Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 17
Текст из файла (страница 17)
62). Параметрические генераторы можно сделать с постоянной емкостью и с переменной нндуитивностью, что оказывается технически удобнее. Для таков повышенной частоты (несколько сотен или,тысяч герц) ани обладают рядом преииуществ по сравнению с обычными генераторами.
Этот пример до некоторой степени поясняет, какую пользу может принести объединение явлений по абщни законзм, и дает представление о научной ценности учения, предиетои которого являются эти обпгие законы колебаний. В развитии учения о колебаниях отечественным ученым принадлежит выдающееся место, Работы нашего замечательного инженера Ивана Алексеевича Вышнеградского (1831— ! 895) по автоматическому регулированию хода паровых машин, работы основоположника русской авиации Николая Егоровича Жуковского (1847 — 192!) по теории полета самолета, труды выдающегося математика Александра Михайловича Ляпунова (1857 — 1918) по вопросам устойчивости колебательных движений, исследования основателя сейсмологии Бориса Борисовича Голицына (1862 — 19!6), труды замечательного математика и инженера Алексея Николаевича Крылова (1863 — 1945) по теории качки корабля на волнах — все этн классические исследования имеют огромное значенис не только для тех специальных областей, к которым они непосредственно относятся, но и для общего учения о колебаниях.
Роль советских ученых еще более значительна,так как они являются основателями современного учения о колебаниях, охватывающего и теорию авто- колебаний, и параметрическое возбуждение колебаний, и теорию автоматического регулирования хода машин-двигателей и т. д. Особенно много здесь сделано советскими физиками Леонидом Исааковичем Мандельштамом (1879— 1944), Николаем Дмитриевичем Папалекси (1880 — 1947), вй Александром Александровичем Андроповым (1901 — 1952) и их учениками, а также нашими крупными математиками Николаем Митрофановичем Крыловым (1879 — 1955) и Николаем Николаевичем Боголюбовым (р.
1909). В заключение подчеркнем еще раз, что звуковые и электромагнитные колебания, а также волны, к рассмотрению которых мы переходим со следующей главы, разумеегся, физически разнородны. То, чт5 колеблется, в обоих случаях совершенно различно. Сходными или одинаковыми являются з а к о н о и е р н о с т и этих колебателвных процессов, т, е. то, к а к происходят колебания. Г п а в а !У. 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 иолебаний означает п е р е д а ч у к ол е б а и и й от одних частиц среды к другим. Передача колебаний обусловлена тем, что смежные участки среды связаны между собой. Эта связь может осуществляться различно. Она может быть обусловлена, в частности, с ил а м и у п р у г о с т и, возникающими вследствие деформации 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 распространение звуковых колебаний, обусловленное упругостью окружающего 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 ие силой упругости, а силой тяжести $38) или же силами поверхностного натяжения (см. том 1, 3 250). В воздухе могут распространяться не тольио звуковые волны, ио 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 злектромагншпнае волны. Эти 67 волны представляют собой п е р е д а ч у из одних мест пространства в другие к о л е б а н и й э л е к т р и ч еского и магнитного полей, создаваемых электрическими зарядами и токами, Связь между соседними участками электромагнитного поля обусловлена тем, что всякое изменение электрического поля вызывает появление магнитного поля, и обратно, всякое изменение магнитного поля создает электрическое поле Ц 54).
Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но наличие такой среды для этих волн не необходимо. Электромагнитные волны люгут распространягпься всьэду, где жоэкет суи(ествовать электромагнитное поле, а значит, и в вакуула', т. е, в пространстве, не содерэкаи(еля атомов. К явлениям, обусловленным электромагнитными волнами, относится, например, с в е т.
Подобно тому как определенный диапазон 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 атмосферы; волны же электромагнитные открывают нам широчайшие просторы Вселенной. Световые волны позволяют нам видеть Солнце, звезды и другие небесные тела, отделенные от нас огромными «пустыми» пространствами; с помощью электромагнитных 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 Степанович Попов (1859 — 1906) открыл новое необозримое поле применения электромагнитных волн. Он изобрел аппаратуру, позволяющую использовать эти волны для передачи сигналов — телеграфирования без проводов. Так родилась беспроволочная связь, или р а д и о, благодаря ВВ которой получил исключительное практическое и научное значение обширный диапазон электромагнитных волн, значительно более длинных, чем световые 8 60). Нынешнее развитие этого величайшего изобретения таково, что можно с полным основанием говорить о радио как об одном из чудес современной техники. В наши дпи радио дает возможность не только осуществлять беспроволочную телеграфную и телефонную связь между любыми пунктами на земном шаре, но и передавать изображения (телевидение и фототелеграфия), управлять на расстоянии машинамп и снарядами (телеуправление), обнаруживать и даже видеть удаленные обьекты, которые сами по себе ие излучают радиоволн (радиолокация), волить по заданному курсу корабли и самолеты (радионавигация), наблюдать радиоизлучение небесных тел (радиоастроиомия) и т.
д, Ниже мы егце 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 электромагнитных волн, существует много общих закономерностей, свойственных любым волновым явлениям. Одна из основных закономерностей такого рода состоит в том, что всякая волна распространяется из одной точка в другую не мгновенно, а с определенной скоростью.
$ 34. Скорость распространения волн. В том, что распространение механических волн происходит не мгновенно, нас убеждают простейшие наблюдения. Каждый видел, как постепенно и равномерно расширяются круги на воде или как бегут морские волны. Здесь мы непосредственно видим, что р а с п р о с т р а н е и и е к о л е б а н и й из одного места в другое занимает определенное время. Но и для звуковых волн, которые в обычных условиях невидимы, легко обнаруживается то же самое.
Если вдали происходит гроза, выстрел, взрыв, свисток паровоза, удар топора и т. п., то мы сначала видим этп явления н лишь спустя известное время слышим звук (рис. 63). Чем дальше от нас источник звука, тем больше запаздывание. Промежуток времени между вспышкой молнии и ударом грома может доходить иногда до нескольких десятков секунд.
Зная расстояние от источника звука и измерив запаздывание звука, можно определить скорость его распространения. В сухом воздухе при температуре 89 1О'С з т а с к о р о с т ь о к а з а л а с ь р а в н о й 337,5 м/с. Для сравнения напомним, что современные самолеты могут развивать скорости, превышающие скорость звука в воздухе (так называемые сверхзвуковые скорости), а артиллерийские снаряды летят со скоростями 1,5 кмис и более. Скорость ракет, выводящих на орбиту искусственные спутники Земли, должна достигать значений, превышающих 8 км!с. Рис. ЗЗ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
