पानी में पत्थर फेंकने से आप अंदाजा लगा सकते हैं कि यांत्रिक तरंगें क्या होती हैं। इस पर दिखाई देने वाले वृत्त और बारी-बारी से कुंड और लकीरें यांत्रिक तरंगों के उदाहरण हैं। उनका सार क्या है? लोचदार मीडिया में यांत्रिक तरंगें कंपन प्रसार की प्रक्रिया हैं।
तरल सतहों पर लहरें
ऐसी यांत्रिक तरंगें द्रव के कणों पर अंतर-आणविक बलों और गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के कारण मौजूद होती हैं। लोग लंबे समय से इस घटना का अध्ययन कर रहे हैं। सबसे उल्लेखनीय समुद्र और समुद्री लहरें हैं। जैसे-जैसे हवा की गति बढ़ती है, वे बदलते हैं और उनकी ऊंचाई बढ़ती है। स्वयं तरंगों का आकार भी अधिक जटिल हो जाता है। समुद्र में, वे भयावह अनुपात तक पहुँच सकते हैं। बल के सबसे स्पष्ट उदाहरणों में से एक सुनामी है जो अपने रास्ते में आने वाली हर चीज को बहा ले जाती है।
समुद्र और समुद्र की लहरों की ऊर्जा
तट पर पहुंचने पर गहराई में तेज बदलाव के साथ समुद्र की लहरें बढ़ जाती हैं। वे कभी-कभी कई मीटर की ऊंचाई तक पहुंचते हैं। ऐसे क्षणों में, पानी के विशाल द्रव्यमान की गतिज ऊर्जा को तटीय बाधाओं में स्थानांतरित कर दिया जाता है, जो इसके प्रभाव में जल्दी से नष्ट हो जाती हैं। सर्फ की ताकत कभी-कभी भव्य मूल्यों तक पहुंच जाती है।
लोचदार तरंगें
यांत्रिकी में, न केवल एक तरल की सतह पर कंपन का अध्ययन किया जाता है, बल्कि तथाकथित लोचदार तरंगों का भी अध्ययन किया जाता है। ये वे विक्षोभ हैं जो विभिन्न माध्यमों में लोचदार बलों की कार्रवाई के तहत फैलते हैं। इस तरह की गड़बड़ी संतुलन की स्थिति से किसी दिए गए माध्यम के कणों का विचलन है। लोचदार तरंगों का एक अच्छा उदाहरण एक छोर पर किसी चीज से जुड़ी एक लंबी रस्सी या रबर ट्यूब है। यदि आप इसे कसकर खींचते हैं, और फिर पार्श्व तेज गति के साथ इसके दूसरे (अस्थिर) छोर पर एक गड़बड़ी पैदा करते हैं, तो आप देख सकते हैं कि यह रस्सी की पूरी लंबाई के साथ समर्थन तक कैसे "चलता है" और वापस परावर्तित होता है।
यांत्रिक तरंगों का स्रोत
प्रारंभिक विक्षोभ के कारण माध्यम में तरंग का आभास होता है। यह किसी विदेशी पिंड की क्रिया के कारण होता है, जिसे भौतिकी में तरंग का स्रोत कहा जाता है। यह रस्सी को घुमाने वाले व्यक्ति का हाथ हो सकता है, या पानी में फेंका गया कंकड़ हो सकता है। उस स्थिति में जब स्रोत की क्रिया अल्पकालिक होती है, माध्यम में अक्सर एक एकान्त तरंग दिखाई देती है। जब "डिस्टर्बर" लंबे समय तक दोलन करता है, तो लहरें एक के बाद एक दिखाई देने लगती हैं।
यांत्रिक तरंगों के उत्पन्न होने की शर्तें
