Elektromagnētiskie viļņi. Elektromagnētiskā viļņa jēdziens

Šīs parādības ir raksturīgas jebkura rakstura viļņiem. Turklāt traucējumu, difrakcijas un polarizācijas parādības ir raksturīgas tikai viļņu procesiem, un tās var izskaidrot tikai, pamatojoties uz viļņu teoriju.

Atspīdums un refrakcija. Viļņu izplatību ģeometriski apraksta, izmantojot starus. Viendabīgā vidē ( n= const) stari ir taisni. Taču mediju saskarnē to virzieni mainās. Šajā gadījumā veidojas divi viļņi: atstarots, kas izplatās pirmajā vidē ar tādu pašu ātrumu, un lauzts, kas izplatās otrajā vidē ar atšķirīgu ātrumu atkarībā no šīs vides īpašībām. Atstarošanas fenomens ir zināms gan skaņas (atbalss), gan gaismas viļņiem. Gaismas atstarošanas dēļ spogulī veidojas iedomāts attēls. Gaismas laušana ir daudzu interesantu pamatā atmosfēras parādības. To plaši izmanto dažādās optiskās ierīcēs: lēcās, prizmās, optiskajās šķiedrās. Šīs ierīces ir dažādu mērķu ierīču elementi: kameras, mikroskopi un teleskopi, periskopi, projektori, optiskās sistēmas komunikācijas utt.

Traucējumi viļņi - enerģijas pārdales parādība, kad tiek uzklāti divi (vai vairāki) koherenti (saskaņoti) viļņi, ko papildina interferences modelis, kurā parādās mainīgi iegūtā viļņa intensitātes (amplitūdas) maksimumi un minimumi. Viļņus sauc par koherentiem, kuriem fāzu starpība pievienošanas punktā paliek nemainīga laikā, bet var mainīties no punkta uz punktu un telpā. Ja viļņi satiekas "fāzē", t.i. vienlaicīgi sasniedz maksimālo novirzi vienā virzienā, tad tie pastiprina viens otru, un, ja satiekas "pretfāzē", t.i. vienlaikus panākt pretējas novirzes, pēc tam vājināt viens otru. Divu viļņu svārstību koordinācija (koherence) divu viļņu gadījumā iespējama tikai tad, ja tiem ir kopīga izcelsme, kas ir radies procesu īpatnību dēļ. Izņēmums ir lāzeri, kuru starojumu raksturo augsta koherenitāte. Tāpēc, lai novērotu traucējumus, gaisma, kas nāk no viena avota, tiek sadalīta divās viļņu grupās, vai nu iet cauri diviem caurumiem (spravām) necaurspīdīgā ekrānā, vai atstarošanas un refrakcijas dēļ mediju saskarnē plānās plēvēs. Interferences modelis no monohromatiska avota ( λ=konst) uz ekrāna stariem, kas iet cauri divām šaurām, cieši izvietotām spraugām, ir pārmaiņus spilgtas un tumšas svītras (Jung eksperiments, 1801). Spilgtas svītras - intensitātes maksimumi tiek novēroti tajos ekrāna punktos, kur viļņi no diviem spraugām sastopas "fāzē", t.i., to fāzes starpība

, m = 0,1,2,…,(3.10)

Tas atbilst staru ceļa atšķirībai, kas ir vesela viļņu garuma skaitļa reizinājums λ

, m = 0,1,2,…,(3.11)

Tumšas joslas (savstarpējās atmaksas), t.i. intensitātes minimumi rodas tajos ekrāna punktos, kuros viļņi saskaras "ārpus fāzes", t.i., to fāzu atšķirība ir

, m = 0,1,2,…,(3.12)

Tas atbilst staru ceļa atšķirībai, kas ir nepāra pusviļņu skaita reizinājums

, m = 0,1,2,….(3.13)

