Laine - see on energiat kaasaskandva füüsikalise suuruse muutumise (häiringu) levimine ruumis ajas.
Olenemata laine olemusest toimub energia ülekanne ilma aine ülekandmiseta; viimane saab ainult tekkida kõrvalmõju. Energia ülekanne- lainete ja võnkumiste põhimõtteline erinevus, mille puhul toimuvad ainult "kohalikud" energiamuutused. Lained suudavad reeglina levida oma päritolukohast märkimisväärseid vahemaid. Sel põhjusel nimetatakse laineid mõnikord kui " emitterist eraldunud vibratsioon».
Laineid saab liigitada
Oma olemuselt:
Elastsed lained - vedelikus, tahkes ja gaasis levivad lained erinevad keskkonnad ah elastsete jõudude toime tõttu.
Elektromagnetlained- elektromagnetvälja häirete (olekumuutuste) levimine ruumis.
Lained vedeliku pinnal- tavapärane nimetus erinevatele lainetele, mis esinevad vedeliku ja gaasi või vedeliku ja vedeliku vahelisel piirpinnal. Veepinnal olevad lained erinevad võnke põhimehhanismi poolest (kapillaar, gravitatsioon jne), mis toob kaasa erinevad dispersiooniseadused ja sellest tulenevalt nende lainete erineva käitumise.
Seoses söötme osakeste võnkesuunaga:
pikisuunalised lained - keskkonna osakesed võnguvad paralleelselt laine levimise suunas (nagu näiteks heli levimise puhul).
ristlained - keskkonna osakesed võnguvad risti laine levimise suund (elektromagnetlained, lained meediumieralduspindadel).
a - põiki; b - pikisuunaline.
segalained.
Vastavalt lainefrondi geomeetriale:
Lainepind (lainefront) on punktide asukoht, milleni häire on teatud ajahetkeni jõudnud. Homogeenses isotroopses keskkonnas on laine levimiskiirus kõigis suundades ühesugune, mis tähendab, et esiosa kõik punktid võnguvad ühes faasis, esiosa on laine levimise suunaga risti ja võnkesuuruse väärtused esiosa kõik punktid on samad.
tasane laine - faasitasandid on laine levimise suunaga risti ja üksteisega paralleelsed.
sfääriline laine - võrdsete faaside pind on kera.
Silindriline laine - faaside pind meenutab silindrit.
Spiraal laine - tekib siis, kui kiirgusprotsessis olev laine sfääriline või silindriline allikas / allikad liiguvad mööda teatud suletud kõverat.
lennuki laine
Lainet nimetatakse lamedaks, kui selle lainepinnad on üksteisega paralleelsed tasapinnad, mis on risti laine faasikiirusega. = f(x, t)).
Vaatleme tasapinnalist monokromaatilist (ühesageduslikku) siinuslainet, mis levib homogeenses keskkonnas ilma sumbumiseta piki X-telge.
, kus
Laine faasikiirus on lainepinna (front) kiirus,
- laine amplituud - muutuva väärtuse maksimaalse kõrvalekalde moodul tasakaaluasendist,
– tsükliline sagedus, T – võnkeperiood, – lainesagedus (sarnane võnkumisele)
k - laine number, tähendab ruumilist sagedust,
Veel üks laine tunnus on lainepikkus m, see on kaugus, mille üle laine levib ühe võnkeperioodi jooksul, sellel on ruumiperioodi tähendus, see on lühim kaugus ühes faasis võnkuvate punktide vahel. 
y 
Lainepikkus on seotud lainearvuga suhtega , mis on sarnane ajaseotusega
Lainearv on seotud tsüklilise sageduse ja laine levimiskiirusega
x
y
y 
Joonistel on näidatud aja- ja ruumiperioodidega laine ostsillogramm (a) ja hetktõmmis (b). Erinevalt statsionaarsetest võnkumistest on lainetel kaks peamist tunnust: ajaline perioodilisus ja ruumiline perioodilisus.
Lainete üldised omadused:
Lained kannavad energiat.
2. Lained avaldavad kehadele survet (on hoogu).
3. Laine kiirus keskkonnas oleneb laine sagedusest – dispersioon Seega lained erinevad sagedused levivad samas keskkonnas erinevatel kiirustel (faasikiirus). 
4. Lained painduvad ümber takistuste – difraktsioon.
Difraktsioon tekib siis, kui takistuse suurus on võrreldav lainepikkusega.
5. Kahe kandja vahelisel liidesel peegelduvad ja murduvad lained.
Langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga ja langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on nende kahe keskkonna konstantne väärtus.
6. Koherentsete lainete pealepanemisel (nende lainete faaside erinevus mis tahes punktis on ajas konstantne), siis need häirivad – moodustub stabiilne interferentsi miinimumide ja maksimumide muster. 
Laineid ja neid ergastavaid allikaid nimetatakse koherentseteks, kui lainete faaside erinevus ei sõltu ajast. Laineid ja neid ergastavaid allikaid nimetatakse ebajärjekindlateks, kui lainete faaside erinevus ajas muutub.
Häirida võivad ainult sama sagedusega lained, mille võnkumised toimuvad samas suunas (st koherentsed lained). Häired võivad olla nii statsionaarsed kui ka mittestatsionaarsed. Ainult koherentsed lained võivad anda statsionaarse interferentsimustri. Näiteks kaks sfäärilist lainet veepinnal, mis levivad kahest koherentsest punktallikast, tekitavad interferentsi korral tulemuseks oleva laine. Saadud laine esiosa on kera.
Kui lained segavad, siis nende energiad ei summeeru. Lainete interferents toob kaasa võnkeenergia ümberjaotumise keskkonna erinevate tihedalt asetsevate osakeste vahel. See ei ole vastuolus energia jäävuse seadusega, sest keskmiselt suure ruumipiirkonna puhul on saadud laine energia võrdne segavate lainete energiate summaga.
Kui mittekoherentsed lained on peale pandud, võrdub saadud laine amplituudi ruudu keskmine väärtus kattuvate lainete amplituudide ruudu summaga. Söötme iga punkti tekkivate võnkumiste energia on võrdne selle võnkumiste energiate summaga, mis on tingitud kõigist ebajärjekindlatest lainetest eraldi.
7. Laineid neeldub keskkond. Lähtest kaugenedes laine amplituud väheneb, kuna laine energia kandub osaliselt keskkonda.
8. Lained on hajutatud ebahomogeenses keskkonnas.
Hajumine - laineväljade häired, mis on põhjustatud keskkonna ebahomogeensusest ja sellesse keskkonda paigutatud objektide hajumisest. Hajumisi intensiivsus sõltub ebahomogeensuste suurusest ja laine sagedusest.
mehaanilised lained. Heli. Heli omadus .
Laine- ruumis leviv häiring.
Lainete üldised omadused:
energiat kandma;
omama hoogu ( avaldama kehadele survet);
kahe meediumi piiril peegelduvad ja murduvad;
neeldub keskkonda;
difraktsioon;
sekkumine;
dispersioon;
Lainete kiirus sõltub keskkonnast, mida lained läbivad.
Mehaanilised (elastsed) lained.
Mehaaniliste lainete erijuhtum - lained vedeliku pinnal, lained, mis tekivad ja levivad piki vedeliku vaba pinda või kahe segunematu vedeliku piirpinnal. Need moodustuvad mõju all välismõju, mille tulemusena eemaldatakse vedeliku pind tasakaaluolekust. Sel juhul tekivad jõud, mis taastavad tasakaalu: pindpinevus- ja gravitatsioonijõud.
Mehaanilised lained on kahte tüüpi
Pikisuunalised lained, millega kaasnevad tõmbe- ja survepinged, võivad levida mis tahes elastses keskkonnas: gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes. Ristlained levivad nendes keskkondades, kus nihkedeformatsiooni käigus tekivad elastsed jõud, st tahketes ainetes.
Praktikas pakuvad märkimisväärset huvi lihtsad harmoonilised või siinuslained. Tasapinnalise siinuslaine võrrand on järgmine:
- niinimetatud laine number ,
– ringsagedus ,
AGA - osakeste võnke amplituud.
Joonisel on kujutatud ristlaine "hetktõmmised" kahel ajahetkel: t ja t + Δt. Aja jooksul Δt liikus laine piki OX-telge vahemaa υΔt võrra. Selliseid laineid nimetatakse rändlaineteks.
Lainepikkus λ on kaugus kahe kõrvuti asetseva punkti vahel OX-teljel, mis võnkuvad samades faasides. Vahemaa, mis on võrdne lainepikkusega λ, kulgeb laine üle perioodi T, seega
λ = υT, kus υ on laine levimise kiirus.
Laineprotsessi graafiku mis tahes valitud punktis (näiteks punktis A) muutub selle punkti x-koordinaat ajas t ja avaldise väärtus ωt – kx ei muutu. Pärast ajavahemikku Δt liigub punkt A piki OX-telge teatud vahemaa Δx = υΔt. Järelikult: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = const või ωΔt = kΔx.
