Існують різні типи рішень хвильового рівняння, що описують вільно поширюються хвилі в необмеженому середовищі, еволюцію початкового розподілу хвильового поля, випромінювання джерела, розсіювання і відображення хвиль на перешкодах і т. Д. Тут розглядається плоска монохроматична хвиля, вільно розповсюджується в необмеженій стрижні. Хвильовий поле такої хвилі має вигляд
де причому довжина хвилі багато більше довжини dx елемента в (2.8).
З хвилею (2.10) зміщення пов'язана хвиля тиску
де - питома акустичний імпеданс середовища. Тиск пов'язано з локальної деформацією середовища і додається до тиску невозмущенной рівноважної середовища. Максимальна величина тиску називається амплітудою тиску акустичної хвилі.
Порушення акустичної хвилі збільшує енергію середовища за рахунок кінетичної енергії коливального руху елементів і потенційної енергії, пов'язаної з деформацією елементів. Ця додаткова енергія середовища називається енергією акустичної хвилі. Щільність енергії акустичної хвилі (2.10) описується виразом
Слід зазначити, що енергія акустичних хвиль в повітрі зазвичай дуже маленька. Повна енергія звукових хвиль у великому концертному залі об'ємом при грі симфонічного оркестру не перевищує 0,1Дж (це потенційна енергія тіла масою 10г на висоті 1м).
Акустична хвиля за рахунок роботи сил пружності при деформації елементів середовища здійснює просторовий перенос енергії. Вектор щільності потоку енергії, яку переносять акустичної хвилею, називається вектором Умова і описується виразом
Величина чисельно дорівнює енергії, яку переносять хвилею в одиницю часу через одиничну площадку, орієнтовану перпендикулярно вектору швидкості і має розмірність В т / м.
Модуль вектора Умова, усереднений за часом, де T - період коливань хвилі, називається інтенсивністю акустичної хвилі:
У випадку плоскої монохроматичної хвилі (2.10)
Таким чином, для плоскої монохроматичної хвилі (2.10) середня щільність кінетичної енергії дорівнює середній щільності потенційної енергії.
З (2.11) і (2.16) випливає, що амплітуда тиску в акустичній хвилі
При одній і тій же інтенсивності I амплітуда тиску тим більше, чим більша питома акустичний імпеданс середовища. Наприклад, для акустичної хвилі з інтенсивністю в воді з
Сила звуку L вимірюється в децибелах відповідно до формули
де поріг чутності для людини за інтенсивністю звукової хвилі на частоті в повітрі при нормальних умовах. В цьому випадку амплітуда зміщення елементів середовища, а амплітуда тиску. Поріг больових відчуттів по інтенсивності дорівнює 10 Вт / м і відповідає звуку з амплітудою тиску
1. Електромагнітна плоска монохроматична хвиля в вакуумі. Поляризація. Щільність енергії. Вектор Пойнтінга. Тиск електромагнітних хвиль.
2. Електромагнітні хвилі в середовищі. Показник заломлення. Дисперсія. Поглинання електромагнітних хвиль.
3. Віддзеркалення і заломлення електромагнітних хвиль на межі поділу двох лінійних середовищ. Граничні умови. Формули Френеля.
4. Явища Брюстера і повного внутрішнього відображення. Волоконна оптика.
5. Випромінювання електромагнітних хвиль у вакуумі. Точковий електричний диполь, здійснює гармонічні коливання. Потужність і інтенсивність випромінювання. Діаграма спрямованості.
6. Випромінювання електромагнітних хвиль в середовищі. Випромінювання Черенкова. Перехідне випромінювання.
7. Ефект Доплера для акустичних і електромагнітних хвиль. Доплерівські датчики швидкості.
Електромагнітні хвилі переносять в просторі тимчасові зміни векторів напруженості електричного і магнітного полів. На відміну від акустичних хвиль хвильовий рух векторного електромагнітного поля можливо не тільки в середовищі, а й у вакуумі за відсутності речовини. Класична теорія електромагнітного поля заснована на системі рівнянь Максвелла. які описують як поширення, так і випромінювання електромагнітних хвиль джерелами у вигляді рухомих елементарних зарядів.