Traucējumi tiek novēroti dažādiem viļņiem. Baltās gaismas traucējumi, ieskaitot visus viļņus redzamā gaisma viļņu garuma diapazonā mikroni var parādīties kā plānas benzīna kārtiņas zaigojošs krāsojums uz ūdens virsmas, ziepju burbuļi, oksīda plēves uz metālu virsmas. Interferences maksimālie nosacījumi dažādi punkti filmas tiek veidotas dažādiem viļņu garumiem ar dažādiem viļņu garumiem, kas noved pie dažādu krāsu viļņu pastiprināšanas. Interferences apstākļus nosaka viļņa garums, kas redzamajai gaismai ir mikrona daļa (1 μm = 10 -6 m), tāpēc šī parādība ir dažādu precīzas (“augstas precizitātes”) izpētes, kontroles un mērīšanas metožu pamatā. Interferences izmantošanas pamatā ir interferometru, traucējumu spektroskopu, kā arī hologrāfijas metodes izmantošana. Gaismas traucējumus izmanto, lai izmērītu starojuma viļņa garumu, pētītu spektrālo līniju smalko struktūru, noteiktu vielu blīvumu, refrakcijas koeficientus un plānu pārklājumu biezumu.

Difrakcija- parādību kopums, kas notiek viļņa izplatīšanās laikā vidē ar izteiktu īpašību neviendabīgumu. To novēro, kad viļņi iziet cauri caurumam ekrānā, netālu no necaurspīdīgu objektu robežām utt. Difrakcijas rezultātā vilnis apvij šķērsli, kura izmēri ir samērīgi ar viļņa garumu. Ja šķēršļa izmērs ir daudz lielāks par viļņa garumu, tad difrakcija ir vāja. Uz makroskopiskiem šķēršļiem tiek novērota skaņas difrakcija, seismiski viļņi, radioviļņi, kuriem 1 cm km. Lai novērotu gaismas difrakciju, šķēršļiem jābūt ievērojami mazākiem. Difrakcija skaņas viļņi skaidro spēju sadzirdēt cilvēka balsi aiz mājas stūra. Radioviļņu difrakcija ap Zemes virsmu izskaidro radiosignālu uztveršanu garu un vidēju radioviļņu diapazonā, kas atrodas tālu aiz izstarojošās antenas redzamības līnijas.

Viļņu difrakciju pavada to traucējumi, kas noved pie difrakcijas modeļa veidošanās, mainot intensitātes maksimumus un minimumus. Gaismai izejot cauri difrakcijas režģim, kas ir pārmaiņus paralēlu caurspīdīgu un necaurspīdīgu joslu kopums (līdz 1000 uz 1 mm), ekrānā parādās difrakcijas raksts, kura maksimumu pozīcija ir atkarīga no starojuma viļņa garuma. Tas ļauj izmantot difrakcijas režģi, lai analizētu starojuma spektrālo sastāvu. Struktūra kristāliska viela līdzīgi trīsdimensiju režģis. Difrakcijas modeļa novērošana, pārejot rentgena stariem, elektronu vai neironu staru kūlim cauri kristāliem, kuros vielas daļiņas (atomi, joni, molekulas) ir sakārtotas, ļauj izpētīt to īpašības. struktūra. Raksturīgā vērtība starpatomu attālumiem ir d ~ 10 -10 m, kas atbilst izmantotā starojuma viļņu garumiem un padara tos par neaizstājamiem kristālogrāfiskai analīzei.

Gaismas difrakcija nosaka optisko instrumentu (teleskopu, mikroskopu utt.) izšķirtspējas robežu. Ir atļauta izšķirtspēja - minimālais attālums starp diviem objektiem, pie kuriem tie ir redzami atsevišķi, nesaplūst. Difrakcijas dēļ punktveida avota (piemēram, zvaigznes teleskopā) attēls izskatās kā aplis, tāpēc objekti, kas atrodas tuvu viens otram, netiek izšķirti. Izšķirtspēja ir atkarīga no vairākiem parametriem, tostarp no viļņa garuma: jo īsāks viļņa garums, jo labāka izšķirtspēja. Tāpēc optiskā mikroskopā novērotā objekta izmēru ierobežo gaismas viļņa garums (apmēram 0,5 µm).

Interferences un gaismas difrakcijas fenomens ir hologrāfijas attēlu ierakstīšanas un reproducēšanas principa pamatā. 1948. gadā D. Gabora (1900 - 1979) piedāvātā metode fiksē traucējumu modeli, kas iegūts, apgaismojot objektu un fotoplāksni ar koherentiem stariem. Rezultātā iegūtā hologramma ir mainīgi gaiši un tumši plankumi, kas neatgādina objektu, tomēr gaismas viļņu hologrammas difrakcija, kas ir identiska tās ierakstīšanas laikā izmantotajiem, ļauj atjaunot reālā objekta izkliedēto vilni un iegūt tā trīs- dimensiju attēls.

