Elektromagneettiset aallot. Sähkömagneettisen aallon käsite

Nämä ilmiöt ovat luontaisia ​​minkä tahansa luonteisille aallolle. Lisäksi häiriö-, diffraktio- ja polarisaatioilmiöt ovat ominaisia ​​vain aaltoprosesseille ja niitä voidaan selittää vain aaltoteorian perusteella.

Heijastus ja taittuminen. Aaltojen eteneminen kuvataan geometrisesti säteiden avulla. Homogeenisessa ympäristössä ( n= const) säteet ovat suoraviivaisia. Median rajapinnassa niiden suunnat kuitenkin muuttuvat. Tässä tapauksessa muodostuu kaksi aaltoa: heijastunut, joka etenee ensimmäisessä väliaineessa samalla nopeudella, ja taittuva, joka etenee toisessa väliaineessa eri nopeudella, riippuen tämän väliaineen ominaisuuksista. Heijastusilmiö tunnetaan sekä äänen (kaiun) että valoaaltojen osalta. Valon heijastuksen ansiosta peiliin muodostuu kuvitteellinen kuva. Valon taittuminen on monien mielenkiintoisten taustalla ilmakehän ilmiöitä. Sitä käytetään laajasti erilaisissa optisissa laitteissa: linssit, prismat, optiset kuidut. Nämä laitteet ovat eri tarkoituksiin tarkoitettujen laitteiden elementtejä: kamerat, mikroskoopit ja teleskoopit, periskoopit, projektorit, optiset järjestelmät viestintä jne.

Häiriö aallot - energian uudelleenjakautumisilmiö, kun kaksi (tai useaa) koherenttia (sovitettua) aaltoa asetetaan päällekkäin, ja siihen liittyy tuloksena olevan aallon intensiteetin (amplitudin) vuorottelevien maksimien ja minimien häiriökuvio. Aaltoja kutsutaan koherenteiksi, joiden vaihe-ero summauspisteessä pysyy ajallisesti muuttumattomana, mutta voi muuttua pisteestä toiseen ja avaruudessa. Jos aallot kohtaavat "vaiheessa", ts. saavuttavat samanaikaisesti suurimman poikkeaman yhteen suuntaan, niin ne vahvistavat toisiaan, ja jos ne kohtaavat "vastavaiheessa", ts. saavuttaa samanaikaisesti päinvastaisia ​​poikkeamia, sitten heikentää toisiaan. Kahden aallon värähtelyjen koordinointi (koherenssi) valon tapauksessa on mahdollista vain, jos niillä on yhteinen alkuperä, mikä johtuu säteilyprosessien erityispiirteistä. Poikkeuksena ovat laserit, joiden säteilylle on ominaista korkea koherenssi. Siksi häiriön havaitsemiseksi yhdestä lähteestä tuleva valo jaetaan kahteen aaltoryhmään, jotka joko kulkevat kahden reiän (raon) läpi läpinäkymättömässä näytössä tai johtuen heijastuksesta ja taittumisesta median rajapinnalla ohuissa kalvoissa. Yksivärisestä lähteestä peräisin oleva häiriökuvio ( λ=vakio) kahden kapean lähekkäin olevan raon läpi kulkevien säteiden näytöllä on vuorotellen kirkkaiden ja tummien raitojen muodossa (Jungin kokeilu, 1801). Kirkkaat raidat - intensiteetin maksimiarvoja havaitaan niissä ruudun kohdissa, joissa kahdesta raosta tulevat aallot kohtaavat "vaiheessa" eli niiden vaihe-eron.

, m = 0,1,2,…,(3.10)

Tämä vastaa eroa säteiden reitissä, aallonpituuksien kokonaisluvun kerrannainen λ

, m = 0,1,2,…,(3.11)

Tummat palkit (keskinäiset takaisinmaksut), ts. intensiteettiminimit esiintyvät niissä ruudun kohdissa, joissa aallot kohtaavat "vaiheen ulkopuolella", eli niiden vaihe-ero on

, m = 0,1,2,…,(3.12)

Tämä vastaa eroa säteiden reitissä, parittoman määrän puoliaaltojen kerrannainen

, m = 0,1,2,….(3.13)

Häiriöitä havaitaan eri aalloilla. Valkoisen valon häiriö, mukaan lukien kaikki aallot näkyvä valo aallonpituusalueella mikroni voi näkyä ohuiden bensiinikalvojen irisoivana värinä veden pinnalla, saippuakuplia, oksidikalvoja metallien pinnalle. Häiriön maksimiolosuhteet eri pisteet elokuvia tehdään eri aallonpituuksille eri aallonpituuksilla, mikä johtaa eriväristen aaltojen vahvistumiseen. Häiriöolosuhteet määräytyvät aallonpituudella, joka näkyvällä valolla on mikronin murto-osa (1 μm = 10 -6 m), joten tämä ilmiö on erilaisten tarkkojen ("high-tarkkuus") tutkimus-, ohjaus- ja mittausmenetelmien taustalla. Häiriöiden käyttö perustuu interferometrien, häiriöspektroskooppien käyttöön sekä holografiamenetelmään. Valon interferenssillä mitataan säteilyn aallonpituutta, tutkitaan spektrilinjojen hienorakennetta, määritetään aineiden tiheyksiä, taitekertoimia ja ohuiden pinnoitteiden paksuutta.

Diffraktio- joukko ilmiöitä, jotka tapahtuvat aallon etenemisen aikana väliaineessa, jolla on selvä ominaisuuksien epähomogeenisuus. Tämä havaitaan, kun aallot kulkevat näytössä olevan reiän läpi, lähellä läpinäkymättömien esineiden reunaa jne. Diffraktio saa aallon kiertymään esteen ympärille, jonka mitat ovat oikeassa suhteessa aallonpituuteen. Jos esteen koko on paljon suurempi kuin aallonpituus, diffraktio on heikko. Makroskooppisilla esteillä havaitaan äänen diffraktiota, seismiset aallot, radioaallot, joille 1 cm km. Valon taittuman havaitsemiseksi esteiden on oltava huomattavasti pienempiä. Diffraktio ääniaallot selittää kyvyn kuulla ihmisen äänen talon kulman takana. Radioaaltojen diffraktio maan pinnan ympärillä selittää radiosignaalien vastaanoton pitkien ja keskisuurten radioaaltojen alueella, joka on kaukana lähettävän antennin näkölinjasta.

Aaltojen diffraktioon liittyy niiden interferenssi, joka johtaa diffraktiokuvion muodostumiseen, vaihteleviin intensiteettimaksimiin ja minimiin. Kun valo kulkee diffraktiohilan läpi, joka on joukko vuorottelevia yhdensuuntaisia ​​läpinäkyviä ja läpikuultamattomia vyöhykkeitä (jopa 1000 per 1 mm), näytölle ilmestyy diffraktiokuvio, jonka maksimien sijainti riippuu säteilyn aallonpituudesta. Tämä mahdollistaa diffraktiohilan käytön säteilyn spektrikoostumuksen analysointiin. Rakenne kiteinen aine samanlainen kuin kolmiulotteinen ritilä. Diffraktiokuvion havainnointi röntgensäteiden, elektronisäteen tai neuronien läpikulun aikana kiteiden läpi, joissa aineen hiukkaset (atomit, ionit, molekyylit) on järjestetty järjestyksessä, mahdollistaa niiden ominaisuuksien tutkimisen. rakenne. Atomien välisten etäisyyksien tunnusarvo on d ~ 10 -10 m, mikä vastaa käytetyn säteilyn aallonpituuksia ja tekee niistä välttämättömiä kristallografisessa analyysissä.