See tähendab:
Seega on liikuval siinuslainel kahekordne perioodilisus – ajas ja ruumis. Ajavahemik võrdub keskkonna osakeste võnkeperioodiga T, ruumilise perioodiga pikkusega võrdne lained λ. Lainearv on ringsageduse ruumiline analoog.
Heli.
Igasugust võnkeprotsessi kirjeldatakse võrrandiga. See tuletati ka helivibratsioonide jaoks:
Helilainete põhiomadused
|
Subjektiivne heli tajumine (helitugevus, helikõrgus, tämber) |
Heli objektiivsed füüsikalised omadused (kiirus, intensiivsus, spekter) |
Heli kiirus mis tahes gaasilises keskkonnas arvutatakse järgmise valemiga:
β - söötme adiabaatiline kokkusurutavus,
ρ - tihedus.
Heli rakendamine
Vee all kasutatavaid kajaloodi nimetatakse kajaloodideks või sonariteks (sonari nimi tuleneb kolme algustähest Ingliskeelsed sõnad: heli - heli; navigatsioon – navigatsioon; vahemik - vahemik). Sonarid on asendamatud merepõhja (selle profiili, sügavuse) uurimiseks, erinevate sügaval vee all liikuvate objektide avastamiseks ja uurimiseks. Nende abiga saab hõlpsasti tuvastada nii üksikuid suuri objekte või loomi kui ka väikeste kalade või molluskite parvi.
Ultraheli sageduste laineid kasutatakse meditsiinis laialdaselt diagnostilistel eesmärkidel. Ultraheli skannerid võimaldavad teil uurida siseorganid isik. Ultrahelikiirgus on inimestele vähem kahjulik kui röntgenikiirgus.
Elektromagnetlained.
Nende omadused.
elektromagnetlaine on aja jooksul ruumis leviv elektromagnetväli.
Elektromagnetlaineid saavad ergutada ainult kiiresti liikuvad laengud.
Elektromagnetlainete olemasolu ennustas teoreetiliselt suur inglise füüsik J. Maxwell 1864. aastal. Ta pakkus välja seaduse uue tõlgenduse elektromagnetiline induktsioon Faraday ja arendas oma ideid edasi.
Igasugune magnetvälja muutus tekitab ümbritsevas ruumis keerise. elektriväli, ajas muutuv elektriväli tekitab ümbritsevas ruumis magnetvälja.
Joonis 1. Vahelduv elektriväli tekitab vahelduva magnetvälja ja vastupidi
Maxwelli teoorial põhinevate elektromagnetlainete omadused:
Elektromagnetlained põiki – vektorid ja on üksteisega risti ning asetsevad levimissuunaga risti olevas tasapinnas.
Joonis 2. Elektromagnetlaine levik
Elektri- ja magnetväli rändlaine muutumises ühes faasis.
Liikuvas elektromagnetlaines olevad vektorid moodustavad vektorite nn parempoolse kolmiku.
Vektorite ja võnkumised toimuvad faasis: samal ajahetkel ühes ruumipunktis saavutavad elektri- ja magnetvälja tugevuste projektsioonid maksimumi, miinimumi või nulli.
Elektromagnetlained levivad aines koos lõppkiirus
Kus - keskkonna dielektriline ja magnetiline läbilaskvus (neist sõltub elektromagnetlaine levimiskiirus keskkonnas),
Elektrilised ja magnetilised konstandid.
Elektromagnetlainete kiirus vaakumis
Elektromagnetilise energia voo tihedus
võiintensiivsusega
J
nimetatakse elektromagnetiliseks energiaks, mille laine kannab ajaühikus läbi pindalaühiku pinna:
,
Asendades siin avaldised , ja υ ning võttes arvesse elektri- ja magnetvälja mahulise energiatiheduse võrdsust elektromagnetlaines, saame:
Elektromagnetlaineid saab polariseerida.
Samamoodi elektromagnetlained neil on kõik lainete põhiomadused : nad kannavad energiat, neil on hoog, nad peegelduvad ja murduvad kahe keskkonna vahelisel liidesel, neelduvad keskkonnas, neil on hajuvuse, difraktsiooni ja interferentsi omadused.
Hertzi katsed (elektromagnetlainete eksperimentaalne tuvastamine)
Esimest korda uuriti elektromagnetlaineid eksperimentaalselt
Hertz 1888. aastal. Ta töötas välja eduka elektromagnetilise võnkegeneraatori (Hertz vibraatori) disaini ja meetodi nende tuvastamiseks resonantsmeetodil.
Vibraator koosnes kahest lineaarsest juhist, mille otstes olid sädemevahe moodustavad metallkuulid. Kui induktsioonist karkassile pandi kõrgepinge, hüppas säde vahesse, see lühistas vahe. Selle põlemise ajal toimus vooluringis suur hulk võnkeid. Vastuvõtja (resonaator) koosnes sädemevahega traadist. Resonantsi olemasolu väljendus sädemete ilmumises resonaatori sädemevahesse vastuseks vibraatoris tekkivale sädemele.
Seega andsid Hertzi katsed Maxwelli teooriale tugeva aluse. Maxwelli ennustatud elektromagnetlained osutusid praktikas realiseerutuks.
RAADIOSIDE PÕHIMÕTTED
Raadioside teabe edastamine ja vastuvõtmine raadiolainete abil.
24. märtsil 1896 demonstreeris Popov Venemaa Füüsika-Keemia Seltsi füüsikaosakonna koosolekul oma instrumente kasutades selgelt signaalide edastamist 250 m kaugusele, edastades maailma esimese kahesõnalise radiogrammi "Heinrich". Herts".
VASTUVÕTJA SKEEM A.S. POPOV
Popov kasutas raadiotelegraafi sidet (erineva kestusega signaalide edastamine), sellist sidet saab läbi viia ainult koodi abil. Raadiolainete allikana kasutati Hertzi vibraatoriga sädemesaatjat ja vastuvõtjaks koheerer, metallviilidega klaastoru, mille takistus langeb elektromagnetlaine tabamisel sadu kordi. Kohereri tundlikkuse suurendamiseks oli selle üks ots maandatud, teine aga ühendatud Maa kohale tõstetud juhtmega, antenni kogupikkus oli veerand lainepikkust. Sädeme saatja signaal vaibub kiiresti ja seda ei saa edastada pikkade vahemaade taha.
Raadioside (kõne ja muusika) puhul kasutatakse kõrgsagedusmoduleeritud signaali. Madala (heli) sagedusega signaal kannab teavet, kuid seda praktiliselt ei emiteerita, ja kõrge sagedusega signaal on hästi väljastatud, kuid ei kanna teavet. Modulatsiooni kasutatakse raadiotelefoniside jaoks.
Modulatsioon - HF- ja LF-signaali parameetrite vastavuse loomise protsess.
Raadiotehnikas kasutatakse mitut tüüpi modulatsioone: amplituud, sagedus, faas.
Amplituudmodulatsioon - võnkumiste amplituudi muutus (elektriline, mehaaniline jne), mis toimub võnkumiste endi sagedusest palju madalamal sagedusel.
Kõrgsagedusliku harmoonilise võnkumise ω amplituudi moduleerib madalsageduslik harmooniline võnkumine Ω (τ = 1/Ω on selle periood), t on aeg, A on kõrgsagedusliku võnke amplituud, T on selle periood.
AM-signaali kasutav raadiosideskeem
AM ostsillaator
RF-signaali amplituud muutub vastavalt LF-signaali amplituudile, seejärel edastab saateantenn moduleeritud signaali.
Raadiovastuvõtjas võtab vastuvõtuantenn vastu raadiolaineid, võnkeahelas valitakse resonantsi toimel signaal, millele vooluahel on häälestatud (edastusjaama kandesagedus), seejärel võimendatakse madalsageduskomponent. signaalist tuleb valida.
Detektorraadio
Märkamine – kõrgsagedusliku signaali madalsageduslikuks muundamise protsess. Pärast tuvastamist vastuvõetud signaal vastab saatja mikrofonile mõjunud helisignaalile. Pärast võimendamist saab madala sagedusega vibratsiooni muuta heliks.
Detektor (demodulaator)
Dioodi kasutatakse vahelduvvoolu alaldamiseks
a) AM signaal, b) tuvastatud signaal
RADAR
tuvastamine ja täpne määratlus nimetatakse objektide asukohta ja nende liikumise kiirust raadiolainete abil radar . Radari põhimõte põhineb elektromagnetlainete peegeldumisel metallidelt.
1 - pöörlev antenn; 2 - antenni lüliti; 3 - saatja; 4 - vastuvõtja; 5 - skanner; 6 - kauguse indikaator; 7 - suunatuli.
Radari jaoks kasutatakse kõrgsageduslikke raadiolaineid (VHF), mille abil moodustub kergesti suunav kiir ja kiirgusvõimsus on suur. Meetrite ja detsimeetrite vahemikus - vibraatorite võresüsteemid, sentimeetri ja millimeetri vahemikus - paraboolsed emitterid. Asukoha määramist saab teha nii pidevas (sihtmärgi tuvastamiseks) kui ka impulssrežiimis (objekti kiiruse määramiseks).