Polarizācija- parādība, kas raksturīga tikai šķērsviļņiem. Gaismas viļņu šķērsvirziena (kā arī jebkura cita elektromagnētiskie viļņi) izpaužas ar to, ka tajos svārstošo elektrisko () un magnētisko () lauku indukcijas vektori ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam. Turklāt šie vektori ir savstarpēji perpendikulāri, tātad pilnīgs apraksts gaismas polarizācijas stāvokļiem, ir jāzina tikai viena no tiem uzvedība. Gaismas iedarbību uz ierakstīšanas ierīcēm nosaka intensitātes vektors elektriskais lauks, ko sauc par gaismas vektoru.

gaismas viļņi, ko izstaro dabisks starojuma avots t.i. neatkarīgu atomu kopa, nav polarizēti, jo gaismas vektora () svārstību virziens dabiskajā starā mainīsies nepārtraukti un nejauši, paliekot perpendikulāri viļņa ātruma vektoram.

Gaismu, kurā gaismas vektora virziens paliek nemainīgs, sauc par lineāri polarizētu. Polarizācija ir vektoru svārstību secība. Piemērs ir harmoniskais vilnis. Gaismas polarizēšanai tiek izmantotas ierīces, ko sauc par polarizatoriem, kuru darbība balstās uz gaismas atstarošanas un laušanas procesu iezīmēm, kā arī uz vielas optisko īpašību anizotropiju kristāliskā stāvoklī. Gaismas vektors starā, kas iet cauri polarizatoram, svārstās plaknē, ko sauc par polarizatora plakni. Kad polarizētā gaisma iziet cauri otrajam polarizatoram, izrādās, ka pārraidītā stara intensitāte mainās līdz ar polarizatora rotāciju. Gaisma iet caur ierīci bez absorbcijas, ja tās polarizācija sakrīt ar otrā polarizatora plakni un tiek pilnībā bloķēta, kad kristāls tiek pagriezts par 90 grādiem, kad polarizētās gaismas svārstību plakne ir perpendikulāra otrā polarizatora plaknei. polarizators.

Gaismas polarizācija ir atklāta plašs pielietojums dažādās nozarēs zinātniskie pētījumi un tehnoloģija. tas tiek izmantots mikroskopiskie pētījumi, skaņu ierakstīšanas, optiskās lokācijas, ātrgaitas filmēšanas un fotografēšanas procesos, in Pārtikas rūpniecība(saharimetrija) utt.

Izkliede- viļņu izplatīšanās ātruma atkarība no to frekvences (viļņa garuma). Kad elektromagnētiskie viļņi izplatās vidē, rodas -

Izkliede tiek noteikta fizikālās īpašības vide, kurā izplatās viļņi. Piemēram, vakuumā elektromagnētiskie viļņi izplatās bez izkliedes, savukārt reālā vidē, pat tādā retinātā vidē kā Zemes jonosfēra, rodas izkliede. Skaņas un ultraskaņas viļņi arī nosaka izkliedi. Kad tie izplatās vidē, dažādu frekvenču harmoniskie viļņi, kuros var sadalīt signālu, izplatās dažādos ātrumos, kas izraisa signāla formas izkropļojumus. Gaismas izkliede - vielas refrakcijas indeksa atkarība no gaismas frekvences (viļņa garuma). Kad mainās gaismas ātrums, atkarībā no frekvences (viļņa garuma), mainās laušanas koeficients. Izkliedēšanas rezultātā balta gaisma, kas sastāv no daudziem dažādu frekvenču viļņiem, izejot cauri caurspīdīgai trīsstūrveida prizmai, sadalās un veidojas nepārtraukts (nepārtraukts) spektrs. Šī spektra izpēte noveda I. Ņūtonu (1672) pie gaismas izkliedes atklāšanas. Vielām, kas ir caurspīdīgas noteiktā spektra reģionā, refrakcijas indekss palielinās, palielinoties frekvencei (samazinās viļņa garums), kas atbilst krāsu sadalījumam spektrā. Visaugstākais refrakcijas indekss ir violetai gaismai (=0,38 µm), zemākais sarkanajai gaismai (=0,76 µm). Līdzīga parādība dabā novērojama pavairošanas laikā saules gaisma atmosfērā un tā laušana ūdens (vasarā) un ledus (ziemā) daļiņās. Tādējādi tiek izveidots varavīksnes vai saules halo.

