Какво представляват вълните

Запознаване с напречни и надлъжни вълни.

Ще разгледаме едно въже.

Това е въжето ми.

Ще хвана левия му край

и ще направя рязко движение нагоре

и след това надолу.

Ще разгледаме какво се случва

и какво се формира.

Ако дръпна въжето нагоре в този край,

част от дясната му страна също ще се вдигне.

Въжето ще изглежда по този начин.

Нещо такова.

След това незабавно ще го дръпна рязко надолу.

Как ще изглежда въжето,

когато левият край се върне
до първоначалната си точка?

Дръпнал съм левия край обратно надолу.

Но в предишния времеви период
тази част от въжето

се движеше със скорост нагоре.

Представи си го така.

Дори след това – когато тази точка вляво

е дръпната надолу – тази точка тук

все още има инерция нагоре.

Тя ще продължи
да се движи нагоре, може би

малко по-бавно, защото започвам
да я дърпам надолу

от левия край на въжето.

Значи ще изглежда така.

И ще се движи по въжето надясно.

Въжето ще изглежда така.

Ето по този начин.

Тази точка тук е само междинна

позиция по пътя

на въжето надолу.

Вече използвах жълто, ще използвам оранжево.

Как ще изглежда въжето сега?

Тази точка тук

е имала някаква инерция,

но скоростта ѝ накрая ще спадне до нула,

защото левият край на въжето я дърпа.

Посоката на точката ще се смени

и тя ще стигне до тук.

Лилавата точка на въжето тук

е имала инерция нагоре.

Тя ще продължи да се движи
с по-ниска скорост.

Докато тя е там, ще дръпне
останалата част от въжето

надясно със себе си.

Така че сега въжето ще изглежда
по този начин.

Ето така.

Когато накрая дръпна въжето до

първоначалната му позиция,
левият край ще бъде тук.

В предишния времеви период тази точка

се е движила надолу.

Сега е стигнала тук и е готова
да обърне посоката си.

Тази точка ще започне
да се движи надолу.

Тази точка е имала инерция нагоре

затова тя вече ще е тук

и ще бъде готова да обърне
посоката си.

Когато накрая завърша този цикъл –

след като съм движил въжето
нагоре-надолу и обратно

въжето ще изглежда така.

Мога да пусна края му.

Мога да пусна тази точка тук отляво

и извивката ще се разпространи по въжето.

Как ще изглежда въжето

в следващия момент от време?

Тази точка ще бъде издигната нагоре
от точката вляво.

Значи тя ще се върне обратно
в първоначалната си точка.

Тази точка ще се придвижи надолу от

частта от въжето вляво от нея.

Тази точка е издърпана надолу.

В предишния момент тази точка
е имала инерция нагоре,

така че ще се придвижи нагоре.

В следващия момент въжето ми

ще изглежда така.

Ето така.

Ако не спирам движението и не губя
енергия от топлина и триене,

това смущение ще продължи
да се разпространява по въжето.

Ако погледнем въжето
в някакъв бъдещ момент

не много далеч във времето,
въжето ще изглежда така.

Ако продължим да го наблюдаваме,
ще виждаме това смущение.

Изполвам думата „смущение“,

но се използва още "дислокация"
или "периодично изменение".

Ще виждаме това смущение

да се движи по продължение на въжето.

Какво представлява вълната?

Тук малко прибързах – използвах думата

„смущение“, защото не исках
да казвам „вълна“.

Какво представлява вълната?

Вълната е точно това смущение,
разпространяващо се

по продължение на въжето.

Сега ще дадем дефиницията за вълна.

След като съм дал дефиницията,
мога да я наричам

вълна вместо смущение,

разпространяващо се по
продължение на въжето.

Вълната е смущение, разпространяващо
се в пространството.

Вълната е смущение, разпространяващо
се в пространството.

Има и други дефиниции.

Една типична дефиниция е
„енергия или смущение,

разпространяващи се в някаква среда“.

Под "среда" имаме предвид
къде се разпространява вълната.

В този пример въжето е нашата среда.

Не искам да използвам тази дефиниция,

защото в бъдещите видеоклипове
ще учим за електромагнитните вълни.

Те се разпространяват и във вакуум.

За да сме максимално общи, ще я наречем

смущение, което се разпространява
в пространството.

Обикновено тя пренася енергия.

Какво означава това?

В лявата част на въжето аз му придадох

малко енергия.

Раздвижих го нагоре-надолу и обратно.

След това моето движение

се предаде надясно последователно

във всяка точка по въжето

Така че, ако изчакам известно време,
тази точка вдясно

ще се задвижи нагоре-надолу и обратно.

Това, което направих тук, ще се случи
и в тази точка.

По-късно ще се случи и на други

точки на въжето.

Енергията, която първоначално придадох

върху лявата страна на въжето,

ще се пренесе по продължението му надясно.