Radari kasutusvaldkonnad:
Lennundus, astronautika, merevägi: laevade liiklusohutus iga ilmaga ja igal kellaajal, nende kokkupõrke vältimine, stardiohutus jne. lennukite maandumised.
Sõjapidamine: vaenlase lennukite või rakettide õigeaegne avastamine, õhutõrjetule automaatne reguleerimine.
Planetaarradar: kauguse mõõtmine nendeni, nende orbiitide parameetrite täpsustamine, pöörlemisperioodi määramine, pinna topograafia jälgimine. Endises Nõukogude Liidus (1961) - Veenuse, Merkuuri, Marsi, Jupiteri radar. USA-s ja Ungaris (1946) - katse Kuu pinnalt peegelduva signaali vastuvõtmisel.
Telekommunikatsiooniskeem kattub põhimõtteliselt raadioside skeemiga. Erinevus seisneb selles, et peale helisignaal saatja ja vastuvõtja töö sünkroniseerimiseks edastatakse kujutis ja juhtsignaalid (reavahetus ja kaadrivahetus). Saatjas neid signaale moduleeritakse ja edastatakse, vastuvõtjas võtab antenn need üles ja läheb töötlemiseks, igaüks oma rada pidi.
Mõelge ühele võimalikule skeemile, kuidas kujutis ikonoskoobi abil elektromagnetiliseks võnkumiseks teisendada:
Optilise süsteemi abil projitseeritakse pilt mosaiikekraanile, fotoelektrilise efekti tõttu omandavad ekraanielemendid erineva positiivse laengu. Elektronpüstol genereerib elektronkiire, mis liigub üle ekraani, tühjendades positiivselt laetud rakud. Kuna iga rakk on kondensaator, põhjustab laengu muutus muutuva pinge - elektromagnetilise võnkumise - ilmnemist. Seejärel signaal võimendatakse ja suunatakse moduleerivasse seadmesse. Kineskoobis muundatakse videosignaal tagasi pildiks (erineval viisil, olenevalt kineskoobi tööpõhimõttest).
Kuna televisioonisignaal kannab palju rohkem teavet kui raadio, tehakse tööd kõrgetel sagedustel (meetrid, detsimeetrid).
Raadiolainete levik.
Raadiolaine - on elektromagnetlaine vahemikus (10 4
Iga selle vahemiku osa rakendatakse seal, kus selle eeliseid saab kõige paremini kasutada. Erineva ulatusega raadiolained levivad erinevatel kaugustel. Raadiolainete levik sõltub atmosfääri omadustest. Maapinnal, troposfääril ja ionosfääril on ka tugev mõju raadiolainete levimisele.
Raadiolainete levik- see on raadiosagedusala elektromagnetiliste võnkumiste edastamine ruumis ühest kohast teise, eelkõige saatjalt vastuvõtjale.
Erineva sagedusega lained käituvad erinevalt. Vaatleme üksikasjalikumalt pikkade, keskmiste, lühikeste ja ülilühikeste lainete levimise tunnuseid.
Pikkade lainete levik.
Pikad lained (>1000 m) levivad:
Maakera sfäärilise pinna difraktsiooni tõttu kuni 1-2 tuhande km kaugusel. Oskab ringi käia Maa(Joonis 1). Siis toimub nende levimine sfäärilise lainejuhi suunava tegevuse tõttu, ilma peegeldumata.
Riis. üks Ühenduse kvaliteet:
vastuvõtu stabiilsus. Vastuvõtu kvaliteet ei sõltu kellaajast, aastast, ilmastikutingimustest.
Puudused:
Tänu laine tugevale neeldumisele selle levimisel maa pind vaja on suurt antenni ja võimsat saatjat.
Atmosfäärilahendused (välk) segavad.
Kasutamine:
Levi kasutatakse raadiolevi, raadiotelegraafi, raadionavigatsiooniteenuste ja allveelaevadega suhtlemiseks.
On väike arv raadiojaamu, mis edastavad täpseid ajasignaale ja meteoroloogilisi teateid.
Keskmised lained ( =100...1000 m) levivad:
Nagu pikad lained, on nad võimelised painduma ümber maapinna.
Sarnaselt lühilainetega võivad ka need ionosfäärilt korduvalt peegelduda.
Ühenduse kvaliteet:
Lühike suhtlusulatus. Kesklaine jaamad on kuuldavad tuhande kilomeetri raadiuses. Kuid atmosfääri- ja tööstuslike häirete tase on kõrge.
Kasutatakse ametlikuks ja amatöörsuhtluseks, samuti peamiselt ringhäälinguks.
Lühikesed lained (=10...100 m) levivad:
Peegeldub korduvalt ionosfäärilt ja maapinnalt (joonis 2)
Ühenduse kvaliteet:
Vastuvõtu kvaliteet lühilainetel sõltub väga palju erinevatest protsessidest ionosfääris, mis on seotud päikese aktiivsuse taseme, aastaaja ja kellaajaga. Suure võimsusega saatjaid pole vaja. Maapealsete jaamade ja kosmoselaevade vaheliseks sidepidamiseks need ei sobi, kuna ei läbi ionosfääri.
Kasutamine:
Suhtlemiseks pikkadel vahemaadel. Tele-, raadio- ja raadiosuhtluseks liikuvate objektidega. Seal on osakondade telegraafi- ja telefoniraadiojaamad. See vahemik on kõige "asustatud".
Ultralühilained (
Mõnikord võivad need peegelduda pilvedelt, Maa tehissatelliitidelt või isegi Kuult. Sel juhul võib side ulatus veidi suureneda.
Ultralühilainete vastuvõttu iseloomustab kuuldavuse püsivus, tuhmumise puudumine, samuti erinevate häirete vähenemine.
Nendel lainetel on side võimalik ainult nähtavuse kaugusel L(joonis 7).
Kuna ultralühilained ei levi horisondist kaugemale, on vaja ehitada palju vahepealseid saatjaid - repiitereid.
Repiiter- raadiosideliinide vahepunktides asuv seade, mis võimendab vastuvõetud signaale ja edastab neid edasi.
relee- signaalide vastuvõtmine vahepunktis, nende võimendamine ja edastamine samas või teises suunas. Taasedastus on mõeldud sideulatuse suurendamiseks.
Edastamiseks on kaks võimalust: satelliit ja maapealne.
Satelliit:
Aktiivne releesatelliit võtab vastu maajaama signaali, võimendab seda ja saadab võimsa suunasaatja kaudu signaali Maale ühes või teises suunas.
Maapind:
Signaal edastatakse maapealsesse analoog- või digitaalraadiojaama või selliste jaamade võrku ja saadetakse seejärel edasi samas suunas või teises suunas.
1 - raadiosaatja,
2 - saateantenn, 3 - vastuvõtuantenn, 4 - raadiovastuvõtja.
Kasutamine:
Suhtlemiseks maa tehissatelliitidega ja
VHF jaguneb järgmisteks vahemikeks:
meetrised lained - 10 kuni 1 meeter, kasutatakse telefonisuhtluseks laevade, laevade ja sadamateenuste vahel.
detsimeeter - 1 meeter kuni 10 cm, kasutatakse satelliitside jaoks.
sentimeetrit - 10 kuni 1 cm, kasutatakse radaris.
millimeeter - 1 cm kuni 1 mm, kasutatakse peamiselt meditsiinis.
Loeng - 14. Mehaanilised lained.
2. Mehaaniline laine.
3. Mehaaniliste lainete allikas.
4. Lainete punktallikas.
5. Põiklaine.
6. Pikisuunaline laine.
7. Lainefront.
9. Perioodilised lained.
10. Harmooniline laine.
11. Lainepikkus.
12. Jaotamise kiirus.
13. Lainekiiruse sõltuvus keskkonna omadustest.
14. Huygensi põhimõte.
15. Lainete peegeldumine ja murdumine.
16. Laine peegelduse seadus.
17. Lainete murdumise seadus.
18. Tasapinnalise laine võrrand.
19. Laine energia ja intensiivsus.
20. Superpositsiooni printsiip.
21. Koherentsed vibratsioonid.
22. Koherentsed lained.
23. Lainete interferents. a) interferentsi maksimumtingimus, b) häirete miinimumtingimus.
24. Häired ja energia jäävuse seadus.
25. Lainete difraktsioon.
26. Huygensi-Fresneli printsiip.
27. Polariseeritud laine.
29. Helitugevus.
30. Heli kõrgus.
31. Helitämber.
32. Ultraheli.
33. Infraheli.
34. Doppleri efekt.
1.Laine - see on mis tahes füüsikalise suuruse võnkumiste levimise protsess ruumis. Näiteks helilained gaasides või vedelikes esindavad rõhu ja tiheduse kõikumiste levikut nendes keskkondades. Elektromagnetlaine on elektrimagnetväljade tugevuse kõikumiste levimise protsess ruumis.
Energiat ja hoogu saab ruumis üle kanda ainet kandes. Igal liikuval kehal on kineetiline energia. Seetõttu kannab see ainet üle kandes kineetilist energiat. Sama keha, kuumutades, liikudes ruumis, edastab soojusenergiat, kandes edasi ainet.