Doplera efekts. Doplera efekts ir novērotāja (uztvērēja) uztvertās frekvences vai viļņa garuma izmaiņas viļņa avota un novērotāja kustības dēļ vienam pret otru. Viļņu ātrums u nosaka vides īpašības un nemainās, avotam vai novērotājam kustoties. Ja novērotājs vai viļņu avots pārvietojas ar ātrumu attiecībā pret vidi, tad frekvence v saņemtie viļņi kļūst atšķirīgi. Šajā gadījumā, kā konstatējis K. Doplers (1803 - 1853), novērotājam tuvojoties avotam, viļņu biežums palielinās, un, noņemot, tas samazinās. Tas atbilst viļņa garuma samazinājumam λ avotam un novērotājam tuvojoties viens otram un palielinoties λ kad tie tiek savstarpēji noņemti. Skaņas viļņiem Doplera efekts izpaužas kā skaņas augstuma paaugstināšanās, kad skaņas avots un novērotājs tuvojas viens otram (1. sek novērotājs uztver vairāk viļņi), un attiecīgi skaņas toņa samazināšanās, kad tie tiek noņemti. Doplera efekts izraisa arī "sarkano nobīdi", kā aprakstīts iepriekš. - frekvences samazināšana elektromagnētiskā radiācija no kustīga avota. Šāds nosaukums radies tādēļ, ka redzamajā spektra daļā Doplera efekta rezultātā līnijas tiek nobīdītas uz sarkano galu; "Sarkanā nobīde" tiek novērota arī jebkuru citu frekvenču starojumā, piemēram, radio diapazonā. Pretēju efektu, kas saistīts ar pieaugošām frekvencēm, sauc par zilo (vai violeto) nobīdi. Astrofizikā tiek aplūkotas divas "sarkanās nobīdes" - kosmoloģiskā un gravitācijas. Kosmoloģiskā (metagalaktiskā) attiecas uz "sarkano nobīdi", kas novērota visiem attāliem avotiem (galaktikām, kvazāriem) - starojuma frekvenču samazināšanos, kas norāda uz šo avotu atdalīšanu viens no otra un jo īpaši no mūsu Galaktikas, t.i., nestacionaritāti. (paplašināšana) Metagalaktikas. "Sarkano nobīdi" galaktikām atklāja amerikāņu astronoms V. Slifers 1912.–1914. gadā; 1929. gadā E. Habls atklāja, ka tālām galaktikām tas ir lielāks nekā tuvējām galaktikām un palielinās aptuveni proporcionāli attālumam. Tas ļāva atklāt galaktiku savstarpējās noņemšanas (atkāpšanās) likumu. Habla likums šajā gadījumā ir rakstīts formā

u = HR; (3.14)

(u ir galaktikas atkāpšanās ātrums, r- attālums līdz tam, H - Habla konstante). Nosakot galaktikas noņemšanas ātrumu pēc "sarkanās nobīdes" lieluma, varat aprēķināt attālumu līdz tai. Lai noteiktu attālumus līdz ārpusgalaktiskiem objektiem, izmantojot šo formulu, jums jāzina Habla konstantes skaitliskā vērtība N.Šīs konstantes zināšanas ir ļoti svarīgas arī kosmoloģijai: ar to ir saistīta Visuma "vecuma" definīcija. 70. gadu sākumā Habla konstante tika uzskatīta par tādu H =(3 – 5)*10 -18 s -1 , abpusēja T = 1/H = 18 miljardi gadu. Gravitācijas "sarkanā nobīde" ir laika tempa palēnināšanās sekas un rodas gravitācijas lauka dēļ (efekts vispārējā teorija relativitāte). Šo parādību sauc arī par Einšteina efektu vai vispārināto Doplera efektu. Tas ir novērots kopš 1919. gada, vispirms Saules starojumā, bet pēc tam dažās citās zvaigznēs. Dažos gadījumos (piemēram, gravitācijas sabrukuma laikā) ir jāievēro abu veidu "sarkanā nobīde".

