PhysicsWaves for iOS

Описание

Приложение «Волны» состоит из набора пяти различных симуляций, которые имеют дело с бегущими волнами, стоячими волнами и биениями. Существует два разных моделирования бегущей волны: одно для поперечных волн, а другое для продольных волн. Есть также два моделирования для стоячих волн, одно для поперечных волн и одно для продольных волн.

Моделирование 1 - поперечные бегущие волны. Показаны две независимые бегущие волны. Вы можете настроить амплитуду и частоту каждой из волн по отдельности. Это моделирует движение волн, бегущих по струнам, поэтому вы также можете исследовать, как регулировка натяжения, приложенного к струне, и/или веса струны (через массу на единицу длины) влияет на волну на этой струне.

Моделирование 2 - Поперечные стоячие волны. Это модель стоячих волн на струне, которая закреплена (другими словами, удерживается на месте) с обоих концов. Примером такой струны может быть гитарная струна или фортепианная струна. Используя кнопки, вы можете выбрать между отображением основной (самой низкой частоты) стоячей волны или отображением второй, третьей, четвертой или пятой гармоники основной частоты. Частоты гармоник кратны частоте основной гармоники. Обратите внимание, что стоячая волна представляет собой суперпозицию (сумму) двух одинаковых бегущих волн, одна из которых движется вправо, а другая — влево. Поскольку струна закреплена на обоих концах, стоячие волны должны иметь узлы (точки нулевого движения) на концах.

Моделирование 3 - Удары. Феномен биений — еще один пример суперпозиции. В этом случае две волны имеют немного разные частоты, поэтому они постепенно дрейфуют от полностью синфазных друг с другом (где результирующая волна имеет большую амплитуду) до полностью не совпадающих по фазе друг с другом (где результирующая волна имеет большую амплитуду). малая амплитуда), чтобы снова вернуться в фазу. Нарастание и падение громкости волны — это то, что мы называем биениями — частота биений равна разнице частот между двумя отдельными волнами.

Моделирование 4 - Продольная бегущая волна. Это симуляция того, как звуковые волны распространяются в воздухе. В верхней части экрана показано поперечное представление бегущей волны, а под ним – продольное. Показана продольная волна, проходящая через трубу, но труба не обязательна. Движение точек представляет собой среднее движение всех молекул воздуха, находящихся вблизи точек. Обратите внимание, что нет чистого потока молекул воздуха в любом направлении - молекулы в среднем колеблются вокруг положения равновесия, чтобы передать энергию волны через воздух.

Моделирование 5 - Продольные стоячие волны. Эта симуляция показывает некоторые из различных стоячих волн, которые могут возникнуть в трубе — это модель того, что происходит в духовых инструментах, таких как органные трубы, флейты и т. д. Как и в симуляции 4, в верхней части экрана показано поперечное представление стоячая волна с продольным изображением, показанным ниже. В этой симуляции левый конец трубы всегда открыт, и вы можете оставить правый конец открытым или закрыть его. На открытом конце молекулы воздуха могут свободно двигаться, а стоячая волна имеет пучность (точку максимального смещения от равновесия) для смещения молекул. На закрытом конце молекулы не могут свободно двигаться, поэтому стоячая волна имеет узел для перемещения молекул (то есть молекулы там не движутся). Это приводит к различным условиям резонанса трубы, поэтому частоты, которые создают стоячие волны в открытой трубе, отличаются от частот, которые создают стоячие волны, когда труба имеет закрытый конец.