Elastse keskkonna osakesed on omavahel seotud. Perturbatsioonid, st. kõrvalekalded ühe osakese tasakaaluasendist kanduvad üle naaberosakestele, s.t. energia ja impulss kanduvad ühelt osakeselt naaberosakestele, kusjuures iga osake jääb oma tasakaaluasendi lähedale. Seega kandub energia ja impulss mööda ahelat ühelt osakeselt teisele ning aineülekannet ei toimu.
Niisiis on laineprotsess energia ja impulsi ülekande protsess ruumis ilma aine ülekandmiseta.
2. Mehaaniline laine või elastne laine on elastses keskkonnas leviv häire (võnkumine). Elastne keskkond, milles mehaanilised lained levivad, on õhk, vesi, puit, metallid ja muud elastsed ained. Elastseid laineid nimetatakse helilaineteks.
3. Mehaaniliste lainete allikas- keha, mis sooritab võnkuvat liikumist, olles elastses keskkonnas, näiteks vibreerivad häälekahvlid, keelpillid, häälepaelad.
4. Lainete punktallikas - laineallikas, mille mõõtmed võib laine levimiskaugusega võrreldes tähelepanuta jätta.
5. põiklaine - laine, milles keskkonna osakesed võnguvad laine levimise suunaga risti. Näiteks lained veepinnal on põiklained, sest veeosakeste vibratsioonid tekivad veepinna suunaga risti ja laine levib mööda veepinda. Ristlaine levib mööda nööri, mille üks ots on fikseeritud, teine võngub vertikaaltasandil.
Ristlaine saab levida ainult piki erinevate meediumite vaimude vahelist liidest.
6. pikisuunaline laine - laine, milles esinevad vibratsioonid laine levimise suunas. Pikisuunaline laine tekib pikas spiraalses vedrus, kui selle ühele otsale avaldavad perioodilised häired, mis on suunatud piki vedru. Mööda vedru kulgev elastselaine on kokkusurumise ja pinge leviv jada (joonis 88)
Pikilaine saab levida ainult elastses keskkonnas, näiteks õhus, vees. Tahkestes ja vedelikes võivad nii rist- kui ka pikilained levida üheaegselt, sest tahket keha ja vedelikku piirab alati pind – kahe meediumi vaheline liides. Näiteks kui lüüakse haamriga terasvarda otsa, siis hakkab selles levima elastne deformatsioon. Mööda varda pinda jookseb põiklaine ja selle sees levib pikisuunaline laine (keskkonna kokkusurumine ja hõrenemine) (joonis 89).
7. Lainefront (lainepind) on samades faasides võnkuvate punktide asukoht. Lainepinnal on vaadeldaval ajahetkel võnkepunktide faasid sama väärtusega. Kui kivi visata rahulikku järve, hakkavad selle kukkumiskohast mööda järve pinda levima ringikujulised põiklained, mille keskpunkt on kivi langemise kohas. Selles näites on lainefrondiks ring.
Sfäärilise laine puhul on lainefront kera. Selliseid laineid tekitavad punktallikad.
Lähtest väga suurtel kaugustel võib frondi kumerust tähelepanuta jätta ja lainefrondit lugeda tasaseks. Sel juhul nimetatakse lainet tasapinnaliseks laineks.
8. Tala – sirge joon on lainepinna suhtes normaalne. Sfäärilisel lainel on kiired suunatud piki kerade raadiusi tsentrist, kus asub laineallikas (joon.90).
Tasapinnalisel lainel on kiired suunatud esiosa pinnaga risti (joon. 91).
9. Perioodilised lained. Lainetest rääkides pidasime silmas üksikut ruumis levivat häiringut.
Kui lainete allikas sooritab pidevaid võnkumisi, siis tekivad keskkonnas üksteise järel liikuvad elastsed lained. Selliseid laineid nimetatakse perioodilisteks.
10. harmooniline laine- harmooniliste võnkumiste tekitatud laine. Kui laineallikas teeb harmoonilised vibratsioonid, siis tekitab see harmoonilisi laineid – laineid, milles osakesed võnguvad harmoonilise seaduse järgi.
11. Lainepikkus. Laske harmoonilisel lainel levida mööda OX-telge ja võnkuma selles OY-telje suunas. See laine on põiki ja seda saab kujutada sinusoidina (joonis 92).
Sellise laine võib saada nööri vaba otsa vertikaaltasapinnas vibratsiooni tekitamisega.
Lainepikkus on kahe lähima punkti vaheline kaugus. A ja B võnkuvad samades faasides (joon. 92).
12. Laine levimise kiirus – füüsiline kogus arvuliselt võrdne võnkumiste levimiskiirusega ruumis. Jooniselt fig. 92 järeldub, et aeg, mille jooksul võnkumine punktist punkti levib AGA asja juurde AT, st. võnkeperioodiga võrdse lainepikkuse vahemaa võrra. Seetõttu on laine levimiskiirus
13. Laine levimiskiiruse sõltuvus keskkonna omadustest. Võnkumiste sagedus laine tekkimisel sõltub ainult laineallika omadustest ja ei sõltu keskkonna omadustest. Laine levimise kiirus sõltub keskkonna omadustest. Seetõttu muutub lainepikkus kahe erineva meediumi vahelise liidese ületamisel. Laine kiirus sõltub sidemest keskkonna aatomite ja molekulide vahel. Aatomite ja molekulide vaheline side vedelikes ja tahketes ainetes on palju jäigem kui gaasides. Seetõttu on helilainete kiirus vedelikes ja tahketes ainetes palju suurem kui gaasides. Õhus heli kiirus at normaalsetes tingimustes võrdub 340, vees 1500 ja terases 6000.
keskmine kiirus termiline liikumine Gaaside molekulide hulk väheneb temperatuuri langedes ja selle tagajärjel väheneb gaasides laine levimise kiirus. Tihedamas ja seetõttu inertses keskkonnas on lainekiirus väiksem. Kui heli levib õhus, sõltub selle kiirus õhu tihedusest. Kui õhu tihedus on suurem, on heli kiirus väiksem. Ja vastupidi, seal, kus õhu tihedus on väiksem, on heli kiirus suurem. Selle tulemusena heli levimisel lainefront moondub. Soo kohal või järve kohal, eriti õhtusel ajal, on veeauru mõjul maapinna lähedal õhutihedus suurem kui teatud kõrgusel. Seetõttu on heli kiirus veepinna lähedal väiksem kui teatud kõrgusel. Selle tulemusena pöördub lainefront nii, et ülemine osa Rinne kaardub üha enam järve pinna poole. Selgub, et mööda järve pinda liikuva laine energia ja järvepinna suhtes nurga all liikuva laine energia liidetakse. Seetõttu jaotub heli õhtul hästi üle järve. Vastaskaldal seistes on kuulda isegi vaikset vestlust.
14. Huygensi põhimõte- iga sissepoole ulatuv punkt pinnal Sel hetkel laine on sekundaarsete lainete allikas. Kõigi sekundaarlainete esikülgede pinna puutuja joonistamisel saame järgmisel korral lainefrondi.
Vaatleme näiteks lainet, mis levib punktist üle veepinna O(Joon.93) Laske ajahetkel t esiosa oli raadiusega ringi kujuline R keskendunud punktile O. Järgmisel ajahetkel on igal sekundaarlainel esikülg raadiusega ringi kujul, kus V on laine levimise kiirus. Joonistades sekundaarlainete frontidele pinna puutuja, saame lainefrondi ajahetkel (joon. 93)
Kui laine levib pidevas keskkonnas, siis lainefront on kera.
15. Lainete peegeldumine ja murdumine. Kui laine langeb kahe erineva meediumi vahelisele liidesele, muutub selle pinna iga punkt Huygensi põhimõtte kohaselt sekundaarsete lainete allikaks, mis levivad mõlemal pool lõikepinda. Seetõttu peegeldub laine kahe kandja liidese ületamisel osaliselt ja läbib osaliselt seda pinda. Sest erinevad kandjad, siis on lainete kiirus neis erinev. Seetõttu muutub kahe meediumi vahelise liidese ületamisel laine levimise suund, s.t. tekib laine murdumine. Mõelge Huygensi põhimõttele, et protsess ning peegeldumis- ja murdumisseadused on lõppenud.
16. Laine peegelduse seadus. Laske tasapinnal lainel langeda kahe erineva meediumi tasasele liidesele. Valime selles kahe kiire vahelise ala ja (joon. 94)
Langemisnurk on nurk langeva kiire ja kokkupuutepunktis oleva liidesega risti oleva nurga vahel.
Peegeldusnurk – nurk peegeldunud kiire ja kokkupuutepunktis oleva liidesega risti oleva nurga vahel.