Bērnībā var vērot patīkamu ainu: kluss ūdens virsmas plašums upē. Un atliek tikai iemest mazu akmentiņu - šī bilde uzreiz mainās. Apkārt vietai, kur akmens atsitās pret ūdeni, viļņi skrien riņķos. Visi lasīja stāstus par jūras braucieniem, par jūras viļņu milzīgo spēku, viegli šūpošanos lieli kuģi. Taču, novērojot šīs parādības, ne visi zina, ka ūdens šļakatas skaņa viļņveidīgi sasniedz mūsu ausi gaisā, ko elpojam, ka gaisma, ar kuru mēs vizuāli uztveram apkārtni, ir arī viļņu kustība. Ūdens viļņus, gaismas un skaņas viļņus var apvienot kopā. Šie visi ir viļņu kustības piemēri. Bet viļņiem ir atšķirīgs izskats. Kas ir vilnis fizikā? Vilnis ir svārstības, kas laika gaitā izplatās telpā. Viļņu galvenā īpašība ir tāda, ka vilnis izplatās bez vielas pārneses. Piemēram, ja uz ūdens virsmas atrodas neliela koka lapa. Iemetīsim akmeni ūdenī. No akmens visos virzienos, kā minēts iepriekš, viļņi sāks izplatīties. Tajā pašā laikā, sasnieguši lapu, viņi nepiespiedīs to virzīties uz vilni. Lapa paliks savā vietā, bet tajā pašā laikā tā veiks svārstīgas kustības uz augšu un uz leju. Tas ir, mainīsies tikai ūdens forma, un straumes nebūs. Viena no svarīgākajām ūdens īpašībām ir tā izplatīšanās ātrums. Jebkura viļņa izplatīšanās ātrums vienmēr ir ierobežots. Viļņu ātrums uz ūdens virsmas ir salīdzinoši neliels, tāpēc tos ir ļoti viegli novērot.
Ir arī viegli novērot viļņus, kas izplatās pa gumijas auklu. Ja viens auklas gals ir fiksēts un, nedaudz pavelkot auklu ar roku, ievediet otru galu svārstīgā kustībā, tad pa auklu skries vilnis. Jo lielāks būs viļņa ātrums, jo stiprāk velk auklu. Vilnis sasniegs punktu, kur vads ir fiksēts, tiks atspoguļots un skries atpakaļ. Šajā eksperimentā, vilnim izplatoties, mainās auklas forma. Katra auklas daļa svārstās ap savu nemainīgo līdzsvara stāvokli. Pievērsīsim uzmanību tam, ka, vilnim izplatoties pa auklu, svārstības notiek virzienā, kas ir perpendikulārs viļņu izplatīšanās virzienam. Šādus viļņus sauc par šķērsvirzieniem.
Šajā gadījumā šādos viļņos notiek elastīga deformācija, ko sauc par bīdes deformāciju. Atsevišķi matērijas slāņi ir nobīdīti viens pret otru. Kad bīdes deformācija notiek cietā vielā, elastīgie spēki mēdz atgriezt ķermeni tā sākotnējā stāvoklī. Tie ir elastīgie spēki, kas izraisa vides daļiņu svārstības. Bet barotnes daļiņu svārstības var notikt arī viļņu izplatīšanās virzienā. Šādu vilni sauc par garenvirzienu. Garenisko vilni ir ērti novērot uz garas mīkstas liela diametra atsperes. Sasitot ar plaukstu vienu no atsperes galiem, var redzēt, kā pa atsperi iet kompresija (elastīgais impulss). Ar virkni secīgu triecienu palīdzību pavasarī ir iespējams uzbudināt vilni, kas ir secīga atsperes saspiešana un pagarināšana, skrienot vienu pēc otras.
Saspiešanas deformācija notiek gareniskā viļņā. Elastīgie spēki, kas saistīti ar šo deformāciju, rodas kā cietvielas kā arī šķidrumos un gāzēs.