Valon diffraktio määrittää optisten instrumenttien (teleskoopit, mikroskoopit jne.) resoluution rajan. Resoluutio - kahden kohteen välinen vähimmäisetäisyys, jossa ne näkyvät erikseen, eivät liity yhteen - ovat sallittuja. Diffraktion vuoksi kuva pistelähteestä (esimerkiksi tähdestä kaukoputkessa) näyttää ympyrältä, joten lähellä toisiaan olevat kohteet eivät erotu. Resoluutio riippuu useista parametreista, mukaan lukien aallonpituus: mitä lyhyempi aallonpituus, sitä parempi resoluutio. Siksi optisessa mikroskoopissa havaitun kohteen kokoa rajoittaa valon aallonpituus (noin 0,5 µm).

Valon interferenssi- ja diffraktioilmiö on holografisten kuvien tallentamisen ja toiston periaatteen taustalla. D. Gaborin (1900 - 1979) vuonna 1948 ehdottama menetelmä korjaa häiriökuvion, joka saadaan valaisemalla kohde ja valokuvalevy koherenteilla säteillä. Tuloksena oleva hologrammi on vuorottelevia vaaleita ja tummia täpliä, jotka eivät muistuta esinettä, mutta diffraktio valoaaltojen hologrammista, joka on identtinen sitä tallennettaessa käytettyjen kanssa, mahdollistaa todellisen esineen hajottaman aallon palauttamisen ja sen kolmen mittainen kuva.

Polarisaatio- ilmiö, joka on ominaista vain poikittaisaalloille. Valon aaltojen poikkisuuntaisuus (sekä minkä tahansa muun elektromagneettiset aallot) ilmaistaan ​​siinä, että niissä värähtelevien sähkökenttien () ja magneettikenttien () induktion vektorit ovat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden. Lisäksi nämä vektorit ovat keskenään kohtisuorassa, joten for täysi kuvaus Valon polarisaatiotiloissa on tiedettävä vain yhden niistä käyttäytyminen. Valon vaikutus tallennuslaitteisiin määräytyy intensiteettivektorin mukaan sähkökenttä, jota kutsutaan valovektoriksi.

kevyet aallot, jota säteilee luonnollinen säteilylähde, esim. joukko itsenäisiä atomeja, eivät ole polarisoituneita, koska valovektorin () värähtelysuunta luonnollisessa säteessä muuttuu jatkuvasti ja satunnaisesti pysyen kohtisuorassa aallonnopeusvektoriin nähden.

Valoa, jossa valovektorin suunta pysyy muuttumattomana, kutsutaan lineaarisesti polarisoiduksi. Polarisaatio on vektorin värähtelyjen järjestystä. Esimerkki on harmoninen aalto. Valon polarisoimiseen käytetään polarisaattoreiksi kutsuttuja laitteita, joiden toiminta perustuu valon heijastus- ja taittumisprosessien ominaisuuksiin sekä kiteisessä tilassa olevan aineen optisten ominaisuuksien anisotropiaan. Polarisaattorin läpi kulkevan säteen valovektori värähtelee tasossa, jota kutsutaan polarisaattorin tasoksi. Kun polarisoitu valo kulkee toisen polarisaattorin läpi, käy ilmi, että lähetetyn säteen intensiteetti muuttuu polarisaattorin pyöriessä. Valo kulkee laitteen läpi ilman absorptiota, jos sen polarisaatio osuu yhteen toisen polarisaattorin tason kanssa ja se estää sen kokonaan, kun kidettä käännetään 90 astetta, kun polarisoidun valon värähtelytaso on kohtisuorassa toisen polarisaattorin tason kanssa. polarisaattori.

Valon polarisaatio on löydetty laaja sovellus eri toimialoilla tieteellinen tutkimus ja tekniikka. sitä käytetään mikroskooppiset tutkimukset, äänen tallennuksen, optisen sijainnin, nopean elokuvan ja valokuvauksen prosesseissa Ruokateollisuus(sakkarimetria) jne.

Dispersio- aallon etenemisnopeuden riippuvuus niiden taajuudesta (aallonpituudesta). Kun sähkömagneettiset aallot etenevät väliaineessa, syntyy

Dispersio määritetään fyysiset ominaisuudet väliaine, jossa aallot etenevät. Esimerkiksi tyhjiössä sähkömagneettiset aallot etenevät hajoamatta, kun taas todellisessa väliaineessa, jopa niin harvinaisessa kuin Maan ionosfäärissä, syntyy hajoamista. Ääni- ja ultraääniaallot havaitsevat myös dispersion. Kun ne etenevät väliaineessa, eri taajuiset harmoniset aallot, joihin signaali voidaan hajottaa, etenevät eri nopeuksilla, mikä johtaa signaalin muodon vääristymiseen. Valon dispersio - aineen taitekertoimen riippuvuus valon taajuudesta (aallonpituudesta). Kun valon nopeus muuttuu, taitekerroin muuttuu taajuudesta (aallonpituudesta) riippuen. Hajauttamisen seurauksena valkoinen valo, joka koostuu useista eri taajuisista aalloista, läpinäkyvän kolmikulmaisen prisman läpi kulkiessaan se hajoaa ja muodostuu jatkuva (jatkuva) spektri. Tämän spektrin tutkimus johti I. Newtonin (1672) valon hajaantumisen löytöyn. Aineiden, jotka ovat läpinäkyviä tietyllä spektrin alueella, taitekerroin kasvaa taajuuden kasvaessa (pienenee aallonpituus), mikä vastaa värien jakautumista spektrissä. Suurin taitekerroin on violetilla valolla (=0,38 µm), pienin punaisella (=0,76 µm). Samanlainen ilmiö havaitaan luonnossa leviämisen aikana auringonvalo ilmakehässä ja sen taittuminen vesi (kesä) ja jää (talvi) hiukkasissa. Tämä luo sateenkaaren tai aurinkokehon.

