ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p122.2: Продольная и поперечная волны. Длина волны. Скорость

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить физические условия возникновения поперечных и продольных волн. Ключевым фактором является способность среды сопротивляться деформации сдвига (изменению формы при сохранении объёма). Мы проанализируем свойства жидкостей (воды) с точки зрения механики сплошных сред.

Вычисление и физическое обоснование:

Поперечная волна — это процесс, при котором частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Для возникновения таких колебаний в среде должны действовать силы упругости, возникающие при деформации сдвига. Если соседние слои среды смещаются относительно друг друга, они должны тянуть или толкать друг друга обратно к равновесному положению.

Вода относится к классу жидкостей. В идеальной жидкости вязкость отсутствует, а в реальной воде она крайне мала для высокочастотных процессов. Главное свойство жидкости заключается в том, что она не имеет собственной формы и принимает форму сосуда. Жидкости практически не оказывают сопротивления деформации сдвига: если вы попытаете сдвинуть один слой воды относительно другого, сила упругости возврата будет отсутствовать (или пренебрежимо мала). Частицы воды легко скользят друг относительно друга.

Таким образом, механизм передачи поперечного возмущения «слой за слоем» через силы упругости сдвига в воде невозможен. Продольные же волны (звуковые) в воде распространяются отлично, так как жидкость обладает объемной упругостью (сопротивляется сжатию).

Проверка и вывод:

Сравним с твердыми телами: в металлах или камнях поперечные волны существуют, так как кристаллическая решетка жестко удерживает атомы на местах, создавая сильное сопротивление сдвигу. В газах ситуация аналогична воде — поперечные волны не распространяются из-за отсутствия сил упругости сдвига между молекулами.

Следовательно, ответ отрицательный: в глубине воды поперечные волны не могут распространяться. Примечание: На поверхности воды наблюдаются так называемые «поверхностные волны», но они имеют сложную природу (комбинация гравитационных и капиллярных сил), где частицы движутся по эллиптическим траекториям, и это не являются чистыми поперечными волнами в объеме среды.