, выросших в равнинных районах?

Дата добавления: 2019-02-22 ; просмотров: 1935 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Волны в физике — что это такое, виды, характеристики, примеры

Каждый день вас окружает множество волн. В этой статье вы узнаете, что это такое и какими свойствами они обладают.

Простое объяснение волн с точки зрения физики

В качестве концепции вы можете представить волну как форму с последовательными восходящими и нисходящими частями. К этой категории относится, например, волна воды.

Однако эти части, поднимающиеся и опускающиеся вверх и вниз, не являются случайными по форме и расположению, а следуют очень определенной схеме. Этот паттерн показывает, как частицы среды, в которой распространяется волна, колеблются вверх и вниз. Частицы «возмущаются» волной определенным образом.

Определение: под волной можно представить возмущение в среде, которое движется с фиксированной формой и постоянной скоростью.

На рисунке 1 показано, например, как такое возмущение в виде холма движется по веревке слева направо. Во время движения частицы веревки поднимаются вверх от переднего конца возмущения и тянутся вниз от заднего конца.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 1. Волна как возмущение в веревке

От света, который вам нужен, чтобы видеть, до звука, который вам нужен, чтобы слышать, до интернет-сигнала, который вам нужен для работы в Интернете, — все это волны. Как видите, волны — неотъемлемая часть жизни человека.

Виды волн

В этом подразделе мы рассмотрим различные виды волн и то, к какой области теоретической физики они относятся.

Поперечные и продольные волны

Например, в волне воды, которая движется слева направо, отдельные частицы воды колеблются вверх и вниз. Поэтому движение частиц перпендикулярно движению волны. Эти типы волн называются поперечными и могут быть поляризованными.

Звуковые волны (также называемые для краткости звуком), которые позволяют вам слышать, являются примером продольных волн. В продольных волнах частицы вовлеченной среды колеблются в направлении движения волны. Поэтому движение частиц параллельно движению волн.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 2. Поперечная волна и продольная волна

Волны в физике

Следующий список дает вам представление о том, с какими волнами вам, возможно, придется иметь дело в той или иной области физики:

Волна — это тип возмущения, которое распространяется с фиксированной формой. В этом разделе мы рассмотрим его свойства и поведение. Мы рассмотрим следующие моменты немного подробнее:

Характеристики волн

Чтобы описать характеристики, рассмотрим частный случай синусоидальных волн. В синусоидальных волнах восходящие и нисходящие части повторяют форму синусоидальной кривой.

Из этой схемы (паттерна) (рисунок 3) мы выделили следующий фрагмент: кривая начинается с нуля, идет к самой низкой точке, затем возвращается к нулю, продолжается до самой высокой точки и, наконец, возвращается к нулю.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 3. Синусоидальная волна

Амплитуда.

Расстояние по вертикали между высокой или низкой точкой и нулевой точкой называется амплитудой. Амплитуда обеспечивает барьер, внутри которого задерживаются восходящие и нисходящие части волны.

Например, если амплитуда водной волны составляет 2 метра, это означает, что при движении морской волны частицы воды поднимаются на максимальную высоту 2 метра.

Частота и длина волны.

Вы также можете представить себе синусоидальную волну следующим образом: мы копируем выбранный кусок и вставляем его бесконечное количество раз как слева, так и справа от него. Таким образом, этот выбранный фрагмент уже определяет поведение волны. Термин для этого — период.

Мы можем охарактеризовать этот период двумя способами:

Важно знать! Расстояние по горизонтали между двумя последовательными максимумами (самая высокая точка) или минимумом (самая низкая точка) часто называется длиной волны.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 4. Характеристики волн

Скорость распространения волны.

Длина волны и частота волны тесно связаны между собой.

Важно знать! Скорость распространения волны = длина волны * частота волны.

Например, если вы раскачиваете веревку вверх и вниз, создавая «веревочную волну», скорость распространения говорит вам о том, как быстро удаляется от вас высокая точка (или любой другой участок) волны.

Отражение, преломление и дифракция волн.

Если волна попадает в другую среду, могут произойти следующие два явления:

Например, когда свет от солнца попадает на поверхность воды, среда меняется с воздуха на воду. Это приводит к тому, что часть света отражается, а часть преломляется. Это также является причиной того, что вы можете увидеть солнце, например, в луже воды.

Теперь для того, чтобы что-то произошло, волна не обязательно должна попасть на новый носитель. Если внутри текущей среды поместить препятствие, например, в виде стены с одним прямоугольным проходом, то может возникнуть явление дифракции (см. рисунок 5). Проще говоря, дифракция описывает явление, когда волна после прохождения не движется по прямой линии.

Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть фото Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Смотреть картинку Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Картинка про Что такое деревянная доска с точки зрения физики. Фото Что такое деревянная доска с точки зрения физикиРис. 5. Отражение, преломление и дифракция волн

Суперпозиция волн.

До сих пор мы рассматривали только одну волну. Но что происходит, когда две (или более) волны сталкиваются? Возникает явление, которое называется суперпозицией волн. Однако эта суперпозиция не возникает каким-то образом, а следует определенному принципу, который мы знаем под названием «принцип суперпозиции».

Чтобы объяснить принцип суперпозиции в случае волн, давайте снова рассмотрим синусоидальные волны. Каждая точка на синусоиде дает вам значение, которое является мерой силы отклонения частиц.

Принцип суперпозиции простыми словами: в каждой точке пространства, где встречаются две волны, вы складываете значения двух синусоид. Итог этого сложения дает результирующую волну.

В соответствии с принципом суперпозиции различные явления могут наблюдаться в суперпозиции. К ним относятся, в частности:

Музыкальные инструменты создают стоячие волны посредством суперпозиции. Эти стоячие волны, в свою очередь, вибрируют в окружающем воздухе, создавая звуковые волны, которые доходят до ваших ушей и в конечном итоге позволяют вам услышать музыку.

Механические волны и электромагнитные волны

В этом разделе мы рассмотрим конкретные примеры механических и электромагнитных волн.

Механические волны

Волны, для распространения которых необходима среда, называются механическими волнами. Без среды механические волны не могут распространяться. В идеальном вакууме, например, звуковая волна не может распространяться.

Когда возникает механическая волна, периодическое движение одной частицы среды передается соседним частицам по мере того, как волна движется через среду. Частицы определенным образом «механически» связаны друг с другом.

Самым важным примером механической волны является звук. Звук окружает вас каждый день, будь то разговор с друзьями или прослушивание музыки. Звуковые волны позволяют вам слышать. Они возникают в результате вибрации частиц воздуха.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны не нуждаются в среде для распространения. Если для их распространения не нужна среда, то что тогда колеблется? Электромагнитная волна состоит из электрического и магнитного полей. И именно эти поля колеблются вверх и вниз.

Помните! Периодически изменяющееся электрическое поле приводит к возникновению магнитного поля, которое также периодически изменяется, и наоборот, — таким образом происходит генерация электромагнитной волны.

Например, свет солнца — это электромагнитная волна. Это означает, что электромагнитные волны, помимо всего прочего, отвечают за то, что вы можете что-то видеть. Но вам также нужны электромагнитные волны, чтобы иметь возможность совершать телефонные звонки или пользоваться Интернетом.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *