Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
Ð Ð Ð½Ð Ñ Ð ÐµÑ Ð³ Ð Ð ÐÐ ÐµÐ¼ÐµÐ½Ñ Ð Ñ Ð½Ñ Ð¹ Ñ Ñ ÐµÐ
| ВОЛНОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
§ 33. Волновые явления. Мы перейдем теперь к изучению распространения колебаний. Если речь идет о механических колебаниях, т. е. о колебательном движении частиц какой-либо твердой, жидкой или газообразной среды, то распространение колебаний означает п е р е д а ч у к о л е б а н и й от одних ча- стиц среды к другим. Передача колебаний обусловлена тем, что смежные участки среды связаны между собой. Эта связь может осуществляться различно. Она может быть обусловлена, в част- ности, с и л а м и у п р у г о с т и, возникающими вследствие де- формации среды при ее колебаниях. В результате колебание, вызванное каким-либо образом в одном месте, влечет за собой последовательное возникновение колебаний в других местах, все более и более удаленных от первоначального, и возникает так называемая волна. Механические волновые явления имеют огромное значение для повседневной жизни. К этим явлениям относится распро- странение звуковых колебаний, обусловленное упругостью окру- жающего нас воздуха. Благодаря упругим волнам мы можем слышать на расстоянии. Круги, разбегающиеся на поверхности воды от брошенного камня, мелкая рябь на поверхности озера и огромные океанские волны — это тоже механические волны, хотя и иного типа. Здесь связь смежных участков поверхности воды обусловлена не силой упругости, а с и л о й т я ж е с т и (§ 38) или же с и л а м и п о в е р х н о с т н о г о н а т я ж е н и я (см. том I, § 250). В воздухе могут распространяться не толь- ко звуковые волны, но и разрушительные взрывные волны от разрывов снарядов и бомб. Сейсмические станции записывают колебания почвы, вызванные землетрясениями, происходящими за тысячи километров. Это возможно только потому, что от места землетрясения распространяются сейсмические волны — колебания в земной коре. Огромную роль играют и волновые явления совершенно иной природы, а именно электромагнитные волны. Эти волны пред- ставляют собой п е р е д а ч у из одних мест пространства в дру- гие к о л е б а н и й э л е к т р и ч е с к о г о и м а г н и т н о г о 88 Гл. IV. Волновые явления п о л е й, создаваемых электрическими зарядами и токами. Связь между соседними участками электромагнитного поля обуслов- лена тем, что всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного поля, и обратно, всякое изменение маг- нитного поля создает электрическое поле (§ 54). Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но наличие такой среды для этих волн не необходимо. Электромагнитные волны могут распростра-
К явлениям, обусловленным электромагнитными волнами, от- носится, например, с в е т. Подобно тому как определенный диа- пазон частот механических колебаний воспринимается нашим ухом и дает нам ощущение звука, так определенный (и, как мы увидим, очень узкий) диапазон частот электромагнитных колебаний воспринимается нашим глазом и дает нам ощущение света.
Наблюдая распространение света, можно непосредственно убедиться, что электромагнитные волны могут распространяться в вакууме. Поставив под стеклянный колокол воздушного насоса электрический или заводной звонок и откачивая воздух, мы обнаруживаем, что звук по мере откачки постепенно замирает и, наконец, прекращается. Видимая же глазом картина всего, что находится под колоколом и позади него, не испытывает никаких изменений. Трудно переоценить это свойство электромагнитных волн. Механические волны не выходят за пределы земной ат- мосферы; волны же электромагнитные открывают нам широ- чайшие просторы Вселенной. Световые волны позволяют нам видеть Солнце, звезды и другие небесные тела, отделенные от нас огромными «пустыми» пространствами; с помощью электро- магнитных волн весьма разнообразной длины, которые доходят до нас от этих отдаленных тел, мы можем делать важнейшие заключения об устройстве Вселенной. В 1895 г. русский физик и изобретатель Александр Степа- нович Попов (1859–1906) открыл новое необозримое поле при- менения электромагнитных волн. Он изобрел аппаратуру, поз- воляющую использовать эти волны для передачи сигналов — телеграфирования без проводов. Так родилась беспроволочная связь, или р а д и о, благодаря которой получил исключитель- ное практическое и научное значение обширный диапазон элек- тромагнитных волн, значительно более длинных, чем свето- вые (§ 60).
Гл. IV. Волновые явления 89 Нынешнее развитие этого величайшего изобретения таково, что можно с полным основанием говорить о радио как об одном из чудес современной техники. В наши дни радио дает воз- можность не только осуществлять беспроволочную телеграфную и телефонную связь между любыми пунктами на земном шаре, но и передавать изображения (телевидение и фототелеграфия), управлять на расстоянии машинами и снарядами (телеуправле- ние), обнаруживать и даже видеть удаленные объекты, которые сами по себе не излучают радиоволн (радиолокация), водить по заданному курсу корабли и самолеты (радионавигация), наблю- дать радиоизлучение небесных тел (радиоастрономия) и т. д. Ниже мы еще рассмотрим некоторые из названных здесь применений электромагнитных волн более подробно. Но даже простое (и далеко не полное) перечисление этих применений немало говорит об исключительном значении этих волн. Несмотря на различную природу механических и электромаг- нитных волн, существует много общих закономерностей, свой- ственных любым волновым явлениям. Одна из основных за- кономерностей такого рода состоит в том, что всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определенной скоростью. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|