Hetkel, kui kiir jõuab liideseni punktis , muutub see punkt sekundaarlainete allikaks. Lainefront on sel hetkel tähistatud sirgjoonelise segmendiga AC(Joonis 94). Järelikult peab kiir sellel hetkel ikkagi liidesesse minema, teele SW. Laske talal seda teed ajas läbida. Langevad ja peegeldunud kiired levivad samal pool liidest, seega on nende kiirused samad ja võrdsed v. Siis .
Aja jooksul sekundaarlaine punktist AGA läheb teed. Järelikult . täisnurksed kolmnurgad ja on võrdsed, sest - tavaline hüpotenuus ja jalad. Kolmnurkade võrdsusest järeldub nurkade võrdsus 
. Aga ka s.t. .
Nüüd sõnastame laine peegelduse seaduse: langev kiir, peegeldunud kiir , langemispunktis taastatud kahe kandja liidesega risti asetsevad samal tasapinnal; langemisnurk on võrdne peegeldusnurgaga.
17. Laine murdumise seadus. Laske tasapinnal lainel läbida kahe meediumi vaheline tasapinnaline liides. Ja langemisnurk erineb nullist (joon.95).
Murdumisnurk on nurk murdunud kiire ja liidesega risti oleva nurga vahel, mis on taastatud langemispunktis.
Tähistage ja laine levimiskiirusi meediumites 1 ja 2. Hetkel, mil kiir jõuab punktis liideseni AGA, muutub see punkt lainete allikaks, mis levivad teises keskkonnas - kiires , ja kiir peab ikkagi minema lõigu pinnale. Olgu aeg, mis kiirel kulub tee läbimiseks SW, siis . Teises keskkonnas liigub kiir sama aja jooksul mööda teed . Sest , siis ja .
Kolmnurgad ja täisnurgad ühise hüpotenuusiga ja = on nagu nurgad, mille küljed on üksteisega risti. Nurkade ja jaoks kirjutame järgmised võrdsused
.
Võttes arvesse, et , saame
Nüüd sõnastame laine murdumise seaduse: Langev kiir, murdunud kiir ja langemispunktis taastatud kahe keskkonna vahelise liidesega risti asetsevad samal tasapinnal; langemisnurga siinuse ja murdumisnurga siinuse suhe on kahe antud keskkonna konstantne väärtus ja seda nimetatakse kahe antud keskkonna suhteliseks murdumisnäitajaks.
18. Tasapinnalise laine võrrand. Kauguses olevad keskkonna osakesed S lainete allikast hakkavad võnkuma alles siis, kui laine selleni jõuab. Kui a V on laine levimise kiirus, siis algavad võnked teatud ajalise hilinemisega
Kui laineallikas võngub harmoonilise seaduse järgi, siis kauguses asuva osakese puhul S allikast, kirjutame võnkeseaduse vormi
.
Tutvustame väärtust 
nimetatakse lainenumbriks. See näitab, mitu lainepikkust mahub kaugusesse ühikut pikkus. Nüüd kaugemal asuva keskkonna osakese võnkeseadus S allikast, mille vormi kirjutame
.
See võrrand määratleb võnkepunkti nihke aja ja laineallika kauguse funktsioonina ning seda nimetatakse tasapinnalise laine võrrandiks.
19. Lainete energia ja intensiivsus. Iga osake, mille laine on jõudnud, võngub ja seetõttu on tal energiat. Laske lainel levida elastse keskkonna teatud mahus amplituudiga AGA ja tsükliline sagedus. See tähendab, et selle ruumala võnkumiste keskmine energia on võrdne
Kus m- söötme eraldatud ruumala mass.
Keskmine energiatihedus (keskmine üle ruumala) on laineenergia keskkonna ruumalaühiku kohta
, kus on söötme tihedus.
Lainete intensiivsus on füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne energiaga, mida laine kannab ajaühikus läbi laine levimise suunaga risti oleva tasandi pindalaühiku (läbi lainefrondi pindalaühiku), st.
.
Laine keskmine võimsus on keskmine koguenergia, mille laine kannab ajaühikus läbi pindalaga pinna S. Keskmise lainevõimsuse saame, korrutades laine intensiivsuse pindalaga S
20.Superpositsiooni (ülekatte) põhimõte. Kui kahest või enamast allikast pärinevad lained levivad elastses keskkonnas, siis nagu vaatlused näitavad, läbivad lained üksteist üksteisele üldse mõjutamata. Teisisõnu, lained ei suhtle üksteisega. Seda seletatakse asjaoluga, et elastse deformatsiooni piires ei mõjuta ühesuunaline kokkusurumine ja pinge mitte mingil juhul elastseid omadusi teistes suundades.
Seega võtab iga laine poolt põhjustatud võnkumistes osa keskkonna iga punkt, kuhu tuleb kaks või enam lainet. Sel juhul on keskkonna osakese nihkumine igal ajal võrdne iga tekkiva võnkeprotsessi põhjustatud nihete geomeetrilise summaga. See on võnkumiste superpositsiooni või superpositsiooni põhimõtte olemus.
Võnkumiste liitmise tulemus sõltub tekkivate võnkeprotsesside amplituudist, sagedusest ja faaside erinevusest.
21. Koherentsed võnkumised - võnkumisi sama sagedusega ja konstantse faasierinevus ajas.
22.koherentsed lained- sama sagedusega või sama lainepikkusega lained, mille faaside erinevus antud ruumipunktis jääb ajas konstantseks.
23.Lainehäired- kahe või enama koherentse laine kattumisel tekkiva laine amplituudi suurenemise või vähenemise nähtus.
a) . häirete maksimaalsed tingimused. Laske kahe koherentse allika lainetel kohtuda ühes punktis AGA(Joonis 96).
Keskmiste osakeste nihked punktis AGA, mille põhjustab iga laine eraldi, kirjutame vormis oleva lainevõrrandi järgi
kus ja , , 
- punktis lainete poolt põhjustatud võnkumiste amplituudid ja faasid AGA, ja - punktide vahemaad, 
- nende vahemaade erinevus või lainete kulgemise erinevus.
Lainete kulgemise erinevuse tõttu hilineb teine laine võrreldes esimesega. See tähendab, et esimese laine võnkumiste faas on ees teise laine võnkefaasist, s.o. . Nende faaside erinevus jääb aja jooksul muutumatuks.
Täiendavalt AGA maksimaalse amplituudiga võnkuvate osakeste puhul peaksid mõlema laine harjad või nende lohud jõudma punkti AGA samaaegselt identsetes faasides või faaside erinevusega , kus n- täisarv ja - on siinus- ja koosinusfunktsioonide periood,
Siin saab seega häiremaksimumi tingimuse kirjutada kujule
Kus on täisarv.
Niisiis, koherentsete lainete pealekandmisel on tekkiva võnke amplituud maksimaalne, kui lainete teekonna erinevus on võrdne lainepikkuste täisarvuga.
b) Häirete miinimumtingimus. Punktis tekkiva võnkumise amplituud AGA on minimaalne, kui kahe koherentse laine hari ja sügavus jõuavad sellesse punkti samaaegselt. See tähendab, et sada lainet tulevad sellesse punkti antifaasis, st. nende faaside erinevus on võrdne või 
, kus on täisarv.
Häirete miinimumtingimus saadakse läbi algebralised teisendused:
Seega on kahe koherentse laine kattumisel võnkumiste amplituud minimaalne, kui lainete teekonna erinevus on võrdne paaritu arvu poollainetega.
24. Häired ja energia jäävuse seadus. Kui lained sekkuvad interferentsi miinimumi kohtades, on tekkivate võnkumiste energia väiksem kui segavate lainete energia. Aga interferentsi maksimumi kohtades ületab tekkivate võnkumiste energia segavate lainete energiate summat sama palju, kuivõrd häirimismiinimumi kohtades on energia vähenenud.
Lainete segamisel jaotub võnkeenergia ruumis ümber, kuid jäävusseadust järgitakse rangelt.
25.Laine difraktsioon- takistuse ümber keerdumise nähtus, s.o. kõrvalekalle sirgjoonelisest laine levimisest.
Difraktsioon on eriti märgatav, kui takistuse suurus on lainepikkusest väiksem või sellega võrreldav. Tasapinnalise laine levimisteel asugu avaga ekraan, mille läbimõõt on võrreldav lainepikkusega (joonis 97).
Huygensi printsiibi järgi saab igast augu punktist samade lainete allikas. Ava suurus on nii väike, et kõik sekundaarlainete allikad asuvad üksteisele nii lähedal, et neid kõiki võib pidada üheks punktiks – üheks sekundaarlainete allikaks.
Kui laine teele asetada takistus, mille suurus on võrreldav lainepikkusega, muutuvad servad Huygensi põhimõtte kohaselt sekundaarlainete allikaks. Aga vahe suurus on nii väike, et selle servi võib lugeda kokkulangevateks, s.t. takistus ise on sekundaarlainete punktallikas (joon.97).
Difraktsiooni nähtus on kergesti jälgitav, kui lained levivad üle veepinna. Kui laine jõuab õhukese liikumatu pulgani, muutub see lainete allikaks (joonis 99).
25. Huygensi-Fresneli põhimõte. Kui augu suurus ületab oluliselt lainepikkust, siis laine, läbides auku, levib sirgjooneliselt (joonis 100).
