Что из себя представляет волна, и как она образуется?

1. Еще не волна, но колебание

Волна образуется также как образуется колебание маятника. Подвесим шарик на ниточке. Он не движется, так как сила тяжести уравновешена упругостью нити. Теперь толкнём шарик, и он начнёт раскачиваться. Почему?

1. Есть сила (совокупность сил), которая влечёт колеблящееся вещество к устойчивому уравновешенному состоянию. (Состоянию котором наступает покой.)
2. Есть начальные условия, которые нарушают уравновешенное состояние. Например, положение не соответствующее уравновешенному. То есть совершена работа против уравновешивающих сил
3. Скорость движения колеблящегося вещества конечна и меньше скорости света (Это условие можно было бы не упоминать, но на всякий случай пусть будет :) мало ли что.). Это очевидное, но очень важное условие. Без него ничего бы не получилось.
   При этих условиях возникает колебания. Колебание — это когда энергия поля или сил обеспечивающих уравновешенное состояние превращается в энергию движения и обратно, но при этом энергия движения максимальна как раз в тот момент, когда колеблящееся вещество находится в точке равновесия и наоборот. Это и есть самый главный секрет самовоспроизводящегося колебания — находящиеся в противофазе два процесса взаимодополняющих процесса накопления и расходования энергии (в широком смысле) плюс конечная скорость распространения взаимодействий.

2. А вот и она

Колебания маятника мы еще не называем волной. Но если мы упростим нашу систему и заменим гравитационное поле натяжением, а шарик и нить одной единственной упругой струной, то происходящее уже называется стоячей волной. Дернем гитарную струну примерно посередине и получим первую моду стоячей волны. Если придержать центр струны при запуске колебания, то получим вторую моду с частотой в 2 раза выше. Также можно поделить струну на 3, 4, 5 частей. Дальше на гитаре это будет уже сложно, но теоретически ни что не мешает. Получаются стоячие волны с частотами колебаний не любыми, но кратными целым числам. Всё как любили пифагорейцы!

3. Выпускаем волны на свободу

В ограниченном пространстве волны всегда стоячие. Это касается не только струн. Например, колебания воздуха внутри гитарной деки — это тоже стоячие волны. Но колебание происходит не поперёк направления волны, а вдоль. То есть это волны плотности.

Однако у гитары колеблются стенки, а еще у гитары есть большая обычно круглая дыра в корпусе. Всё это возмущает, в хорошем смысле, окружающий гитару воздух. И тут волны превращаются в бегущие. Во-первых, они не ограничены пространством, а во-вторых, частота их не обязана быть чему-то там кратной. Свобода!