Нелінійне середовище

Нелінійне середовище — фізичне середовище, відгук на зовнішні збурення в якому є суттєво нелінійною функцією від величини збурення.

Характерною особливістю нелінійного середовища є відсутність суперпозиції — результат дії одного збурення залежить від наявності та величини іншого.

Хвилі в нелінійному середовищі

У нелінійному середовищі утворюються хвилі з частотами, відмінними від частот хвиль, що були до початку взаємодії.

Збудження і рух в нелінійному середовищі одиничної гармонічної хвилі також супроводжується утворенням нових хвиль з частотами, відмінними від основної, початкової частоти коливань.

Математично нелінійність виражається в присутності амплітудних коливань $a$ в дисперсійному співвідношенні. Наприклад, для деяких нелінійних хвиль дисперсійне співвідношення має вигляд:

\omega =c_{0}\varkappa (f_{1}(\varkappa )a^{2}+f_{2}(\varkappa )a^{4}+\ldots )

,

де $f_{1},f_{2}$ в загальному випадку функції хвильового числа $\varkappa$ . При $f_{1},f_{2}\ll 1$ прийнято говорити про слабонелінійне середовище. Якщо $c_{0}$ постійна величина то перший член в правій частині описує лінійну хвилю у відсутності дисперсії. Із співвідношення видно, що по мірі розповсюдження хвилі з початковою амплітудою $a$ окрім основної частоти коливань ${\omega }_{0}=c_{0}{\varkappa }$ що відповідає початку взаємодії гармонічної хвилі і середовища, виникають нові хвилі з більшими частотами.