Kui takistuse suurus ületab oluliselt lainepikkust, siis moodustub takistuse taha varjutsoon (joon. 101). Need katsed on vastuolus Huygensi põhimõttega. Prantsuse füüsik Fresnel täiendas Huygensi põhimõtet sekundaarlainete koherentsuse ideega. Iga punkt, kuhu laine on saabunud, muutub samade lainete allikaks, st. sekundaarsed koherentsed lained. Seetõttu puuduvad lained ainult nendes kohtades, kus sekundaarlainete korral on interferentsi miinimumi tingimused täidetud.
26. polariseeritud laine on põiklaine, milles kõik osakesed võnguvad samas tasapinnas. Kui hõõgniidi vaba ots võngub ühes tasapinnas, siis piki hõõgniidi levib tasapinnaline polariseeritud laine. Kui hõõgniidi vaba ots võngub eri suundades, siis piki hõõgniidi leviv laine ei ole polariseeritud. Kui polariseerimata laine teele asetada kitsa pilu kujul olev takistus, siis pärast pilu läbimist laine polariseerub, sest pilu läbib mööda seda tekkivaid nööri võnkumisi.
Kui asetada polariseeritud laine teele teine pilu, mis on paralleelne esimesega, siis läbib laine seda vabalt (joonis 102).
Kui teine pilu asetatakse esimesega täisnurga all, siis laine levimine peatub. Seadet, mis eraldab ühes kindlas tasapinnas tekkivaid vibratsioone, nimetatakse polarisaatoriks (esimene pesa). Polarisatsioonitasandit määravat seadet nimetatakse analüsaatoriks.
27.Heli - see on kokkusurumiste ja hõrenemiste levimise protsess elastses keskkonnas, näiteks gaasis, vedelikus või metallides. Kompressioonide ja harvenemise levik toimub molekulide kokkupõrke tagajärjel.
28. Helitugevus on mõjujõud helilaine peal kuulmekile inimese kõrv, mis on helirõhust.
Helirõhk - See on lisarõhk, mis tekib helilaine levimisel gaasis või vedelikus. Helirõhk sõltub heliallika võnke amplituudist. Kui häälekahvli kerge hoobiga kõlama panna, siis saame ühe helitugevuse. Kui aga häälehargile tugevamini lüüa, siis selle võnkumiste amplituud suureneb ja kõlab valjemini. Seega määrab heli tugevuse heliallika võnke amplituud, s.o. helirõhu kõikumiste amplituud.
29. Helikõrgus määratud võnkesagedusega. Mida kõrgem on heli sagedus, seda kõrgem on toon.
Heli vibratsioonid harmoonilise seaduse järgi esinevaid tajutakse muusikalise toonina. Tavaliselt on heli keerukas heli, mis on lähedaste sagedustega vibratsioonide kombinatsioon.
Kompleksheli juurtooniks on antud heli sageduste hulga madalaimale sagedusele vastav toon. Toone, mis vastavad keeruka heli teistele sagedustele, nimetatakse ülemtoonideks.
30. Heli tämber. Sama põhitooniga helid erinevad tämbri poolest, mille määrab ülemtoonide komplekt.
Igal inimesel on oma ainulaadne tämber. Seetõttu suudame alati eristada ühe inimese häält teise inimese häälest, isegi kui nende põhitoonid on samad.
31.Ultraheli. Inimkõrv tajub helisid, mille sagedus on vahemikus 20 Hz kuni 20 000 Hz.
Helisid, mille sagedus on üle 20 000 Hz, nimetatakse ultraheliks. Ultraheli levib kitsaste kiirte kujul ja seda kasutatakse sonari ja vigade tuvastamisel. Ultraheli abil saab määrata merepõhja sügavust ja tuvastada erinevate osade defekte.
Näiteks kui siinil pole pragusid, siis rööpa ühest otsast kiirgav ultraheli, mis peegeldub selle teisest otsast, annab ainult ühe kaja. Kui on pragusid, siis ultraheli peegeldub pragudest ja instrumendid salvestavad mitu kaja. Tuvastati ultraheli abil allveelaevad, kalaparved. Nahkhiir Ultraheli abil kosmosesse orienteeritud.
32. infraheli– heli sagedusega alla 20 Hz. Mõned loomad tajuvad neid helisid. Nende allikaks on sageli maakoore vibratsioon maavärinate ajal.
33. Doppleri efekt- see on tajutava laine sageduse sõltuvus lainete allika või vastuvõtja liikumisest.
Lase paadil järve pinnal puhata ja lained löövad kindla sagedusega vastu selle parda. Kui paat hakkab liikuma vastu laine levimise suunda, siis suureneb lainelöögi sagedus paadi küljel. Veelgi enam, mida suurem on paadi kiirus, seda suurem on lainelöögi sagedus pardal. Ja vastupidi, kui paat liigub laine levimise suunas, väheneb löökide sagedus. Neid kaalutlusi on lihtne mõista jooniselt fig. 103.
Mida suurem on vastutuleva liikumise kiirus, seda vähem kulub aega kahe lähima harja vahelise vahemaa läbimisele, s.t. teemasid vähem perioodi lained ja seda suurem on laine sagedus paadi suhtes.
Kui vaatleja on liikumatu, kuid lainete allikas liigub, siis sõltub vaatleja poolt tajutav laine sagedus allika liikumisest.
Las haigur kõnnib mööda madalat järve vaatleja poole. Iga kord, kui ta jala vette paneb, lainetavad sellest kohast välja lained. Ja iga kord, kui vahemaa esimese ja viimase laine vahel väheneb, s.t. mahub lühemale kaugusele rohkem harjad ja lohud. Seetõttu paigalseisva vaatleja puhul, kelle poole haigur kõnnib, sagedus suureneb. Ja vastupidi, liikumatu vaatleja jaoks, kes asub diametraalselt vastupidises punktis suuremal kaugusel, on mäeharju ja lohke sama palju. Seetõttu selle vaatleja puhul sagedus väheneb (joonis 104).
Mis tahes päritolu lainete puhul võib teatud tingimustel täheldada nelja allpool loetletud nähtust, mida vaatleme õhus esinevate helilainete ja veepinna lainete näitel.
Lainete peegeldus. Teeme katse helisagedusliku voolugeneraatoriga, millega on ühendatud valjuhääldi (kõlar), nagu on näidatud joonisel fig. "a". Kuuleme vilistavat heli. Tabeli teise otsa paneme ostsilloskoobiga ühendatud mikrofoni. Kuna ekraanile ilmub väikese amplituudiga siinuslaine, tähendab see, et mikrofon tajub nõrka heli.
Asetame nüüd laua peale tahvli, nagu on näidatud joonisel "b". Kuna amplituud ostsilloskoobi ekraanil on suurenenud, tähendab see, et mikrofoni jõudev heli on muutunud valjemaks. See ja paljud teised katsed viitavad sellele mis tahes päritolu mehaanilistel lainetel on võime peegelduda kahe meediumi vahelisest liidesest.
Lainete murdumine. Pöördume joonise poole, mis näitab rannikumadalikul kulgevaid laineid (pealtvaade). Hallikaskollane värv kujutab liivast kallast ja sinine - mere sügavat osa. Nende vahel on liivavall – madal vesi.
Läbi sügava vee liikuvad lained levivad punase noole suunas. Madalikule jooksmise kohas laine murdub ehk muudab levimissuunda. Seetõttu on laine uut levimissuunda näitav sinine nool paigutatud erinevalt.
See ja paljud teised tähelepanekud näitavad seda mis tahes päritolu mehaanilised lained võivad murduda, kui levimistingimused muutuvad, näiteks kahe keskkonna vahelisel liidesel.
Lainete difraktsioon. Ladina keelest tõlgituna tähendab "diffractus" "katki". Füüsikas difraktsioon on lainete kõrvalekalle sirgjoonelisest levimisest samas keskkonnas, mis põhjustab nende takistuste ümardamist.
Heitke nüüd pilk merepinnale veel ühele lainemustrile (vaade kaldalt). Kaugelt meie poole jooksvaid laineid varjab vasakpoolne suur kivi, kuid samas lähevad need osaliselt ümber. Parempoolne väiksem kivi ei ole lainetele sugugi takistuseks: nad lähevad sellest täielikult ümber, levides samas suunas.
Kogemused näitavad seda difraktsioon avaldub kõige selgemini langeva lainepikkuse korral rohkem suurusi takistusi. Tema selja taga levib laine, nagu polekski takistust.
Lainehäired. Oleme käsitlenud nähtusi, mis on seotud ühe laine levimisega: peegeldus, murdumine ja difraktsioon. Mõelge nüüd kahe või enama laine üksteisele superpositsioonil levimisele - interferentsi nähtus(ladina keelest "inter" - vastastikku ja "ferio" - ma taban). Uurime seda nähtust eksperimentaalselt.
Ühendage kaks paralleelselt ühendatud kõlarit helisagedusvoolu generaatoriga. Helivastuvõtja, nagu ka esimeses katses, on ostsilloskoobiga ühendatud mikrofon.