Doppler-ilmiö. Doppler-ilmiö on tarkkailijan (vastaanottimen) havaitseman taajuuden tai aallonpituuden muutos, joka johtuu aaltolähteen ja havainnoijan liikkeestä suhteessa toisiinsa. Aallon nopeus u määräytyy väliaineen ominaisuuksien mukaan, eikä se muutu, kun lähde tai havainnoija liikkuu. Jos havaitsija tai aaltolähde liikkuu nopeudella suhteessa väliaineeseen, niin taajuus v vastaanotetut aallot muuttuvat erilaisiksi. Tässä tapauksessa, kuten K. Doppler (1803 - 1853) on todennut, kun tarkkailija lähestyy lähdettä, aaltojen taajuus kasvaa ja poistettaessa se pienenee. Tämä vastaa aallonpituuden pienenemistä λ kun lähde ja tarkkailija lähestyvät toisiaan ja lisääntyvät λ kun ne poistetaan keskenään. Ääniaaltojen osalta Doppler-ilmiö ilmenee äänenkorkeuden kasvuna, kun äänilähde ja havainnoija lähestyvät toisiaan (1 sek katsoja havaitsee lisää aallot) ja vastaavasti äänen sävyn heikkeneminen, kun ne poistetaan. Doppler-ilmiö aiheuttaa myös "punasiirtymän", kuten edellä on kuvattu. - taajuuden vähentäminen elektromagneettinen säteily liikkuvasta lähteestä. Tämä nimi johtuu siitä, että spektrin näkyvässä osassa viivat siirtyvät Doppler-ilmiön seurauksena punaiseen päähän; "Punasiirtymä" havaitaan myös minkä tahansa muun taajuuden säteilyssä, esimerkiksi radioalueella. Päinvastaista taajuuksien lisääntymiseen liittyvää vaikutusta kutsutaan siniseksi (tai violetiksi) siirtymäksi. Astrofysiikassa tarkastellaan kahta "punasiirtymää" - kosmologista ja gravitaatiota. Kosmologinen (metagalaktinen) viittaa "punasiirtymään", joka on havaittu kaikissa kaukaisissa lähteissä (galaksit, kvasaarit) - säteilytaajuuksien laskua, mikä osoittaa näiden lähteiden poistumisen toisistaan ​​ja erityisesti galaksistamme, eli ei-stationaarisuutta. (laajennus) Metagalaksit. Amerikkalainen tähtitieteilijä W. Slifer löysi galaksien "punasiirtymän" vuosina 1912-14; Vuonna 1929 E. Hubble havaitsi, että kaukaisilla galakseilla se on suurempi kuin lähellä sijaitsevilla galakseilla ja kasvaa suunnilleen suhteessa etäisyyteen. Tämä mahdollisti galaksien keskinäisen poistumisen (perääntymisen) lain paljastamisen. Hubblen laki on tässä tapauksessa kirjoitettu muodossa

u = HR; (3.14)

(u on galaksin väistymisnopeus, r-etäisyys siihen, H - Hubblen vakio). Määrittämällä "punasiirtymän" suuruuden perusteella galaksin poistumisnopeus, voit laskea etäisyyden siihen. Jotta voit määrittää etäisyydet ekstragalaktisiin esineisiin tällä kaavalla, sinun on tiedettävä Hubble-vakion numeerinen arvo N. Tämän vakion tieto on erittäin tärkeää myös kosmologialle: siihen liittyy maailmankaikkeuden "iän" määritelmä. 1970-luvun alussa pidettiin Hubblen vakiona H =(3 - 5)*10 -18 s -1 , vastavuoroinen T = 1/H = 18 miljardia vuotta. Gravitaation "punasiirtymä" on seurausta ajan vauhdin hidastumisesta ja johtuu gravitaatiokentästä (vaikutus yleinen teoria suhteellisuusteoria). Tätä ilmiötä kutsutaan myös Einstein-ilmiöksi tai yleistetyksi Doppler-ilmiöksi. Sitä on havaittu vuodesta 1919 lähtien ensin Auringon säteilyssä ja sitten joissakin muissa tähdissä. Joissakin tapauksissa (esimerkiksi painovoiman romahtamisen aikana) molempien tyyppien "punasiirtymää" tulisi havaita.