इस तरह का दोलन हमेशा नहीं बनता है। उनकी उपस्थिति के लिए एक आवश्यक शर्त बलों के माध्यम की गड़बड़ी के क्षण में घटना है, विशेष रूप से, लोच को रोकना। जब वे अलग हो जाते हैं, तो वे पड़ोसी कणों को एक-दूसरे के करीब लाते हैं, और जब वे एक-दूसरे के पास आते हैं तो उन्हें एक-दूसरे से दूर धकेल देते हैं। दूर से अभिनय करने वाले लोचदार बलकण की गड़बड़ी का स्रोत, उन्हें संतुलन से बाहर करना शुरू करें। समय के साथ, माध्यम के सभी कण एक दोलन गति में शामिल होते हैं। ऐसे दोलनों का प्रसार तरंग है।
एक लोचदार माध्यम में यांत्रिक तरंगें
एक लोचदार तरंग में, एक साथ 2 प्रकार की गति होती है: कण दोलन और गड़बड़ी प्रसार। अनुदैर्ध्य तरंग एक यांत्रिक तरंग है जिसके कण इसके प्रसार की दिशा में दोलन करते हैं। अनुप्रस्थ तरंग वह तरंग होती है जिसके माध्यम के कण उसके प्रसार की दिशा में दोलन करते हैं।
यांत्रिक तरंगों के गुण
अनुदैर्घ्य तरंग में विक्षेप विरलन और संपीडन हैं, और अनुप्रस्थ तरंग में वे माध्यम की कुछ परतों का अन्य के सापेक्ष विस्थापन (विस्थापन) हैं। लोचदार बलों की उपस्थिति के साथ संपीड़न विरूपण होता है। इस मामले में, कतरनी विरूपण विशेष रूप से ठोस पदार्थों में लोचदार बलों की उपस्थिति से जुड़ा हुआ है। गैसीय और तरल माध्यमों में, इन माध्यमों की परतों का विस्थापन उल्लिखित बल की उपस्थिति के साथ नहीं होता है। उनके गुणों के कारण, अनुदैर्ध्य तरंगें किसी भी माध्यम में फैल सकती हैं, जबकि अनुप्रस्थ तरंगें केवल ठोस पदार्थों में ही फैल सकती हैं।
तरल पदार्थ की सतह पर तरंगों की विशेषताएं
तरल की सतह पर तरंगें न तो अनुदैर्ध्य होती हैं और न ही अनुप्रस्थ। उनके पास एक अधिक जटिल, तथाकथित अनुदैर्ध्य-अनुप्रस्थ चरित्र है। इस मामले में, द्रव कण एक वृत्त में या लम्बी दीर्घवृत्त के साथ चलते हैं। एक तरल की सतह पर और विशेष रूप से बड़े दोलनों के दौरान कणों की वृत्ताकार गति उनके धीमी लेकिन निरंतर गति के साथ होती हैतरंग प्रसार की दिशा में बढ़ रहा है। यह पानी में यांत्रिक तरंगों के गुण हैं जो तट पर विभिन्न समुद्री भोजन की उपस्थिति का कारण बनते हैं।
यांत्रिक तरंग आवृत्ति
यदि एक लोचदार माध्यम (तरल, ठोस, गैसीय) में इसके कणों का कंपन उत्तेजित होता है, तो उनके बीच परस्पर क्रिया के कारण, यह गति u के साथ प्रचारित होगा। इसलिए, यदि कोई दोलनशील पिंड गैसीय या तरल माध्यम में है, तो उसकी गति उसके आस-पास के सभी कणों तक प्रसारित होने लगेगी। वे इस प्रक्रिया में अगले लोगों को शामिल करेंगे और इसी तरह। इस मामले में, माध्यम के बिल्कुल सभी बिंदु समान आवृत्ति के साथ दोलन करना शुरू कर देंगे, दोलन करने वाले शरीर की आवृत्ति के बराबर। यह तरंग की आवृत्ति है। दूसरे शब्दों में, इस मान को उस माध्यम में बिंदुओं की दोलन आवृत्ति के रूप में वर्णित किया जा सकता है जहां तरंग का प्रसार होता है।
