Папярочныя і падоўжныя хвалі

Усе мы добра знаёмыя з прыметнікамі «падоўжны» і «папярочны». І не проста знаёмыя, а актыўна выкарыстоўваем іх у паўсядзённым жыцці. Але калі гаворка заходзіць пра хвалях, няважна якіх - у вадкасці, паветры, цвёрдай матэрыі або электрамагнітных палях, то часта ўзнікае шэраг пытанняў. Звычайна, чуючы словы «папярочныя і падоўжныя хвалі», сярэднестатыстычны чалавек уяўляе сінусоіду. Сапраўды, вагальныя абурэння на вадзе менавіта так і выглядаюць, таму жыццёвы вопыт дае менавіта такую падказку. На самай справе свет больш складзены і разнастайны: у ім існуюць як падоўжныя хвалі, так і папярочныя.

Калі ў якой-небудзь асяроддзі (поле, газ, вадкасць, цвёрдая матэрыя) узнікаюць ваганні, перанослыя энергію ад адной кропкі да іншай з хуткасцю, якая залежыць ад уласцівасцяў самой асяроддзя, то яны называюцца хвалямі. З-за таго, што ваганні распаўсюджваюцца не імгненна, фазы хвалі ў пачатковай кропцы і якой-небудзь канчатковай па меры выдалення ад крыніцы ўсё больш адрозніваюцца. Важны момант, які варта заўсёды памятаць: пры пераносе энергіі праз ваганні самі часціцы, з якіх складаецца серада, не перамяшчаюцца, а застаюцца на сваіх ўраўнаважаных палажэннях. Прычым, калі разглядаць працэс больш дэталёва, становіцца зразумела, што вагаюцца ня адзінкавыя часціцы, а іх групы, засяроджаныя ў якой-небудзь адзінцы аб'ёму. Гэта можна праілюстраваць на прыкладзе з звычайнаю вяроўкаю: калі адзін яе канец зафіксаваць, а з іншага вырабляць хвалепадобныя руху (у любой плоскасці), то хоць хвалі ўзнікаюць, матэрыял вяроўкі не руйнуецца, што адбывалася б пры руху часціц у яе структуры.

Падоўжныя хвалі характэрныя толькі газападобных і вадкім серадах, а вось папярочныя - таксама і цвёрдым целам. У цяперашні час існуючая класіфікацыя дзеліць усе вагальныя абурэння на тры групы: электрамагнітныя, вадкасныя і пругкія. Апошнія, як можна здагадацца з назвы, уласцівыя пругкім (цвёрдым) серадах, таму іх часам называюць механічнымі.

Падоўжныя хвалі ўзнікаюць тады, калі часціцы асяроддзя вагаюцца, арыентуючыся ўздоўж вектару распаўсюджвання абурэння. Прыкладам можа служыць ўдар па тарцы металічнага стрыжня шчыльным масіўным прадметам. Папярочныя хвалі распаўсюджваюцца ў перпендыкулярным вектару ўздзеяння кірунку. Заканамернае пытанне: «Чаму ж у газах і вадкіх асяроддзях могуць узнікаць толькі падоўжныя хвалі»? Тлумачэнне простае: прычына гэтага заключаецца ў тым, што часціцы, якія складаюць дадзеныя асяроддзя, могуць свабодна перамяшчацца, так як жорстка не зафіксаваныя, у адрозненне ад цвёрдых тэл. Адпаведна, папярочныя ваганні прынцыпова немагчымыя.

Вышэйсказанае можна сфармуляваць трохі інакш: калі ў асяроддзі дэфармацыя, выкліканая абурэннем, выяўляецца ў выглядзе зруху, расцяжэння і сціску, то гаворка ідзе пра цвёрдым целе, для якога магчымыя як падоўжныя, так і папярочныя хвалі. Калі ж з'яўленне зруху немагчыма, то асяроддзе можа быць любы.

Асаблівую цікавасць уяўляюць падоўжныя электрамагнітныя хвалі (ПЭВ). Хоць тэарэтычна нічога не перашкаджае ўзнікненню такіх ваганняў, афіцыйная навука адмаўляе іх існаванне ў натуральным асяроддзі. Прычына, як заўсёды бывае, простая: сучасная электрадынаміка зыходзіць з прынцыпу, што электрамагнітныя хвалі могуць быць толькі папярочнымі. Адмова ад падобнага светапогляду пацягне за сабой неабходнасць перагляду многіх фундаментальных перакананняў. Нягледзячы на гэта, існуе шмат публікацый вынікаў эксперыментаў, практычна якія даказваюць існаванне ПЭВ. А гэта ўскосна азначае выяўленне яшчэ аднаго стану матэрыі, пры якім, уласна, магчымая генерацыя дадзенага тыпу хваль.