Miellyttävä kuva voidaan havaita lapsuudessa: hiljainen vedenpinnan lakeus joella. Ja täytyy vain heittää pieni kivi - tämä kuva muuttuu heti. Paikan ympärillä, jossa kivi osui veteen, aallot juoksevat ympyröitä. Kaikki lukevat tarinoita merimatkoista, meren aaltojen hirvittävästä voimasta, helposti keinuvasta suuria laivoja. Kaikki eivät kuitenkaan näitä ilmiöitä tarkkaillessaan tiedä, että vesiroiskeen ääni saavuttaa korvamme aaltoina hengittämässämme ilmassa, että valo, jolla visuaalisesti havaitsemme ympäristömme, on myös aaltoliikettä. Vesi-, valo- ja ääniaallot voidaan yhdistää toisiinsa. Nämä ovat kaikki esimerkkejä aaltoliikkeestä. Mutta aalloilla on erilainen ulkonäkö. Mikä on aalto fysiikan kannalta? Aalto on värähtely, joka etenee avaruudessa ajan myötä. Aaltojen pääominaisuus on, että aalto etenee ilman aineen siirtymistä. Esimerkiksi, jos puun pieni lehti makaa veden pinnalla. Heitetään kivi veteen. Kivestä kaikkiin suuntiin, kuten aiemmin mainittiin, aallot alkavat levitä. Samaan aikaan, kun he ovat saavuttaneet lehden, he eivät pakota sitä liikkumaan aaltoa kohti. Lehti pysyy paikallaan, mutta samalla se tekee värähteleviä liikkeitä ylös ja alas. Eli vain veden muoto muuttuu, eikä virtaa ole. Yksi veden tärkeimmistä ominaisuuksista on sen leviämisnopeus. Minkä tahansa aallon etenemisnopeus on aina äärellinen. Aaltojen nopeus veden pinnalla on suhteellisen pieni, joten ne on erittäin helppo havaita.
Kuminauhaa pitkin eteneviä aaltoja on myös helppo havaita. Jos narun toinen pää on kiinteä ja vedä johtoa hieman kädelläsi, saat toisen pään värähtelevään liikkeeseen, niin aalto kulkee johtoa pitkin. Aallon nopeus on sitä suurempi, mitä voimakkaammin johto vedetään. Aalto saavuttaa pisteen, jossa johto on kiinnitetty, heijastuu ja juoksee takaisin. Tässä kokeessa, kun aalto etenee, johdon muoto muuttuu. Jokainen narun osa värähtelee muuttumattoman tasapaino-asennon ympäri. Kiinnitetään huomiota siihen, että kun aalto etenee johtoa pitkin, värähtelyt tapahtuvat aallon etenemissuuntaa vastaan ​​kohtisuorassa suunnassa. Tällaisia ​​aaltoja kutsutaan poikittaisiksi.
Tässä tapauksessa tällaisissa aalloissa tapahtuu elastinen muodonmuutos, jota kutsutaan leikkausmuodonmuutokseksi. Erilliset ainekerrokset siirtyvät suhteessa toisiinsa. Kun kiinteässä aineessa tapahtuu leikkausmuodonmuutosta, elastisilla voimilla on taipumus palauttaa kappale alkuperäiseen tilaan. Juuri elastiset voimat aiheuttavat väliaineen hiukkasten värähtelyjä. Mutta väliaineen hiukkasten värähtelyjä voi tapahtua myös aallon etenemissuunnassa. Tällaista aaltoa kutsutaan pituussuuntaiseksi. On kätevää tarkkailla pitkittäistä aaltoa pitkällä pehmeällä jousella, jolla on suuri halkaisija. Lyömällä kämmenelläsi jousen toiseen päähän näet kuinka puristus (elastinen impulssi) kulkee jousta pitkin. Peräkkäisten iskujen sarjan avulla on mahdollista herättää jousessa aalto, joka on jousen peräkkäinen puristus ja pidennys, joka kulkee peräkkäin.
Puristuva muodonmuutos tapahtuu pituussuuntaisessa aallossa. Tähän muodonmuutokseen liittyvät elastiset voimat syntyvät kuten kiinteät aineet sekä nesteissä ja kaasuissa.
Akustiset aallot voivat toimia esimerkkeinä pitkittäisaalloista, ts. ne, jotka ihmisen korva havaitsee. Kun mekaaninen aalto etenee, liike siirtyy väliaineen hiukkasesta toiseen. Liikkeen siirto liittyy energian siirtoon. Kaikkien aaltojen pääominaisuus niiden luonteesta riippumatta on energian siirto ilman aineen siirtoa. Energia tulee lähteestä, joka herättää värähtelyjä johdon, nauhan jne. alussa ja etenee aallon mukana. Energia välittyy minkä tahansa poikkileikkauksen, kuten johdon, läpi. Tämä energia koostuu kineettinen energia väliaineen hiukkasten liike ja Mahdollinen energia niiden elastinen muodonmuutos. Hiukkasten värähtelyjen amplitudin asteittainen lasku aallon etenemisen aikana liittyy osan mekaanisesta energiasta muuttumiseen sisäiseksi energiaksi.
Miten mekaaniset aallot etenevät? Seurataan yksittäisten aineen hiukkasten liikettä aaltoliikkeen aikana. Tarkastellaan ensin poikittaista aaltoa, joka etenee esimerkiksi kuminauhaa pitkin. Jokaisella nauhan osalla on massaa ja joustavuutta. Kun johto on vääntynyt, sen missä tahansa osassa esiintyy elastisia voimia. Näillä voimilla on taipumus palauttaa johto alkuperäiseen asentoonsa. Hitauden vuoksi värähtelyköyden osa ei pysähdy tasapainoasentoon, vaan ohittaa sen jatkaen liikkumista, kunnes kimmovoimat pysäyttävät tämän osuuden maksimipoikkeamahetkellä tasapainoasennosta. Otetaan nyörin sijasta identtisten metallipallojen ketju kierteisiin ripustettuna. Kuulat on yhdistetty toisiinsa jousien avulla (kuva). Jousien massa on paljon pienempi kuin pallojen massa. Tässä mallissa inertit (massa) ja elastiset ominaisuudet erotetaan toisistaan: massa keskittyy pääasiassa palloihin ja kimmoisuus jousiin. Tämä jako ei ole välttämätön, kun tarkastellaan aaltoliikettä. Jos vasemmanpuoleisin pallo poikkeaa vaakatasossa, joka on kohtisuorassa palloketjuun nähden, jousi vääntyy ja toiseen palloon alkaa vaikuttaa voima, joka pakottaa sen poikkeamaan samaan suuntaan kuin ensimmäinen pallo. Hitauden vuoksi toisen pallon liike ei ole yhdenmukainen ensimmäisen pallon kanssa. Sen liike, joka toistaa ensimmäisen pallon liikettä, viivästyy ajallaan. Jos ensimmäinen pallo pakotetaan värähtelemään jaksolla T (vain käsin tai jonkin mekanismin avulla), niin 2. pallo alkaa myös värähdellä ensimmäisen jälkeen, mutta jollain vaiheviiveellä. Kolmas pallo, toisen pallon liikkeen aiheuttaman elastisen voiman vaikutuksesta, alkaa myös värähdellä, jääden vielä enemmän jäljelle jne. Lopulta kaikki pallot alkavat suorittaa pakotettuja värähtelyjä pallon kanssa. samalla taajuudella, mutta eri vaiheilla. Tässä tapauksessa poikittaisaalto kulkee palloketjua pitkin. Kuvat a, b, c, d, e, f esittävät aallon etenemisprosessia. Pallien paikat esitetään peräkkäisinä ajanhetkenä toisistaan ​​neljäsosan värähtelyjakson välein (ylhäältä katsottuna). Pallien nuolet ovat niiden liikkeen nopeusvektoreita vastaavilla ajanhetkillä. Jousien yhdistämien massiivisten pallojen ketjun muodossa olevan elastisen kappaleen mallissa (kuva a) voidaan tarkkailla pitkittäisten aaltojen etenemisprosessia. Kuulat on ripustettu niin, että ne voivat värähdellä vain ketjua pitkin. Jos ensimmäinen pallo saatetaan värähtelevään liikkeeseen jaksolla T, ketjua pitkin kulkee pitkittäisaalto, joka koostuu vuorottelevista tiivistymistä ja pallojen harvenemisesta (kuva 1). b). Tämä luku vastaa leikkausaallon etenemisen tapauksen kuvaa e.

>> Aaltoilmiöitä

§ 42 AALTOILMIÖT

Jokainen meistä on havainnut, kuinka aallot leviävät ympyröiksi lammen tai järven tyynelle pinnalle heittetystä kivestä (kuva 6.1). Monet katselivat meren aaltojen törmäämistä rantaan. Kaikki lukevat tarinoita merimatkoista, meren aaltojen hirvittävästä voimasta, helposti keinuvista suurista laivoista. Kaikki eivät kuitenkaan näitä ilmiöitä tarkkaillessaan tiedä, että vesiroiskeen ääni saavuttaa korvamme aaltoina hengittämässämme ilmassa, että valo, jolla visuaalisesti havaitsemme ympäristömme, on myös aaltoliikettä.

Aaltoprosessit ovat luonnossa erittäin yleisiä. On olemassa erilaisia ​​fyysisiä syitä, jotka aiheuttavat aaltoliikettä. Mutta kuten värähtelyt, kaikki aaltotyypit kuvataan kvantitatiivisesti samoilla tai melkein samoilla laeilla. Monet vaikeasti ymmärrettävät kysymykset selkiytyvät, kun verrataan erilaisia ​​aaltoilmiöitä.

Mitä kutsutaan aalloksi? Miksi aaltoja syntyy? Minkä tahansa kappaleen erilliset hiukkaset - kiinteät, nestemäiset tai kaasumaiset - ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Siksi, jos jokin kehon hiukkanen alkaa tehdä värähteleviä liikkeitä, hiukkasten välisen vuorovaikutuksen seurauksena tämä liike alkaa levitä kaikkiin suuntiin tietyllä nopeudella.

Aalto on värähtely, joka etenee avaruudessa ajan myötä.