Akustiskie viļņi var kalpot kā garenviļņu piemēri, t.i. tās, kuras uztver cilvēka auss. Kad mehāniskais vilnis izplatās, kustība tiek pārnesta no vienas vides daļiņas uz otru. Kustības pārnešana ir saistīta ar enerģijas pārnesi. Visu viļņu galvenā īpašība neatkarīgi no to rakstura ir enerģijas pārnešana bez matērijas pārneses. Enerģija nāk no avota, kas ierosina vibrācijas auklas, stīgas u.c. sākumā, un izplatās kopā ar vilni. Enerģija tiek pārraidīta caur jebkuru šķērsgriezumu, piemēram, vadu. Šo enerģiju veido kinētiskā enerģija vides daļiņu kustība un potenciālā enerģija to elastīgā deformācija. Daļiņu svārstību amplitūdas pakāpeniska samazināšanās viļņu izplatīšanās laikā ir saistīta ar daļas mehāniskās enerģijas pārvēršanu iekšējā enerģijā.
Kā izplatās mehāniskie viļņi? Sekosim līdzi atsevišķu matērijas daļiņu kustībai viļņu kustības laikā. Vispirms apskatīsim šķērsviļņu, kas izplatās, piemēram, pa gumijas auklu. Katrai auklas daļai ir masa un elastība. Kad aukla ir deformēta, jebkurā no tās sekcijām parādās elastīgi spēki. Šie spēki mēdz atgriezt vadu tā sākotnējā stāvoklī. Inerces ietekmē svārstību auklas posms neapstājas līdzsvara stāvoklī, bet iet tai garām, turpinot kustību, līdz elastīgie spēki aptur šo posmu maksimālās novirzes brīdī no līdzsvara stāvokļa. Auklas vietā ņemsim identisku metāla lodīšu ķēdi, kas piekārta uz vītnēm. Bumbiņas ir savstarpēji savienotas ar atsperēm (Zīm.). Atsperu masa ir daudz mazāka nekā lodīšu masa. Šajā modelī ir atdalītas inertās (masas) un elastīgās īpašības: masa ir koncentrēta galvenokārt lodītēs, bet elastība ir koncentrēta atsperēs. Šis sadalījums nav būtisks, apsverot viļņu kustību. Ja galējā kreisā lodīte tiek novirzīta horizontālā plaknē, kas ir perpendikulāra lodīšu ķēdei, tad atspere tiek deformēta un uz 2. lodi sāk darboties spēks, liekot tai novirzīties tajā pašā virzienā kā 1. lodītei. Inerces dēļ 2. bumbiņas kustība nesaskanēs ar 1. bumbiņu. Tā kustība, atkārtojot 1. bumbas kustību, tiks aizkavēta laikā. Ja 1. bumbiņa ir spiesta svārstīties ar periodu T (tikai ar roku vai ar kāda mehānisma palīdzību), tad arī 2. bumba sāks svārstīties pēc 1., bet ar zināmu fāzes nobīdi. Arī trešā bumbiņa 2. lodītes kustības radītā elastīgā spēka ietekmē sāks svārstīties, vēl vairāk atpaliekot fāzē utt. Visbeidzot, visas lodītes sāks veikt piespiedu svārstības ar lodītes kustību. vienāda frekvence, bet ar dažādām fāzēm. Šajā gadījumā gar bumbiņu ķēdi virzīsies šķērsvilnis. Attēlā a, b, c, d, e, f parādīts viļņu izplatīšanās process. Bumbiņu pozīcijas tiek parādītas secīgos laika momentos, attālināti viena no otras ar ceturtdaļu no svārstību perioda (skats no augšas). Bumbiņu bultiņas ir to kustības ātruma vektori attiecīgajos laika momentos. Elastīga ķermeņa modelī ar atsperēm savienotu masīvu lodīšu ķēdes formā (a att.) var novērot garenviļņu izplatīšanās procesu. Bumbiņas ir piekārtas tā, lai tās varētu svārstīties tikai gar ķēdi. Ja 1. bumbiņa tiek nogādāta svārstību kustībā ar periodu T, tad gar ķēdi virzīsies gareniskais vilnis, kas sastāv no mainīgiem lodīšu blīvējumiem un retināšanas (att. b). Šis skaitlis atbilst e attēlam bīdes viļņu izplatīšanās gadījumā.

