Стояча хвиля: чи так все просто

Стояча хвиля: чи так все просто


Будь-яка хвиля являє собою коливання. Коливатися може рідина, електромагнітне поле або будь-яке інше середовище. У повсякденному житті кожна людина щодня стикається з тим чи іншим проявом коливань. Але що таке стояча хвиля?


Уявіть собі містку ємність, в яку налита вода - це може бути тазик, відро або ванна. Якщо тепер по рідині поплескати долонею, то від центру ударіння в усі сторони побіжать хвилеподібні гребені. До речі, вони так і називаються - біжучі хвилі. Їх характерна ознака - перенесення енергії. Однак, змінюючи частоту бавовни, можна досягти практично повного видимого їх зникнення. Виникає враження, що маса води стає жоврідною, а рух відбувається тільки вниз і вгору. Стояча хвиля - це і є дане зміщення. Дане явище виникає тому, що кожна пішла від центру удару хвиля досягає стінок ємності і відбивається назад, де перетинається (інтерферує) з основними хвилями, що йдуть в протилежному напрямку. Стояча хвиля з'являється лише в тому випадку, якщо відображені і прямі збігаються за фазою, але різні за амплітудою. В іншому випадку вищевказаної інтерференції не відбувається, оскільки одна з властивостей хвильових обурень з різними характеристиками - це здатність співіснувати в одному і тому ж обсязі простору, не спотворюючи один одного. Можна стверджувати, що стояча хвиля є сумою двох зустрічно спрямованих тих, хто біжить, що призводить до падіння їх швидкостей до нуля.

Чому ж у наведеному прикладі вода продовжує коливатися у вертикальному напрямку? Дуже просто! При накладанні хвиль з однаковими параметрами в певні моменти часу коливання досягають свого максимального значення, звані пучностями, а в інші повністю гасяться (вузли). Змінюючи частоту бавовни, можна як повністю погасити горизонтальні хвилі, так і посилити вертикальні зміщення.

Стоячі хвилі становлять інтерес не тільки для практиків, а й для теоретиків. Зокрема, одна з моделей будови Всесвіту свідчить, що будь-яка матеріальна частинка характеризується якоюсь певною частотою коливань (вібрацією): електрон коливається (тремтить), нейтрино коливається тощо. Далі, в рамках гіпотези, припустили, що згадана вібрація - наслідок інтерференції якихось, поки ще не відкритих обурень середовища. Іншими словами, автори стверджують, що там, де ті дивовижні хвилі формують стоячу, виникає матерія.

Не менш цікаве явище Резонансу Шумана. Воно полягає в тому, що за деяких умов (жодна із запропонованих гіпотез поки не прийнята за єдино вірну) в просторі між земною поверхнею і нижньою межею іоносфери виникають стоячі електромагнітні хвилі, частоти яких лежать в низькому і наднизькому діапазонах (від 7 до 32 герц). Якщо «поверхня - іоносфера», що утворилася в проміжку, хвиля обігне планету і потрапить у резонанс (збіг фаз), то зможе існувати тривалий час без загасання, самопідтримуючись. Резонанс Шумана представляє особливий інтерес тому, що частота хвиль практично збігається з природними альфа-ритмами людського мозку. Наприклад, дослідженнями цього явища в Росії займаються не тільки фізики, а й така велика організація, як «Інститут мозку людини».

На стоячі електромагнітні хвилі звернув увагу ще геніальний винахідник Нікола Тесла. Вважається, що він міг використовувати це явлене інтерференції хвиль в деяких своїх пристроях. Одним з джерел їх появи в атмосфері прийнято вважати грози. Електричні розряди збуджують електромагнітне поле і генерують хвилі.