Ilmassa, kiinteissä aineissa ja nesteissä mekaanisia aaltoja syntyy elastisten voimien vaikutuksesta. Nämä voimat toteuttavat yhteyden kehon yksittäisten osien välillä. Aaltojen muodostuminen veden pinnalle johtuu painovoimasta ja pintajännityksestä.

Aaltoliikkeen pääpiirteet näkyvät selkeimmin, jos tarkastellaan veden pinnalla olevia aaltoja. Se voi olla esimerkiksi aaltoja, jotka ovat pyöristettyjä eteenpäin kulkevia akseleita. Akseleiden tai harjanteiden väliset etäisyydet ovat suunnilleen samat. Kuitenkin, jos kevyt esine, kuten puun lehti, on veden pinnalla, jota pitkin aalto kulkee, niin aalto ei kulje sitä eteenpäin, vaan alkaa värähtelemään ylös ja alas jääden. melkein yhdessä paikassa.

Kun aalto viritetään, tapahtuu värähtelyjen etenemisprosessi, mutta ei aineen siirtymistä. Jossain paikassa, esimerkiksi heitetystä kivestä, syntyneet veden värähtelyt välittyvät viereisille alueille ja leviävät vähitellen kaikkiin suuntiin ja saavat yhä enemmän väliaineen hiukkasia värähteleviin liikkeisiin. Veden virtausta ei synny, vain sen pinnan paikalliset muodot liikkuvat.

Aallon nopeus. Tärkein ominaisuus aalto on sen etenemisnopeus. Minkä tahansa luonteiset aallot eivät leviä avaruudessa välittömästi. Niiden nopeus on rajallinen. Voidaan esimerkiksi kuvitella, että lokki lentää meren yli ja niin, että se löytää itsensä aina saman aallonharjan yläpuolelta. Aallon nopeus on tässä tapauksessa yhtä suuri kuin lokin nopeus. Veden pinnalla olevat aallot ovat käteviä havainnointiin, koska niiden etenemisnopeus on suhteellisen alhainen.

Poikittaiset ja pitkittäiset aallot. Kuminauhaa pitkin eteneviä aaltoja on myös helppo havaita. Jos nyörin toinen pää on kiinteä ja vetämällä nyöriä kevyesti kädellä, saat sen toisen pään värähtelevään liikkeeseen, johtoa pitkin kulkee aalto (kuva 6.2).

Aallon nopeus on sitä suurempi, mitä voimakkaammin johto vedetään. Aalto saavuttaa pisteen, jossa johto on kiinnitetty, heijastuu ja juoksee takaisin. Tässä kokeessa, kun aalto etenee, johdon muoto muuttuu. Jokainen narun osa värähtelee muuttumattoman tasapaino-asennon ympäri.

Kiinnitetään huomiota siihen, että kun aalto etenee johtoa pitkin, värähtelyt tapahtuvat aallon etenemissuuntaa vastaan ​​kohtisuorassa suunnassa. Tällaisia ​​aaltoja kutsutaan poikittain (kuva 6.3). Poikittaisessa aallossa väliaineen yksittäisten osien siirtymät tapahtuvat aallon etenemissuuntaan nähden kohtisuorassa suunnassa. Tässä tapauksessa tapahtuu elastinen muodonmuutos, jota kutsutaan leikkausmuodonmuutokseksi. Erilliset ainekerrokset siirtyvät suhteessa toisiinsa. Kun kiinteässä aineessa tapahtuu leikkausmuodonmuutosta, elastisilla voimilla on taipumus palauttaa kappale alkuperäiseen tilaan. Kimmovoimat aiheuttavat väliaineen hiukkasten värähtelyjä 1 .

Kerrosten siirtyminen toisiinsa nähden kaasuissa ja nesteissä ei johda elastisten voimien ilmaantumiseen. Siksi poikittaisaaltoja ei voi esiintyä kaasuissa ja nesteissä. Poikittaiset aallot syntyvät kiinteissä aineissa.

Mutta väliaineen hiukkasten värähtelyjä voi tapahtua myös aallon etenemissuunnassa (kuva 6.4). Tällaista aaltoa kutsutaan pituussuuntaiseksi. On kätevää tarkkailla pitkittäistä aaltoa pitkällä pehmeällä jousella, jolla on suuri halkaisija. Iskemällä kämmenellä jousen toiseen päähän (kuva 6.5, a), näet kuinka puristus (elastinen impulssi) kulkee jousta pitkin. Peräkkäisten iskujen sarjan avulla on mahdollista herättää jousessa aalto, joka on jousen peräkkäinen puristus ja jatke, joka kulkee peräkkäin (kuva 6.5, b).

Joten pituussuuntaisessa aallossa tapahtuu puristusmuodonmuutosta. Tähän muodonmuutokseen liittyvät elastiset voimat syntyvät sekä kiinteissä aineissa että nesteissä ja kaasuissa.

1 Kun puhumme väliaineen hiukkasten värähtelyistä, tarkoitamme väliaineen pienten tilavuuksien värähtelyjä, emme molekyylien värähtelyjä.

Nämä voimat aiheuttavat väliaineen yksittäisten osien värähtelyjä. Siksi pitkittäiset aallot voivat levitä kaikissa elastisissa väliaineissa. Kiinteissä aineissa pitkittäisaaltojen nopeus on suurempi kuin poikittaisaaltojen nopeus.

Tämä otetaan huomioon määritettäessä etäisyyttä maanjäristyksen lähteestä seismiseen asemaan. Ensinnäkin asemalla tallennetaan pitkittäisaalto, koska sen nopeus maankuoressa on suurempi kuin poikittaisaallon. Jonkin ajan kuluttua tallennetaan poikittaisaalto, joka kiihtyy maanjäristyksen aikana samanaikaisesti pituussuuntaisen aallon kanssa. Tietäen maankuoren pitkittäis- ja poikittaisten aaltojen nopeudet ja poikittaisaallon viiveajan, on mahdollista määrittää etäisyys maanjäristyksen lähteeseen.

Aaltoenergiaa. Kun mekaaninen aalto etenee, liike siirtyy väliaineen hiukkasesta toiseen. Liikkeen siirtoon liittyy energian siirto. Kaikkien aaltojen pääominaisuus niiden luonteesta riippumatta on energian siirto siirtämättä kokonaisuutta. Energia tulee lähteestä, joka herättää värähtelyjä johdon, nauhan jne. alussa ja etenee aallon mukana. Energia välittyy minkä tahansa poikkileikkauksen, kuten johdon, läpi. Tämä energia koostuu väliaineen hiukkasten liikkeen kineettisestä energiasta ja niiden elastisen muodonmuutoksen potentiaalienergiasta. Hiukkasten värähtelyjen amplitudin asteittainen lasku aallon etenemisen aikana liittyy osan mekaanisesta energiasta muuttumiseen sisäiseksi energiaksi.

Aalto on värähtely, joka etenee avaruudessa ajan myötä. Aallon nopeus on rajallinen. Aalto siirtää energiaa, mutta ei siirrä väliaineen ainetta.