Alustame mikrofoni liigutamist paremale. Ostsilloskoop näitab, et heli muutub üha nõrgemaks, hoolimata asjaolust, et mikrofon kõlaritest eemaldub. Viime mikrofoni tagasi kõlarite vahelisele keskmisele joonele ja siis nihutame selle vasakule, kõlaritest jälle eemale. Ostsilloskoop näitab meile taas heli sumbumist ja seejärel võimendust.
See ja paljud teised katsed näitavad seda ruumis, kus levivad mitmed lained, võivad nende häired põhjustada vahelduvate piirkondade tekkimist koos võnkumiste võimenduse ja nõrgenemisega.
§ 1.7. mehaanilised lained
Aine või välja ruumis levivaid vibratsioone nimetatakse laineks. Aine fluktuatsioonid tekitavad elastseid laineid (erijuhtum on heli).
mehaaniline laine on keskkonna osakeste võnkumiste levimine ajas.
Pidevas keskkonnas levivad lained osakeste vastastikuse mõju tõttu. Kui mõni osake satub võnkuvasse liikumisse, siis elastse ühenduse tõttu kandub see liikumine üle naaberosakestele ja laine levib. Sel juhul ei liigu võnkuvad osakesed ise lainega kaasa, vaid kõhklema nende ümber tasakaalu positsioonid.
Pikisuunalised lained on lained, milles osakeste võnkumise suund x ühtib laine levimise suunaga 
. Pikilained levivad gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes.
P 
ooperi lained- need on lained, milles osakeste võnkumise suund on laine levimise suunaga risti 
. Ristlained levivad ainult tahkes keskkonnas.
Lainetel on kaks perioodilisust - ajas ja ruumis. Perioodilisus ajas tähendab seda, et keskkonna iga osake võngub ümber oma tasakaaluasendi ja see liikumine kordub võnkeperioodiga T. Perioodilisus ruumis tähendab seda, et keskkonna osakeste võnkuv liikumine kordub nende vahel teatud vahemaadel.
Laineprotsessi perioodilisust ruumis iseloomustab suurus, mida nimetatakse lainepikkuseks ja tähistatakse
.
Lainepikkus on vahemaa, mille ulatuses laine levib keskkonnas osakeste võnkeperioodi jooksul. 
.
Siit 
, kus 
- osakeste võnkeperiood, 
- võnkesagedus, 
- laine levimise kiirus, olenevalt keskkonna omadustest.
To 
kuidas kirjutada lainevõrrandit? Laske punktis O (laine allikas) asuval nöörijupil võnkuda koosinusseaduse järgi
Olgu mingi punkt B allikast x kaugusel (punkt O). Selleni jõudmiseks kulub aega, et laine, mis levib kiirusega v. 
. See tähendab, et punktis B algavad võnked hiljem 
. See on. Pärast sellesse võrrandisse avaldiste asendamist 
ja mitmeid matemaatilisi teisendusi, saame
,
. Tutvustame tähistust: 
. Siis. Punkti B valiku suvalisuse tõttu on see võrrand nõutav tasapinnalise laine võrrand 
.
Koosinusmärgi all olevat avaldist nimetatakse laine faasiks 
.
E 
Kui kaks punkti on laineallikast erineval kaugusel, on nende faasid erinevad. Näiteks punktide B ja C faasid, mis asuvad vahemaadel 
ja 
laine allikast, on vastavalt võrdne
Punktis B ja punktis C toimuvate võnkumiste faaside erinevust tähistatakse 
ja see saab olema võrdne
Sellistel juhtudel öeldakse, et punktides B ja C toimuvate võnkumiste vahel on faasinihe Δφ. Öeldakse, et võnkumised punktides B ja C toimuvad faasis, kui 
. Kui a 
, siis punktides B ja C esinevad võnked antifaasis. Kõigil muudel juhtudel toimub lihtsalt faasinihe.
Lainepikkuse mõistet saab määratleda ka muul viisil:
Seetõttu nimetatakse k-d lainearvuks.
Oleme kasutusele võtnud tähistuse 
ja näitas seda 
. Siis
.
Lainepikkus on tee, mille laine läbib ühe võnkeperioodi jooksul.
Määratleme laineteoorias kaks olulist mõistet.
laine pind on keskkonna punktide asukoht, mis võnkuvad samas faasis. Lainepinda saab tõmmata läbi iga keskkonna punkti, seetõttu on neid lõpmatu arv.
Lainepinnad võivad olla mis tahes kujuga ja kõige lihtsamal juhul on nendeks üksteisega paralleelsete tasandite hulk (kui laineallikaks on lõpmatu tasapind) või kontsentriliste sfääride hulk (kui laineallikaks on punkt).
lainefront(lainefront) - punktide asukoht, milleni kõikumised ajahetkel ulatuvad 
. Lainefront eraldab laineprotsessis osaleva ruumiosa piirkonnast, kus võnkumisi pole veel tekkinud. Seetõttu on lainefront üks lainepindadest. See eraldab kaks ala: 1 - kuhu laine jõudis ajaks t, 2 - ei jõudnud.
Igal ajahetkel on ainult üks lainefront ja see liigub kogu aeg, samal ajal kui lainepinnad jäävad paigale (läbivad samas faasis võnkuvate osakeste tasakaalupositsioone).
lennuki laine- see on laine, mille lainepinnad (ja lainefront) on paralleelsed tasapinnad.
sfääriline laine on laine, mille lainepinnad on kontsentrilised sfäärid. Sfäärilise laine võrrand: 
.
Kahe või enama laine poolt saavutatud keskkonna iga punkt osaleb iga laine põhjustatud võnkumistes eraldi. Mis saab sellest tulenev vibratsioon? See sõltub paljudest teguritest, eelkõige keskkonna omadustest. Kui keskkonna omadused laine levimise protsessi tõttu ei muutu, siis nimetatakse keskkonda lineaarseks. Kogemused näitavad, et lained levivad lineaarses keskkonnas üksteisest sõltumatult. Me käsitleme laineid ainult lineaarses keskkonnas. Ja milline saab olema punkti kõikumine, mis jõudis korraga kahele lainele? Sellele küsimusele vastamiseks on vaja mõista, kuidas leida sellest topelttegevusest põhjustatud võnke amplituud ja faas. Tekkiva võnke amplituudi ja faasi määramiseks on vaja leida iga laine tekitatud nihked ja seejärel need liita. Kuidas? Geomeetriliselt!
Lainete superpositsiooni (ülekatte) põhimõte: kui lineaarses keskkonnas levib mitu lainet, levib igaüks neist nii, nagu polekski teisi laineid ja sellest tulenev keskkonnaosakese nihe igal ajal on võrdne geomeetrilise summaga. nihketest, mille osakesed saavad, osaledes laineprotsesside igas komponendis.
Laineteooria oluline kontseptsioon on kontseptsioon koherentsus - mitmete võnke- või laineprotsesside koordineeritud voog ajas ja ruumis. Kui vaatluspunkti saabuvate lainete faaside erinevus ajast ei sõltu, siis selliseid laineid nn. sidus. Ilmselgelt saavad koherentsed olla ainult sama sagedusega lained.
R 
Mõelgem, milline on tulemus, kui liita kaks koherentset lainet, mis tulevad mingisse ruumipunkti (vaatluspunkti) B. Matemaatiliste arvutuste lihtsustamiseks eeldame, et allikate S 1 ja S 2 kiiratavad lained on sama amplituudiga ja algfaasid on võrdsed nulliga. Vaatluspunktis (punktis B) põhjustavad allikatest S 1 ja S 2 tulevad lained keskkonna osakeste võnkumisi: 
ja 
. Saadud kõikumine punktis B leitakse summana.
Tavaliselt leitakse vaatluspunktis tekkiva võnke amplituud ja faas vektordiagrammide meetodil, kujutades iga võnkumist nurkkiirusega ω pöörleva vektorina. Vektori pikkus on võrdne võnke amplituudiga. Algselt moodustab see vektor valitud suunaga nurga, mis on võrdne võnkumiste algfaasiga. Seejärel määratakse valemiga tekkiva võnke amplituud.
Meie juhtumi jaoks, kus liidetakse kaks amplituudiga võnkumist 
,
ja faasid 
,
.
Seetõttu sõltub punktis B toimuvate võnkumiste amplituud sellest, milline on tee vahe 
läbib iga laine eraldi allikast vaatluspunktini ( 
on vaatluspunkti saabuvate lainete teevahe). Häire miinimumi või maksimumi saab jälgida nendes punktides, mille puhul 
. Ja see on võrrand hüperbooliga, mille fookused on punktides S 1 ja S 2 .
Nendes ruumipunktides, mille jaoks 
, on tekkivate võnkumiste amplituud maksimaalne ja võrdne 
. Sest 
, siis on võnkeamplituud maksimaalne nendes punktides, mille puhul.
nendes ruumipunktides, mille jaoks 
, on tekkivate võnkumiste amplituud minimaalne ja võrdne 
.võnke amplituud on minimaalne nendes punktides, mille puhul .
