Условие
3.8.4. Как зависит от времени давление на стенку при падении на нее синусоидальной звуковой волны с частотой
Решение
Попробуйте показать (например, модель шаров), что отражение от жесткой стенки сохраняет знак смещения волны (Сивухин). То есть, если на жесткую стенку падает пусть прямоугольная для простоты волна сжатия, то отразится волна сжатия (положительные знаки смещения). Ну а волна разрежения, падающая на таую стену, даст отраженную волну разрежения (отрицательные знаки смещения). Далее считаем стену жесткой, используем указанный факт сохранения характера смещения в волне после отражения и используем прием задачи
Получается, что можно считать, что к стенке двигается синусоидальная волна падающая, а с другой стороны к стенке двигается мнимая волна тоже синусоидальная, как бы отраженная относительно плоскости стены (вроде копия).
Вот рисунок, стенка в
Тут к стенке слева движется реальная падающая, к стенке справа движется мнимая. Они слева от стенки в сумме дают результрующую волну.
Смещение в падающей волне слева направо описывается
если что: смещение
Смещение в мнимой волне справа налево описывается
По Сивухину с обобщением на газы в бегущей(!) волне изменение давление связано со скоростью среды (шаров среды как бы)
Скорость в каждой волне колеблется как производная по времени колебаний смещения. Для падающей это
для мнимой это
Это описания волн скорости среды для каждой указанной волны.
Суммарное изменение давления
для соответствующих скоростей
На плоскости стены
Волны скоростей среды в бегущих волнах падающей и мнимой имеют разные направления, поэтому их вычитаем при нахождении результирующей скорости
(применили тригонометрию).
Откуда видно, что узлы скорости (нули) будут на расстояниях
Для исследования тех же вопросов для
Получаем
Откуда видно, что узлы изменения давления (нули) будут на расстояниях
Длина волны
Литература
[1] Сивухин. Д.В. Механика. 1979. (Механика упругих тел.)
Ответ
См. рис.