1. Mitä aaltoja kutsutaan poikittaisiksi ja mitkä pitkittäisiksi!
2. Voiko poikittaisaalto levitä vedessä!

Myakishev G. Ya., fysiikka. Luokka 11: oppikirja. yleissivistävää koulutusta varten oppilaitokset: perus- ja profiili. tasot / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; toim. V. I. Nikolaev, N. A. Parfenteva. - 17. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - M.: Koulutus, 2008. - 399 s.: ill.

Fysiikan suunnittelu, fysiikan materiaalit luokka 11 lataus, oppikirjoja verkossa

Nämä ilmiöt ovat luontaisia ​​minkä tahansa luonteisille aallolle. Lisäksi häiriö-, diffraktio- ja polarisaatioilmiöt ovat ominaisia ​​vain aaltoprosesseille ja ne voidaan selittää vain aaltoteorian perusteella.

Heijastus ja taittuminen. Aaltojen eteneminen kuvataan geometrisesti säteiden avulla. Homogeenisessa ympäristössä ( n= const) säteet ovat suoraviivaisia. Samalla median rajapinnassa niiden suunnat muuttuvat. Tässä tapauksessa muodostuu kaksi aaltoa: heijastunut, joka etenee ensimmäisessä väliaineessa samalla nopeudella, ja taittuva, joka etenee toisessa väliaineessa eri nopeudella, riippuen tämän väliaineen ominaisuuksista. Heijastusilmiö tunnetaan sekä äänen (kaiun) että valoaaltojen osalta. Valon heijastuksen ansiosta peiliin muodostuu kuvitteellinen kuva. Valon taittuminen on monien mielenkiintoisten ilmakehän ilmiöiden taustalla. Sitä käytetään laajasti erilaisissa optisissa laitteissa: linssit, prismat, optiset kuidut. Nämä laitteet ovat eri tarkoituksiin tarkoitettujen laitteiden elementtejä: kamerat, mikroskoopit ja teleskoopit, periskoopit, projektorit, optiset viestintäjärjestelmät jne.

Häiriö aallot - energian uudelleenjakautumisilmiö, kun kaksi (tai useampaa) koherenttia (sovitettua) aaltoa asetetaan päällekkäin, ja siihen liittyy tuloksena olevan aallon intensiteetin (amplitudin) vuorottelevien maksimien ja minimien häiriökuvio. Aaltoja kutsutaan koherenteiksi, joiden vaihe-ero summauspisteessä pysyy ajallisesti muuttumattomana, mutta voi muuttua pisteestä toiseen ja avaruudessa. Jos aallot kohtaavat ʼʼvaiheessaʼʼ, ᴛ.ᴇ. samanaikaisesti saavuttavat suurimman poikkeaman yhteen suuntaan, niin ne vahvistavat toisiaan, ja jos ne kohtaavat ʼʼantifaasissaʼʼ, ᴛ.ᴇ. saavuttaa samanaikaisesti päinvastaisia ​​poikkeamia, sitten heikentää toisiaan. Kahden aallon värähtelyjen koordinointi (koherenssi) valon tapauksessa on mahdollista vain, jos niillä on yhteinen alkuperä, mikä johtuu säteilyprosessien erityispiirteistä. Poikkeuksena ovat laserit, joiden säteilylle on ominaista korkea koherenssi. Tästä syystä yhdestä lähteestä tuleva valo jaetaan interferenssin havaitsemiseksi kahteen aaltoryhmään, jotka joko kulkevat kahden reiän (raon) läpi läpinäkymättömässä näytössä tai johtuen heijastuksesta ja taittumisesta rajapinnalla ohuissa kalvoissa. Yksivärisestä lähteestä peräisin oleva häiriökuvio ( λ=vakio) näytöllä kahden kapean lähekkäin olevan raon läpi kulkeville säteille, on vuorotellen kirkkaiden ja tummien raitojen muodossa (Jungin kokeilu, 1801 ᴦ.). Kirkkaat raidat - intensiteettimaksimit havaitaan niissä ruudun kohdissa, joissa kahdesta raosta tulevat aallot kohtaavat ʼʼinphaseʼʼ, eli niiden vaihe-eron.

, m = 0,1,2,…,(3.10)

Tämä vastaa eroa säteiden reitissä, aallonpituuksien kokonaisluvun kerrannainen λ

, m = 0,1,2,…,(3.11)

Tummat raidat (keskinäiset takaisinmaksut), ᴛ.ᴇ. intensiteettiminimit esiintyvät niissä ruudun kohdissa, joissa aallot kohtaavat ʼʼantifaasissaʼʼ, eli niiden vaihe-ero on

, m = 0,1,2,…,(3.12)

Tämä vastaa eroa säteiden reitissä, parittoman määrän puoliaaltojen kerrannainen

, m = 0,1,2,….(3.13)

Häiriöitä havaitaan eri aalloilla. Valkoisen valon häiriö, mukaan lukien kaikki näkyvän valon aallot aallonpituusalueella mikronit voivat ilmaantua irisoivana värinä ohuina bensiinikalvoina veden pinnalla, saippuakuplia, oksidikalvoina metallien pinnalla. Interferenssimaksimin ehdot elokuvan eri kohdissa täyttyvät eri aalloille eri aallonpituuksilla, mikä johtaa eriväristen aaltojen vahvistumiseen. Häiriöolosuhteet määräytyvät aallonpituudella, joka näkyvällä valolla on mikronin murto-osa (1 μm = 10 -6 m), tässä suhteessa tämä ilmiö on erilaisten tutkimus-, ohjaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus (ʼʼultratarkkaʼʼ) taustalla. Häiriöiden käyttö perustuu interferometrien, häiriöspektroskooppien käyttöön sekä holografiamenetelmään. Valon interferenssillä mitataan säteilyn aallonpituutta, tutkitaan spektrilinjojen hienorakennetta, määritetään aineiden tiheyksiä, taitekertoimia ja ohuiden pinnoitteiden paksuutta.

Diffraktio- joukko ilmiöitä, jotka tapahtuvat aallon etenemisen aikana väliaineessa, jolla on selvä ominaisuuksien epähomogeenisuus. Tämä havaitaan, kun aallot kulkevat näytössä olevan reiän läpi, lähellä läpinäkymättömien esineiden reunaa jne. Diffraktio saa aallon kiertymään esteen ympärille, jonka mitat ovat oikeassa suhteessa aallonpituuteen. Jos esteen koko on paljon suurempi kuin aallonpituus, diffraktio ilmenee heikosti. Makroskooppisilla esteillä havaitaan äänen diffraktiota, seismiset aallot, radioaallot, joille 1 cm km. On syytä sanoa, että valon taittuman havaitsemiseksi esteiden on oltava huomattavasti pienempiä. Ääniaaltojen diffraktio selittää kyvyn kuulla ihmisen äänen, joka on talon kulman takana. Radioaaltojen diffraktio maan pinnan ympärillä selittää radiosignaalien vastaanoton pitkien ja keskisuurten radioaaltojen alueella, joka on kaukana lähettävän antennin näkölinjasta.

