Толқындық процестер. Қума және көлденең толқындар

         Тұтас ортадағы тербелістің таралу процесі толқындық процесс (немесе толқын ) деп аталады.

         Толқындық таралу кезінде орта бөлшектері толқынмен бірге жылжымайды, өзінің тепе – теңдік жағдайы шамасында толқиды. Толқынмен бірге ортада бөлшектен бөлшекке тек тербелістік қозғалыс жағдайы (күйі) және оның энергиясы беріледі. Сондықтан барлық толқындардың  табиғатына тәуелсіз түрде олардың барлығының негізгі қасиеті зат тасымалсыз энергия тасымалы болып табылады.

         Табиғат пен техникада кездесетін әртүрлі толқын ішінде олардың келесідегідей типтері бөлініп алынады: сұйық бетіндей толқындар, серпімді және электромагниттік толқындар. Серпімді (немесе механикалық) толқындар дегеніміз серпімді ортада таралатын механикалық толқулар. Серпімді толқындар қума және көлденең болады. қума толқындарда орта бөлшектері толқындардың таралу бағыты бойынша тербеледі, ал көлденеңдерде – толқындардың таралу бағытына көлденең бағытта жазықтықта таралады.

         Қума толқындар қатты, сұйық және газ тектес денелерде, соққылану, қысылу және созылу кезінде серпімді күштер туындайтын орталарда таралуы мүмкін. Көлденең толқындар фактілік тұрғыдан тек қатты денелерде болатын, қозғалыстық соққы кезінде серпімді күштер туындайтын орта таралуы мүмкін, сұйық пен газда тек қума толқындар, ал қатты денелерде – қума да, көлденең де толқындар туындайды.

         Серпімді толқынға сай келетін орта бөлшектерінің тербелістері гармониялық түрде болса, онда ол гармониялық (үйлесімділік) деп аталады. 1 – суретте х өсі бойымен  - жылдамдықпен таралатын гармониялық көлденең толқындар көрсетілген, сонымен қатар t уақытта қандай – да бір белгіленген сәт үшін 0 тербеліс көзінен бөлшектердің (мысалы, В бөлшектер) х қашықтығы мен толқындық процеске қатысатын орта бөлшектерінің арасындағы араласу тәуелділігі келтірілген. Келтірілген функция графигі (х,t) гармониялық тербеліс графигіне ұқсас болса да, олар өздерінің жаратылысы бойынша өзгеше. Толқындар графигі сол уақыт сәтіндегі тербеліс көзінен қашықтыққа дейінгі ортаның барлық бөлшектерінің араласу тәуелділігін береді, ал тербеліс графигі – сол бөлшектердің уақытқа байланысты араласу тәуелділігін көрсетеді.

         Бірдей фазаларда тербелуші жақын бөлшектер арасындағы қашықтық толқын ұзындығы  (1 – сурет) деп аталады. Толқын ұзындығы период (айналым) ішіндегі тербелістің белгілі – бір фазасымен таралатын қашықтыққа  Т тең,  немесе Т1/ - ға тең екендігін есепке аламыз, мұндағы  - тербеліс жиілігі, .

         Егер толқындық процесті тыңғылықты қарастырар болсақ, онда х өсі бойында орналасқан бөлшектер ғана емес, сонымен қатар кейбір көлемде орналасқан бөлшектер жиынтығының тербелетіндігі анық болар еді, тербеліс көзінен таралған толқындар кеңістіктің барлық жаңа және жаңа облыстарын қамтыды. Тербеліс t уақыт сәтіне дейін жететін нүктелердің гармониялық орны толқындық фронт деп аталады. Бірдей фазаларда тербелетін нүктелердің геометриялық орны толқындық бет деп аталады. Толқындық беттерді сансыз көпке, ал толқындық фронтты әрбір уақыт сәтінде – бірге апаруға болады. Толқындық фронт сонымен қатар толқындық бет болып табылады. Принциптік тұрғыдан толқындық беттер кез – келген пішінде, ал қарапайым жағдайда олар бір – біріне параллелді тегістік жиынтығы, немесе концентрциялық сфералар жиынтығы түрінде болады. Сәйкесінше толқын тегіс немесе сфералы деп аталады.