यह तुरंत स्पष्ट नहीं हो सकता है कि यह प्रक्रिया कैसे होती है। यांत्रिक तरंगें दोलन गति की ऊर्जा को उसके स्रोत से माध्यम की परिधि तक स्थानांतरित करने से जुड़ी हैं। नतीजतन, तथाकथित आवधिक विकृतियां उत्पन्न होती हैं, जो लहर द्वारा एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाती हैं। इस मामले में, माध्यम के कण स्वयं तरंग के साथ नहीं चलते हैं। वे अपनी संतुलन स्थिति के निकट दोलन करते हैं। इसीलिए यांत्रिक तरंग के संचरण के साथ पदार्थ का एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरण नहीं होता है। यांत्रिक तरंगों की आवृत्तियाँ भिन्न होती हैं। इसलिए, उन्हें श्रेणियों में विभाजित किया गया और एक विशेष पैमाना बनाया गया। आवृत्ति को हर्ट्ज़ (हर्ट्ज) में मापा जाता है।
मूल सूत्र
यांत्रिक तरंगें, जिनके गणना सूत्र काफी सरल होते हैं, अध्ययन के लिए एक दिलचस्प वस्तु हैं। तरंग गति (υ) इसके सामने की गति की गति है (उन सभी बिंदुओं का स्थान जहां तक माध्यम का दोलन इस समय पहुंच गया है):
υ=जी/, जहाँ ρ माध्यम का घनत्व है, G लोच का मापांक है।
गणना करते समय, किसी माध्यम में यांत्रिक तरंग की गति को तरंग प्रक्रिया में शामिल माध्यम के कणों की गति के साथ भ्रमित न करें। इसलिए, उदाहरण के लिए, हवा में एक ध्वनि तरंग अपने अणुओं की औसत कंपन गति 10 मीटर/सेकेंड के साथ फैलती है, जबकि सामान्य परिस्थितियों में ध्वनि तरंग की गति 330 मीटर/सेकेंड होती है।
वेव फ्रंट कई रूपों में आता है, जिनमें से सबसे सरल हैं:
• गोलाकार - गैसीय या तरल माध्यम में उतार-चढ़ाव के कारण होता है। इस स्थिति में, तरंग का आयाम स्रोत से दूरी के साथ दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती अनुपात में घटता जाता है।
• समतल - एक ऐसा तल है जो तरंग प्रसार की दिशा के लंबवत होता है। यह होता है, उदाहरण के लिए, एक बंद पिस्टन सिलेंडर में जब यह दोलन करता है। एक समतल तरंग की विशेषता लगभग स्थिर आयाम है। विक्षोभ के स्रोत से दूरी के साथ इसकी थोड़ी कमी गैसीय या तरल माध्यम की चिपचिपाहट की डिग्री से जुड़ी है।
तरंग दैर्ध्य
तरंगदैर्घ्य के अंतर्गत उस दूरी को समझा जाता है जिस पर उसका अग्रभाग उस समय में चलेगामाध्यम के कणों के दोलन की अवधि के बराबर होती है:
λ=T=/v=2πυ/, जहां T दोलन अवधि है, υ तरंग गति है, ω चक्रीय आवृत्ति है, ν माध्यम बिंदुओं की दोलन आवृत्ति है।
चूंकि एक यांत्रिक तरंग की प्रसार गति पूरी तरह से माध्यम के गुणों पर निर्भर करती है, इसकी लंबाई एक माध्यम से दूसरे माध्यम में संक्रमण के दौरान बदल जाती है। इस मामले में, दोलन आवृत्ति हमेशा समान रहती है। यांत्रिक और विद्युत चुम्बकीय तरंगें समान हैं कि जब वे फैलती हैं, तो ऊर्जा स्थानांतरित होती है, लेकिन कोई भी पदार्थ स्थानांतरित नहीं होता है।