>> Viļņu parādības

42.§ VIĻŅU PARĀDĪBAS

Katrs no mums ir novērojis, kā no dīķa vai ezera rāmā virsmā izmesta akmens riņķos izkliedējas viļņi (6.1. att.). Daudzi vēroja, kā jūras viļņi triecas krastā. Visi lasīja stāstus par jūras braucieniem, par jūras viļņu milzīgo spēku, viegli šūpojot lielus kuģus. Taču, novērojot šīs parādības, ne visi zina, ka ūdens šļakatas skaņa viļņveidīgi sasniedz mūsu ausi gaisā, ko elpojam, ka gaisma, ar kuru mēs vizuāli uztveram apkārtni, ir arī viļņu kustība.

Viļņu procesi dabā ir ārkārtīgi plaši izplatīti. Ir dažādi fiziski cēloņi, kas izraisa viļņu kustības. Bet, tāpat kā svārstības, visu veidu viļņus kvantitatīvi apraksta tie paši vai gandrīz vienādi likumi. Daudzi grūti saprotami jautājumi kļūst skaidrāki, salīdzinot dažādas viļņu parādības.

Ko sauc par vilni? Kāpēc rodas viļņi? Jebkura ķermeņa atsevišķas daļiņas - cietas, šķidras vai gāzveida - mijiedarbojas viena ar otru. Tāpēc, ja kāda ķermeņa daļiņa sāk veikt svārstīgas kustības, tad daļiņu mijiedarbības rezultātā šī kustība ar noteiktu ātrumu sāk izplatīties visos virzienos.

Vilnis ir svārstības, kas laika gaitā izplatās telpā.

Gaisā, cietās vielās un iekšējos šķidrumos elastīgo spēku iedarbības dēļ rodas mehāniski viļņi. Šie spēki veic savienojumu starp atsevišķām ķermeņa daļām. Viļņu veidošanos uz ūdens virsmas izraisa gravitācija un virsmas spraigums.

Viļņu kustības galvenās iezīmes visskaidrāk var redzēt, ja ņemam vērā viļņus uz ūdens virsmas. Tie var būt, piemēram, viļņi, kas ir noapaļotas vārpstas, kas virzās uz priekšu. Attālumi starp vārpstām jeb izciļņiem ir aptuveni vienādi. Taču, ja uz ūdens virsmas, pa kuru iet vilnis, atrodas viegls objekts, piemēram, koka lapa, tad vilnis to nenesīs uz priekšu, bet gan sāks svārstīties uz augšu un uz leju, paliekot gandrīz vienā vietā.

Kad vilnis ir ierosināts, notiek svārstību izplatīšanās process, bet ne vielas pārnese. Ūdens vibrācijas, kas radušās kādā vietā, piemēram, no iemesta akmens, tiek pārnestas uz blakus teritorijām un pamazām izplatās visos virzienos, iesaistot svārstīgās kustībās arvien vairāk vides daļiņu. Ūdens plūsma nerodas, pārvietojas tikai tās virsmas lokālās formas.

Viļņu ātrums. Vissvarīgākā īpašība vilnis ir tā izplatīšanās ātrums. Jebkāda veida viļņi kosmosā neizplatās uzreiz. Viņu ātrums ir ierobežots. Var iedomāties, piemēram, kaija pārlido jūru un tā, ka tā vienmēr atrodas virs vienas un tās pašas viļņa virsotnes. Viļņa ātrums šajā gadījumā ir vienāds ar kaijas ātrumu. Viļņi uz ūdens virsmas ir ērti novērojami, jo to izplatīšanās ātrums ir salīdzinoši zems.

Šķērsvirziena un garenviļņi. Ir arī viegli novērot viļņus, kas izplatās pa gumijas auklu. Ja viens auklas gals ir fiksēts un, nedaudz pavelkot auklu ar roku, ieved tā otru galu svārstīgā kustībā, tad pa auklu skries vilnis (6.2. att.).