Aaltojen diffraktioon liittyy niiden interferenssi, joka johtaa diffraktiokuvion muodostumiseen, vaihteleviin intensiteettimaksimiin ja minimiin. Kun valo kulkee diffraktiohilan läpi, joka on joukko vuorottelevia yhdensuuntaisia ​​läpinäkyviä ja läpikuultamattomia vyöhykkeitä (jopa 1000 per 1 mm), näytölle ilmestyy diffraktiokuvio, jonka maksimien sijainti riippuu säteilyn aallonpituudesta. Tämä mahdollistaa diffraktiohilan käytön säteilyn spektrikoostumuksen analysointiin. Kiteisen aineen rakenne on samanlainen kuin kolmiulotteinen diffraktiohila. Diffraktiokuvion havainnointi röntgensäteiden, elektronisäteen tai neuronien läpikulun aikana kiteiden läpi, joissa aineen hiukkaset (atomit, ionit, molekyylit) on järjestetty järjestyksessä, mahdollistaa niiden ominaisuuksien tutkimisen. rakenne. Atomien välisten etäisyyksien tunnusarvo on d ~ 10 -10 m, mikä vastaa käytetyn säteilyn aallonpituuksia ja tekee niistä välttämättömiä kristallografisessa analyysissä.

Valon diffraktio määrittää optisten instrumenttien (teleskoopit, mikroskoopit jne.) resoluution rajan. Resoluutio - kahden kohteen välinen vähimmäisetäisyys, jossa ne näkyvät erikseen, eivät liity yhteen - ovat sallittuja. Diffraktion vuoksi kuva pistelähteestä (esimerkiksi tähdestä kaukoputkessa) näyttää ympyrältä, joten lähellä olevia kohteita ei eroteta. Resoluutio riippuu useista parametreista, mukaan lukien aallonpituus: mitä lyhyempi aallonpituus, sitä parempi resoluutio. Tästä syystä optisessa mikroskoopissa havaitun kohteen kokoa rajoittaa valon aallonpituus (noin 0,5 µm).

Valon interferenssi- ja diffraktioilmiö on holografisten kuvien tallentamisen ja toiston periaatteen taustalla. D. Gaborin (1900 - 1979) vuonna 1948 ehdottama menetelmä korjaa häiriökuvion, joka saadaan valaisemalla kohde ja valokuvalevy koherenteilla säteillä. Tuloksena oleva hologrammi on vuorottelevia vaaleita ja tummia täpliä, jotka eivät muistuta esinettä, mutta diffraktio valoaaltojen hologrammista, joka on identtinen sitä tallennettaessa käytettyjen kanssa, mahdollistaa todellisen esineen hajottaman aallon palauttamisen ja sen kolmen mittainen kuva.

Polarisaatio- ilmiö, joka on ominaista vain poikittaisaalloille. Valoaaltojen (sekä kaikkien muiden sähkömagneettisten aaltojen) poikkisuuntaisuus ilmaistaan ​​siinä, että niissä värähtelevien sähköisten () ja magneettisten induktiokenttien () vektorit ovat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden. Samanaikaisesti nämä vektorit ovat keskenään kohtisuorassa, joten valon polarisaation tilan kuvaamiseksi täydellisesti on tiedettävä vain yhden niistä käyttäytyminen. Valon vaikutus tallennuslaitteisiin määräytyy sähkökentän voimakkuusvektorin avulla, jota kutsutaan valovektoriksi.

Luonnollisen säteilylähteen lähettämät valoaallot ᴛ.ᴇ. joukko itsenäisiä atomeja, eivät ole polarisoituneita, koska valovektorin () värähtelysuunta luonnollisessa säteessä muuttuu jatkuvasti ja satunnaisesti pysyen kohtisuorassa aallonnopeusvektoriin nähden.

Valoa, jossa valovektorin suunta pysyy muuttumattomana, kutsutaan yleensä lineaarisesti polarisoiduksi. Polarisaatio on vektorin värähtelyjen järjestystä. Esimerkki on harmoninen aalto. Valon polarisoimiseen käytetään polarisaattoreita, joiden toiminta perustuu valon heijastus- ja taittumisprosessien ominaisuuksiin sekä kiteisen aineen optisten ominaisuuksien anisotropiaan. Polarisaattorin läpi kulkevan säteen valovektori värähtelee tasossa, jota kutsutaan polarisaattorin tasoksi. Kun polarisoitu valo kulkee toisen polarisaattorin läpi, käy ilmi, että lähetetyn säteen intensiteetti muuttuu polarisaattorin pyöriessä. Valo kulkee laitteen läpi ilman absorptiota, jos sen polarisaatio osuu yhteen toisen polarisaattorin tason kanssa ja se estää sen kokonaan, kun kidettä käännetään 90 astetta, kun polarisoidun valon värähtelytaso on kohtisuorassa toisen polarisaattorin tason kanssa. polarisaattori.

Valon polarisaatio on löytänyt laajan sovelluksen tieteellisen tutkimuksen ja tekniikan eri aloilla. sitä käytetään mikroskooppisessa tutkimuksessa, äänen tallennuksessa, optisessa paikannuksessa, nopeassa filmissä ja valokuvauksessa, elintarviketeollisuudessa (sakkarimetria) jne.

Dispersio- aallon etenemisnopeuden riippuvuus niiden taajuudesta (aallonpituudesta). Kun sähkömagneettiset aallot etenevät väliaineessa, syntyy

Dispersion määräävät sen väliaineen fysikaaliset ominaisuudet, jossa aallot etenevät. Esimerkiksi tyhjiössä sähkömagneettiset aallot etenevät hajoamatta, kun taas todellisessa väliaineessa, jopa niin harvinaisessa kuin Maan ionosfäärissä, syntyy hajoamista. Ääni- ja ultraääniaallot havaitsevat myös dispersion. Kun ne etenevät väliaineessa, eri taajuiset harmoniset aallot, joihin signaali tulisi hajottaa, etenevät eri nopeuksilla, mikä johtaa signaalin muodon vääristymiseen. Valon dispersio - aineen taitekertoimen riippuvuus valon taajuudesta (aallonpituudesta). Kun valon nopeus muuttuu taajuuden (aallonpituuden) mukaan, taitekerroin muuttuu. Dispersion seurauksena monista eri taajuisista aalloista koostuva valkoinen valo hajoaa kulkiessaan läpinäkyvän kolmikulmaisen prisman läpi ja muodostaa jatkuvan (jatkuvan) spektrin.
Isännöi osoitteessa ref.rf
Tämän spektrin tutkimus johti I. Newtonin (1672) valon hajaantumisen löytöyn. Aineiden, jotka ovat läpinäkyviä tietyllä spektrin alueella, taitekerroin kasvaa taajuuden kasvaessa (pienenee aallonpituus), mikä vastaa värien jakautumista spektrissä. Suurin taitekerroin on violetilla valolla (=0,38 µm), pienin punaisella (=0,76 µm). Samanlainen ilmiö havaitaan luonnossa auringonvalon leviämisen aikana ilmakehässä ja sen taittuessa vesihiukkasissa (kesällä) ja jäässä (talvella). Tämä luo sateenkaaren tai aurinkokehon.

