Фейнман - 04. Кинетика. Теплота. Звук (1055665), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Тогда эта теория предскажет, что в других местах тоже должен быть порядок, порядок не как случайность, а из-за того, что в прежние времена порядок был лучше. Тогда можно ожидать, что мы обнаружим в местах, которые мы еще не видели, порядок. Астрономы, например, пока наблюдали не все звезды. Каждую ночь они наводят свои телескопы на новые звезды, и этн звезды ведут себя так гке, как и старые. Из этого мы заключаем, что Вселенная — не флуктуация и что наш порядок — это память о тех временах, когда все только начиналось. Мы не говорим, что нам понятна логика этого.
По каким-то причинам 150 Вселенная когда-то имела очень малую для своего энергосодержания энтропию, и с той поры энтропия выросла. Ото — путь по направлению в будущее. В этом начало всех необратвмостей. Именно это порождает процессы роста и распада. Именно из-за этого мы вспоминаем не будущее, а прошлое, вспоминаем события, которые ближе к тому моменту в истории мира, когда порядок был лучше нынешнего. Именно поэтому мы не способны вспомнить события того времени, беспорядок при котором сильней теперешнего,— мы называем зто время будущим. в1ы уже говорили когда-то, что в стакане вина откроется нам вся Вселенная, стоит только заглянуть в него поглубже.
Стакан вина — штука достаточно сложная, есть там и влага, и стекло, и свет, и еще многое другое. Прелесть физики еще и в том, что да;ке такие простые и идеалиаированные вещи, как храповик с собачкой, действуют чишь оттого, что н они — часть Вселенной. Храповнк с собачкой работа|от в одну сторону только потому, что онн находятся в тесном контакте с остальной Вселенноп.
Если бы храповнк с собачкой поместить в сосуд и изолировать ка некоторое время, то колесико перестанет предпочитать одно направлечпе вращения другому. Но по той;ке причине, по какой мы, открывая вггоры, впускаем свет, из-за чего мы идем остывать в тень и греться на солнце, по той же причине храповик с собачкой вергятся лишь в одну сторону.
Односторонность связана как-то с тем, что храповик — зто часть нашей Вселенной. Часть Вселенной ке только в том смысле, что подчиняется законам Вселенной, но и потому, что его одностороннее поведение связано с односторонним поведением всей Вселенной. Оно не может пока быть понято до конца: наука приоткрыла великую тайну ранней истории мира, которая сейчас служит лишь предметом разных гипотез.
Глаза 47 ЗВУК. ВОЛНОВОБ УРАВНИНИЕ й 1. Волны 8 2. Распространение звука й 3. Волновое уравнение ~ т. Валим Решения волнового уравнения Скорость звука $52 В этой главе мы будем обсуждать новое явление — волам, О волнах часто н иного гово- ~ й рится в фнзике, и мы наше внимание должны сконцентрировать на этом вопросе не только потому, что собираемся рассмотреть частный пример волн — звук,— но и потому, что вол- з новые процессы имегот и другие многочисленные применения во всех областях физнни. Изучая гармонический осциллятор,мы уже отмечали, что существуют примеры как механических колеблющихся систем, так и электрических.
Волны тесно связаны с колебательными системами, однако волновое движение есть не только колебание в данном месте, зависящее от времени, но и движение в пространстве. Мы уже на самом деле изучали волны. Когда мы говорили о волновых свойствах света, мы обращали особое внимание на пространственную интерференцию волн одной и той же частоты от различных источников, расположенных в разных местах.
Существуют еще два важных явления, о которых мы не упоминали н которые свойственны как свету, т. е. электромагнитным волнам, так и любой другой форме волнового дзян~ения. Первое из них — это явление интерференции, но уже не в пространстве, а во времени. Когда мы слушаем звуки сразу от двух источников, причем частоты их слегка отличаются, к нам приходят то гребни обеих волн, то гребень одной волны и впадина другой (фиг. 47.1). Звук то усиливается, то ослабевает, возникают биения, или, другими словами, происходит интерференция во времени. Второе явление — это волновое движение в замкнутом Ф и г. 4л.1. Интерференция верка во времени от деря источников с несколько отяичающилеися частотал|и нриводит к биениям. об"ьеме, когда волны отражаются то от одной, то от другой стенки.
Все этн эффекты можно было, конечно, рассмотреть н на примере электромагнитных волн. Мы этого не сделали по той причине, что на одном примере мы не почувствовали бы общего характера явления, свояственного самым разным процессам. Чтобы подчеркнуть общность понятия волн вне рамок электродинамики, мы рассмотрим здесь другой пример — звуковые волны. Есть еще пример — морские волны, набегающие на берег, или мелкая водяная рябь. Кроме того, существуют два рода упругих волн в твердых телах: волны сжатия (или продольные волны), в которых частицы тела колеблются вперед и назад в направлении распространения волны (звуковые колебания в газе именно такого типа), и поперечные волны, когда частицы тела колеблются перпендикулярно направлению двиясспия волны. При землетрясениях в результате движения участка земной коры возникают упругие волны обоих типов.