Ако има някакъв предмет върху въжето,

когато вълната стигне до него,

той може да се издигне във въздуха –

да бъде подхвърлен нагоре

и да получи по-висока потенциална енергия.

В случая това смущение пренася

енергия.

Това не е единственият вид вълна,

който съществува. Дефинициите ми са доста общи.

Но дефиницията е по-обща от

начертаното от мен.

Например може да имаме звукова вълна.

Молекулите на въздуха имат някаква плътност.

Нещо такова.

Ако имаме някаква мембрана,

например тонколона,

която избутва тази част от въздуха.

Ще пробвам да го нарисувам.

Това е повърхност, която

трепти бързо в тази посока.

наляво-надясно –

подобно на горния пример.

Тя избутва въздуха

и се връща обратно.

Какво ще се случи?

След като избута въздушните молекули,

те се притискат една в друга.

Сгъстяват се.

Молекулите, които са били

до повърхността ще бъдат избутани

до тези тук.

След това, когато мембраната
се върне обратно,

тук ще имаме по-малко молекули,

защото плътността тук ще е по-малка.

Скупчените молекули

ще искат да се раздалечат.

Те се сблъскват една с друга.

Тези молекули се сблъскват с тези,

които на свой ред се сблъскват с тези

и така нататък.

И след като тези молекули
се сблъскат с тези,

те ще се върнат
към началното си положение.

Получава се смущение,

което представлява съвкупност от молекули,

които се компресират или
сблъскват със съседните си.

В бъдещ период от време

тази част вече може да изглежда нормално.

Ще го изтрия и нарисувам, както беше преди.

Тази част може да изглежда нормално.

Но това сгъстяване на частиците може да

е стигнало дотук.

Също така след сгъстяването

се получава част с ниско налягане.

Ако трябва да нарисувам самата вълна

и мембраната продължаваше да се движи

напред-назад, напред-назад

ще се получи поредица от сгъстявания.

Във въздуха се получава поредица от сгъстявания.

Това е едно сгъстяване.

Тук ще има друго сгъстяване.

Тук – още едно.

А между сгъстяванията

въздухът е с по-ниска плътност.

Ето така.

Генерирал съм звукова вълна,

пътуваща във въздуха.

Това е звукова вълна. Този вид вълна,

където посоката на смущението съвпада

с тази на вълната или е по същата ос,
по която се движи вълната,

се нарича надлъжна.

Звуковите вълни,
разпространяващи се във въздуха,

са надлъжни вълни.

Наричат са още компресионни
вълни. Едно и също е.

Наричат се така, защото са причинени
от компресия – сгъстяване.

В примера с въжето
вълната се нарича напречна,

защото вълната се движи напречно

на посоката на движение.

Посоката на движение е надясно.

Всъщност вълната се движи надясно,

но средата се движи нагоре-надолу.

Затова се нарича напречна.

Тук средата се движи наляво-надясно,

а вълната се движи надясно.

Значи движенията са по една и съща ос.

Следователно това е надлъжна вълна.

В първия пример направих
само един цикъл.

Дръпнах въжето нагоре-надолу
и обратно един път

и създадох едно смущение.

Това еднократно смущение се нарича

вълнов импулс.

Ако продължа да движа въжето

нагоре-надолу периодично,

ще генерирам периодична вълна.

Тогава въжето ще изглежда

по този начин.

Всъщност ще изглежда така.

Това е смущението, генерирано от първото

ми въздействие върху левия край на въжето.

Това е периодична вълна.

В следващия видеоклип
ще разгледаме подробно

свойствата на периодичната вълна.
Как дължината,

честотата и периодът на вълната

са свързани със скоростта ѝ.

Няма да говорим за това тук.

Исках да разбереш, че срещаме тази

идея във всекидневието –

говоря за звуковата вълна –

но вълната е абстрактно понятие,

защото това е смущение.

То обикновено се разпространява в среда,

особено когато го рисуваме, но не винаги.

Говорим за смущение.

То може да има различни форми.
Може да бъде

напречно, ако говорим за въже,

или да е смущение в начина на
подреждане на молекулите

във въздуха – звукова вълна.
Има връзка между тях.

Мога да начертая плътността,

да представя математически
тази компресионна

вълна. Тази линия представлява

първоначалното състояние преди вълната.

Това е нормална плътност.

Ако начертая плътността, тя
ще изглежда по този начин.

Тук плътността е висока.

Тук тя е ниска.

Тук е висока.

Ако я нарисувам, ще прилича много

на напречната вълна с въжето
от началото на клипа.

Затова те са поставени
в една и съща група.

Въпреки че компресионната вълна

може да изглежда различно от напречната,

математически двете вълни

са едно и също нещо.

Имаме тази величина.

В този случай тя е изменящата се във времето
плътност на въздуха.

А тук е промяната на първоначалното
състояние на средата.

Тази стойност се изменя във времето

като пътува в дадена среда.

Затова и двете се наричат вълни.

Спирам дотук.

В следващото видео ще говорим

повече за свойствата на периодичните вълни.