Doppler-ilmiö. Doppler-ilmiö on tarkkailijan (vastaanottimen) havaitseman taajuuden tai aallonpituuden muutos, joka johtuu aaltolähteen ja havainnoijan liikkeestä suhteessa toisiinsa. Aallon nopeus u määräytyy väliaineen ominaisuuksien mukaan, eikä se muutu, kun lähde tai havainnoija liikkuu. Jos havaitsija tai aaltolähde liikkuu nopeudella suhteessa väliaineeseen, niin taajuus v vastaanotetut aallot muuttuvat erilaisiksi. Tässä tapauksessa, kuten K. Doppler (1803 - 1853) on todennut, kun tarkkailija lähestyy lähdettä, aaltojen taajuus kasvaa ja poistettaessa se pienenee. Tämä vastaa aallonpituuden pienenemistä λ kun lähde ja tarkkailija lähestyvät toisiaan ja lisääntyvät λ kun ne poistetaan keskenään. Ääniaaltojen osalta Doppler-ilmiö ilmenee äänenkorkeuden kasvuna, kun äänilähde ja havainnoija lähestyvät toisiaan (1 sek havainnoija havaitsee suuremman määrän aaltoja) ja vastaavasti äänen sävyn alenemisessa, kun ne poistetaan. Doppler-ilmiö aiheuttaa myös ʼʼpunasiirtymänʼʼ, kuten yllä on kuvattu. - liikkuvasta lähteestä tulevan sähkömagneettisen säteilyn taajuuksien alentaminen. Tämä nimi johtuu siitä, että spektrin näkyvässä osassa viivat siirtyvät Doppler-ilmiön seurauksena punaiseen päähän; ʼʼpunasiirtymääʼʼ havaitaan myös muiden taajuuksien säteilyssä, esimerkiksi radioalueella. Päinvastaista vaikutusta, joka liittyy taajuuksien nousuun, kutsutaan yleisesti siniseksi (tai violetiksi) siirtymäksi. Astrofysiikassa tarkastellaan kahta ʼʼpunasiirtymääʼʼ - kosmologista ja gravitaatiota. Kosmologista (metagalaktista) kutsutaan ʼʼpunasiirtymäksiʼʼ, joka havaitaan kaikissa kaukaisissa lähteissä (galaksit, kvasaarit) - säteilytaajuuksien lasku, mikä osoittaa näiden lähteiden poistamisen toisistaan ​​ja erityisesti galaksistamme, eli noin epästationaarisuudesta (laajenemisesta). ) Metagalaksit. ʼʼPunasiirtymänʼʼ galakseille löysi amerikkalainen tähtitieteilijä W. Slifer vuosina 1912–1914; Vuonna 1929 E. Hubble havaitsi, että kaukaisilla galakseilla se on suurempi kuin lähellä sijaitsevilla galakseilla ja kasvaa suunnilleen suhteessa etäisyyteen. Tämä mahdollisti galaksien keskinäisen poistumisen (perääntymisen) lain paljastamisen. Hubblen laki on tässä tapauksessa kirjoitettu muodossa

u = HR; (3.14)

(u on galaksin väistymisnopeus, r-etäisyys siihen, H - Hubblen vakio). Määrittämällä ʼʼʼʼʼʼʼ-arvon avulla galaksin poistumisnopeus, voit laskea etäisyyden siihen. Jotta voit määrittää etäisyydet ekstragalaktisiin esineisiin tällä kaavalla, sinun on tiedettävä Hubble-vakion numeerinen arvo N. Tämän vakion tieto on erittäin tärkeää myös kosmologialle: siihen liittyy maailmankaikkeuden "iän" määritelmä. 1970-luvun alussa pidettiin Hubblen vakiona H =(3 - 5)*10 -18 s -1 , vastavuoroinen T = 1/H = 18 miljardia vuotta. Gravitaatio ʼʼpunasiirtymäʼʼ on seurausta ajan vauhdin hidastumisesta ja johtuu gravitaatiokentästä (yleisen suhteellisuusteorian vaikutus). Tätä ilmiötä kutsutaan myös Einstein-ilmiöksi tai yleistetyksi Doppler-ilmiöksi. Sitä on havaittu vuodesta 1919 lähtien ensin Auringon säteilyssä ja sitten joissakin muissa tähdissä. Useissa tapauksissa (esimerkiksi painovoiman romahtamisen aikana) molempien tyyppien "punasiirtymä" tulisi havaita.

Aaltojen fyysinen luonne Mekaaninen
elastinen
Pinnalla
nesteitä
sähkömagneettinen
valoa
röntgenkuvaus
Ääni
radioaallot
seisminen

Mekaaninen aalto on avaruudessa etenevien ainehiukkasten värähtelyä.

Väliaineen pisteitä, joissa yhdessä vaiheessa värähtelevät aallot etenevät, kutsutaan aaltopinnoiksi.

Kaksi ehtoa ovat välttämättömiä mekaanisen aallon esiintymiselle:

Vertaamalla aaltojen etenemissuuntaa ja väliaineen pisteiden värähtelysuuntaa voidaan erottaa pitkittäiset ja poikittaiset aallot.

Aaltoja, joissa virittyneen väliaineen pisteiden värähtelysuunta on yhdensuuntainen aallon etenemissuunnan kanssa, kutsutaan pitkittäisiksi.

Aaltoja, joissa virittyneen väliaineen pisteiden värähtelysuunta on kohtisuorassa aallon etenemissuuntaa vastaan, kutsutaan poikittaissuuntaisiksi.

Nesteen pinnalla olevat aallot eivät ole pitkittäisiä eivätkä poikittaisia. Näin ollen aalto nesteen pinnalla on

Pyöreät aallot nesteen pinnalla

Mekaanisten aaltojen ominaisuudet

Jos aalto siirtyy väliaineesta toiseen putoamalla kahden median rajapinnalle jossain muussa kulmassa kuin nolla, se kokee

Aalto voi kiertää esteitä, joiden mitat ovat oikeassa suhteessa sen pituuteen. Ilmiötä, jossa aallot taipuvat esteiden ympärille, kutsutaan diffraktioksi.

Samalla taajuudella ja vakiovaihe-erolla värähteleviä aaltolähteitä kutsutaan koherenteiksi. Kuten mikä tahansa aalto, jonka muodostaa

Ääni on elastisia aaltoja, jotka etenevät kaasuissa, nesteissä, kiinteissä aineissa ja jotka ihmisen ja eläimen korvat havaitsevat. mekaaniset aallot

Jotta voit kuulla äänen, tarvitset:

Mekaaniset aallot, jotka syntyvät elastisissa väliaineissa, joissa väliaineen hiukkaset värähtelevät äänialueen taajuuksia alhaisemmilla taajuuksilla

Elastisissa väliaineissa syntyvät mekaaniset aallot, joissa väliaineen hiukkaset värähtelevät taajuuksilla, jotka ovat suurempia kuin äänialueen taajuudet