Волновое движение. Виды волн. Примеры волновых процессов. Фронт волны. Фазовая скорость. Плоские, сферические, цилиндрические волны

Волны - это изменение состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию и импульс без переноса вещества. Наиболее часто встречающиеся виды волн — упругие (звук) и электромагнитные (свет, радиоволны и другие). Примером волнового движения может быть возмущение воды от падающих капель, которое распространяется в виде расширяющихся концентрических кругов.

Основные виды волн:

• Механические упругие волны в твёрдых, жидких, газообразных материалах:
• волны на границе двух сред (поверхностные волны);
• Продольные волны в субстанции;
• поперечные волны
• волны сдвиговой деформации
• компаундные волны, возникающие в результате суперпозиции продольных противофазных волн в средах без сдвиговой деформации (жидких, газообразных);
• Электромагнитные волны
• Волновые процессы в проводящих средах, в т.ч. и волны в плазме;
• Гравитационные волны;

Примеры: колебание струны, волны на поверхности жидкости, электромагнитные волны и т.д.

Фронт волны - поверхность, окружающая источник колебаний, все точки которой имеют одинаковые фазы колебаний. Фронт волны может быть сферой (сферическая волна) или иметь более сложную форму. Направление распространения волны - нормаль к фронту волны. Фронт волны — частный случай волновой поверхности.

Фа́зовая ско́рость — скорость перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пространстве вдоль заданного направления.

Основная формула, определяющая фазовую скорость (монохроматической) волны в одномерном пространстве или фазовую скорость вдоль волнового вектора для волны в пространстве большей размерности: которая является прямым следствием того факта, что фаза плоской волны в однородной среде есть для одномерного случая или для размерности, большей единицы.

Конкретное соотношение между ω и k — так называемый закон дисперсии для каждого конкретного типа волн получают обычно из дифференциального уравнения, описывающего данный тип волн, подставляя в него монохроматическую (чаще всего плоскую) волну.

В случае, когда фазовая скорость не зависит для данного типа волн от частоты или волнового числа (и направления волнового вектора), тогда и групповая скорость совпадает с нею.