Lõpliku arvu koherentsete lainete liitmisest tulenevat energia ümberjaotumise nähtust nimetatakse interferentsiks.
Takistuste ümber painduvate lainete nähtust nimetatakse difraktsiooniks.
Mõnikord viitab difraktsioon lainete levimise mis tahes kõrvalekaldumisele takistuste lähedal seadustest geomeetriline optika(kui takistuste mõõtmed on proportsionaalsed lainepikkusega).
B 
Difraktsiooni tõttu võivad lained siseneda geomeetrilise varju piirkonda, minna ümber takistuste, tungida läbi ekraanide väikeste aukude jne. Kuidas seletada lainete lööki geomeetrilise varju piirkonnas? Difraktsiooni nähtust saab seletada Huygensi põhimõttega: iga punkt, kuhu laine jõuab, on sekundaarsete lainete allikas (homogeenses sfäärilises keskkonnas) ja nende lainete mähis määrab lainefrondi asukoha järgmisel hetkel aega.
Sisestage valguse häirete eest, et näha, mis võib kasuks tulla
Laine nimetatakse vibratsiooni levimise protsessiks ruumis.
laine pind on punktide asukoht, kus samas faasis toimuvad võnked.
lainefront nimetatakse punktide asukohaks, kuhu laine jõuab teatud ajahetkeni t. Lainefront eraldab laineprotsessis osaleva ruumiosa piirkonnast, kus võnkumisi pole veel tekkinud.
Punktallika puhul on lainefront sfääriline pind, mille keskpunkt on allika asukoht S. 1, 2,
3
- lainepinnad; 1
- lainefront. Mööda allikast väljuvat kiirt leviva sfäärilise laine võrrand: . Siin 
- laine levimise kiirus, 
- lainepikkus; AGA- võnke amplituud; 
- ringikujuline (tsükliline) võnkesagedus; 
- punktallikast kaugusel r asuva punkti nihkumine tasakaaluasendist ajahetkel t.
lennuki laine on lameda lainefrondiga laine. Piki telje positiivset suunda leviva tasapinnalise laine võrrand y:
, kus x- allikast ajahetkel t kaugusel y asuva punkti nihkumine tasakaaluasendist.
Laine– võnkumiste levimise protsess elastses keskkonnas.
mehaaniline laine– ruumis levivad ja energiat kandvad mehaanilised häired.
Lainete tüübid:
pikisuunaline - keskkonna osakesed võnguvad laine levimise suunas - kõigis elastsetes keskkondades;
x
võnke suund
keskkonna punktid
põiki – keskkonna osakesed võnguvad laine levimise suunaga risti – vedeliku pinnal.
X
Mehaaniliste lainete tüübid:
elastsed lained - elastsete deformatsioonide levimine;
lained vedeliku pinnal.
Laine omadused:
Laske A võnkuda vastavalt seadusele: 
.
Seejärel võngub B nurga võrra viivitusega 
, kus 
, st.
Laineenergia.
on ühe osakese koguenergia. Kui osakesedN, siis kus 
- epsilon, V - maht.
Epsilon– energia laine ruumalaühiku kohta – mahuline energiatihedus.
Laineenergia voog on võrdne lainete poolt teatud pinna kaudu ülekantava energia suhtega aega, mille jooksul see ülekanne toimub: 
, vatt; 1 vatt = 1 J/s.
Energiavoo tihedus – laine intensiivsus- energiavoog läbi pindalaühiku - väärtus, mis võrdub laine poolt ülekantava keskmise energiaga ajaühikus ristlõike pindalaühiku kohta.
[W/m2]
.
Umov vektor- vektor I, mis näitab laine levimise suunda ja võrdub laineenergia vooluga, mis läbib selle suunaga risti olevat pindalaühikut:
.
Laine füüsikalised omadused:
amplituud
lainepikkus
laine kiirus
intensiivsusega
Vibratsiooniline:
Laine:
Komplekssed vibratsioonid (lõdvestumine) - erinevad sinusoidsest.
Fourier' teisendus- mis tahes kompleksset perioodilist funktsiooni saab esitada mitme lihtsa (harmoonilise) funktsiooni summana, mille perioodid on kompleksfunktsiooni perioodi kordsed - see on harmooniline analüüs. Esineb parserites. Tulemuseks on kompleksse võnkumise harmooniline spekter:
AGA
0 
Heli - vibratsioonid ja lained, mis mõjuvad inimese kõrva ja põhjustavad kuulmisaistingut.
Helivõnked ja lained on mehaaniliste vibratsioonide ja lainete erijuht. Helide tüübid:
lihtne - harmooniline - helihark
kompleksne - anharmooniline - kõne, muusika
toonid- heli, mis on perioodiline protsess:
Keeruka tooni saab lagundada lihtsateks. Sellise lagunemise madalaim sagedus on põhitoon, ülejäänud harmooniliste (ületoonide) sagedus on 2 
ja teised. Nende suhtelist intensiivsust näitav sageduste kogum on akustiline spekter.
Müra - keerulise mittekorduva ajast sõltuv heli (kahin, kriuks, aplaus). Spekter on pidev.
Heli füüsikalised omadused:
Kuulmisaistingu omadused:
Kõrgus määratakse helilaine sagedusega. Mida kõrgem on sagedus, seda kõrgem on toon. Suurema intensiivsusega heli on madalam.
Tämber– määratud akustilise spektri järgi. Mida rohkem toone, seda rikkalikum on spekter.
Helitugevus- iseloomustab kuulmisaistingu taset. Sõltub heli intensiivsusest ja sagedusest. Psühhofüüsiline Weber-Fechneri seadus: kui te suurendate ärritust geomeetriline progressioon(sama arv kordi), siis selle ärrituse tunne suureneb aritmeetilises progressioonis (sama palju).
, kus E on helitugevus (mõõdetuna fonides); 
- intensiivsuse tase (mõõdetuna bellides). 1 bel - intensiivsuse taseme muutus, mis vastab helitugevuse muutusele 10 korda K - proportsionaalsustegur, sõltub sagedusest ja intensiivsusest.
Heli tugevuse ja intensiivsuse suhe on võrdsed helitugevuse kõverad, mis on üles ehitatud eksperimentaalsetele andmetele (need loovad heli sagedusega 1 kHz, muudavad intensiivsust, kuni tekib kuulmisaisting, mis on sarnane uuritava heli tugevuse tunnetusega). Teades intensiivsust ja sagedust, saate leida tausta.
Audiomeetria- kuulmisteravuse mõõtmise meetod. Instrument on audiomeeter. Saadud kõver on audiogramm. Määratakse ja võrreldakse kuulmistundlikkuse lävi erinevatel sagedustel.
Müramõõtur – mürataseme mõõtmine.
Kliinikus: auskultatsioon - stetoskoop / fonendoskoop. Fonendoskoop on membraani ja kummitorudega õõneskapsel.
Fonokardiograafia – taustade ja südamekahinate graafiline registreerimine.
Löökpillid.
Ultraheli– mehaanilised vibratsioonid ja lained sagedusega üle 20 kHz kuni 20 MHz. Ultraheli emitterid on elektromehaanilised emitterid, mis põhinevad piesoelektrilisel efektil (elektroodide vahelduvvool, mille vahel on kvarts).
Ultraheli lainepikkus on väiksem kui heli lainepikkus: 1,4 m - heli vees (1 kHz), 1,4 mm - ultraheli vees (1 MHz). Ultraheli kajastub hästi luu-periosti-lihase piiril. Ultraheli ei tungi inimkehasse, kui seda ei määrita õliga (õhukiht). Ultraheli levimise kiirus sõltub keskkonnast. Füüsikalised protsessid: mikrovibratsioonid, biomakromolekulide hävitamine, bioloogiliste membraanide ümberstruktureerimine ja kahjustamine, termiline efekt, rakkude ja mikroorganismide hävitamine, kavitatsioon. Kliinikus: diagnostika (entsefalograaf, kardiograaf, ultraheli), füsioteraapia (800 kHz), ultraheli skalpell, ravimitööstus, osteosüntees, steriliseerimine.
infraheli– lained sagedusega alla 20 Hz. Kahjulik tegevus- resonants kehas.
vibratsioonid. Kasulik ja kahjulik tegevus. Massaaž. vibratsioonihaigus.
Doppleri efekt– vaatleja (lainevastuvõtja) poolt tajutavate lainete sageduse muutus laineallika ja vaatleja suhtelisest liikumisest.
Juhtum 1: N läheneb I-le.
Juhtum 2: ja läheneb N.
Juhtum 3: I ja H lähenemine ja kaugus üksteisest:
Süsteem: ultraheligeneraator - vastuvõtja - on kandja suhtes liikumatu. Objekt liigub. Ta saab ultraheli sagedusega 
, peegeldab seda, saates selle vastuvõtjasse, mis võtab vastu ultrahelilaine sagedusega 
. Sageduse erinevus - doppleri sageduse nihe:
. Seda kasutatakse verevoolu kiiruse, ventiilide liikumiskiiruse määramiseks.