И, наконец, есть еще один тип волн, который нам дает современная физика. Зто волны, определяющие амплитуду вероятности нахождения частицы в данном месте,— «волны материи», о которых мы уже говорили. Их частота пропорциональна энергии, а волновое число пропорционально импульсу. Эти волны встречаются в квантовои механике. В этой главе мы будем рассматривать только такие волны, снорость которых не зависит от длины волны. Пример таких волн — распространение света в вакууме. Скорость света в этом случае одна и та эке для радиоволн, для синего и зеленого света и вообще для света любой длины волны. Именно поэтому, когда мы описывали волновые явления, мы сначала и не заметили самого факта распространения волн.
Вместо этого мы говорили, что если перенести заряд в некоторую точку, то электрическое поле на расстоянии х будет пропорционально ускорению заряда, но не в момент времени г, а в более ранний момент времени ( — х)с. Поэтому распределение электрического поля в пространстве в некоторый момент времени, изображенное на фиг. 47.2, спустя время ( передвинется на расстояние с(. Выражаясь математически, можно сказать, что в рассматриваемом нами одномерном случае электрическое поле есть функция от х — с(. Отсюда видно, что прн (=0 оно оказывается функцией только х.
Если взять более поздний момент времени и нескольно увеличить х, мы получим ту же самую величину поля. Например, если максимум поля возникает при х =-3 и в момент времени (=-О, то положение максимума в момент времени с находится из равенства х — с(=3, кли х=3+с(. Ыы видим, что такая функция отвечает распространению волны. Итак, функция ((х — с() описывает волну. Мы можем все сказанное записать кратко так: ((х — с() =( (х+Лх — с((+М)), если Ах=сок(.
Конечно, существует еще н другая возможность, когда источник излучает волны не направо, как указано на фиг. 47.2, а налево, так что волны будут двигаться в сторону отрицательных х. Тогда распространение волны описывалось бы функцией д(х+сО. йэ и в. 4с.сц Примерное распределение вяеатрическосо поля в непоторий лсолсент времени (а) и електрическое поле череп промежуток времени С (Ь). Может еще случиться, что в пространстве одновременно движется несколько волн, и тогда электрическое поле есть сумма всех полей и все они распространяются независимо. Это свойство электрических полей можно выразить так: пусть / (х — сГ) отвечает одной волне, а )з(х — с1) — другой, тогда их сумма также описывает некоторую волну. Это утворждение называется иринцииом суперпозиция.
Он справедлив и для звуковых волн. Мы хорошо внаем, что звуки воспринимаются в той последовательности, в какой они создаются источником. А если бы высокие частоты распространялись быстрее, чем низкие, то вместо звуков музыки мы слышали бы резкий и отрывистый шум. Точно так же если бы красный свет двигался быстрее, чем синий, то вспышка белого свота выглядела бы сначала красной, аатем белой и наконец синей.
Ыы хорошо знаем, что такого па самом деле пе происходят. И звук, и свет движутся в воздухе со скоростью, почти не зависящей от частоты. Примеры волнового движения, где этот принпип не выполняется, будут рассмотрены в гл. 48. Для света (электромагнитных волн) мы получили формулу, определяющую электрическое ноле в данной точке, которое возникает при ускорении заряда. Казалось бы, нам остается теперь подобным образом определить какую-нибудь характеристику воздуха, скажем давление на заданном расстоянии от источника через движение источника, и учесть запаздывание при распространении звука. В случае света такой подход был приемлем, так как все наши знания сводились к тому, что заряд в одном месте действует с некоторой силой на заряд в другом месте.
Подробности распространения взаимодействия из одной точки в другую были абсолютно несущественны. Но звук, как известно, распространяется по воздуху от источника к уху, и естественно спросить, чему равно давление воздуха в каждый данный момент. Кроме того, хотелось бы знать, как именно движется воздух.
В случае электричества мы могли повернп в правило, поскольку законы электричества мы еще не проходили, но для звука это не так. Нам недостаточно сформулировать закон, определяющий распространение звукового давления в воздухе; этот процесс должен быть объяснен на основе законов механики. Короче, звук есть часть механики, и он доля ен быть объяснен с помощью законов Ньютона. Распространение звука из одной точки в другую есть просто следствие механики и свойств газов, если звук распространяется в газе, или свойств жидкостей и твердых тел, если звук проходит через эти среды.
Позднее мы выведем также свойства света и его волновое движение из законов электродинамики. ф М..Рао>гроот>гранение звука Давайте выведем теперь свойства распространения звука между источником и приеиником, основываясь на законах Ньютона, но не учитывая при этом ваанмодейотвия звука с источником и приемником. Обычно мы более подробно останавливались на результате, а не на его выводе. В этой главе мы используем противоположный подход. Главным здесь будет в некотором смысле само получение результата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