Jo lielāks būs viļņa ātrums, jo stiprāk velk auklu. Vilnis sasniegs punktu, kur vads ir fiksēts, tiks atspoguļots un skries atpakaļ. Šajā eksperimentā, vilnim izplatoties, mainās auklas forma. Katra auklas daļa svārstās ap savu nemainīgo līdzsvara stāvokli.

Pievērsīsim uzmanību tam, ka, vilnim izplatoties pa auklu, svārstības notiek virzienā, kas ir perpendikulārs viļņu izplatīšanās virzienam. Tādus viļņus sauc par šķērsvirzieniem (6.3. att.). Šķērsviļņā atsevišķu vides sekciju nobīdes notiek virzienā, kas ir perpendikulārs viļņu izplatīšanās virzienam. Šajā gadījumā notiek elastīga deformācija, ko sauc par bīdes deformāciju. Atsevišķi matērijas slāņi ir nobīdīti viens pret otru. Kad bīdes deformācija notiek cietā vielā, elastīgie spēki mēdz atgriezt ķermeni tā sākotnējā stāvoklī. Tieši elastīgie spēki izraisa vides daļiņu svārstības 1 .

Slāņu nobīde viena pret otru gāzēs un šķidrumos neizraisa elastības spēku parādīšanos. Tāpēc šķērsviļņi nevar pastāvēt gāzēs un šķidrumos. Šķērsviļņi rodas cietās vielās.

Bet barotnes daļiņu svārstības var notikt arī viļņu izplatīšanās virzienā (6.4. att.). Šādu vilni sauc par garenisko. Garenisko vilni ir ērti novērot uz garas mīkstas liela diametra atsperes. Sasitot ar plaukstu vienu no atsperes galiem (6.5. att., a), var redzēt, kā pa atsperi iet kompresija (elastīgais impulss). Ar virkni secīgu triecienu palīdzību ir iespējams ierosināt vilni pavasarī, kas ir secīga atsperes saspiešana un pagarināšana, skrienot viens pēc otra (6.5. att., b).

Tātad garenvirziena vilnī notiek spiedes deformācija. Elastīgie spēki, kas saistīti ar šo deformāciju, rodas gan cietās vielās, gan šķidrumos un gāzēs.

1 Kad mēs runājam par vides daļiņu svārstībām, mēs domājam nelielu barotnes tilpumu svārstības, nevis molekulu svārstības.

Šie spēki izraisa atsevišķu barotnes sekciju svārstības. Tāpēc gareniskie viļņi var izplatīties visās elastīgajās vidēs. Cietās vielās garenvirziena viļņu ātrums ir lielāks par šķērsviļņu ātrumu.

Tas tiek ņemts vērā, nosakot attālumu no zemestrīces avota līdz seismiskajai stacijai. Pirmkārt, stacijā tiek reģistrēts gareniskais vilnis, jo tā ātrums zemes garozā ir lielāks nekā šķērsviļņam. Pēc kāda laika tiek reģistrēts šķērsvilnis, kas tiek ierosināts zemestrīces laikā vienlaikus ar garenisko. Zinot garenvirziena un šķērsviļņu ātrumus zemes garozā un šķērsviļņa aizkaves laiku, iespējams noteikt attālumu līdz zemestrīces avotam.

Viļņu enerģija. Kad mehāniskais vilnis izplatās, kustība tiek pārnesta no vienas vides daļiņas uz otru. Ar kustības pārnešanu saistīta enerģijas pārnešana. Visu viļņu galvenā īpašība neatkarīgi no to rakstura ir enerģijas pārnešana, nenododot veselumu. Enerģija nāk no avota, kas ierosina vibrācijas auklas, stīgas u.c. sākumā, un izplatās kopā ar vilni. Enerģija tiek pārraidīta caur jebkuru šķērsgriezumu, piemēram, vadu. Šo enerģiju veido vides daļiņu kustības kinētiskā enerģija un to elastīgās deformācijas potenciālā enerģija. Daļiņu svārstību amplitūdas pakāpeniska samazināšanās viļņu izplatīšanās laikā ir saistīta ar daļas mehāniskās enerģijas pārvēršanu iekšējā enerģijā.

Vilnis ir svārstības, kas laika gaitā izplatās telpā. Viļņu ātrums ir ierobežots. Vilnis pārnes enerģiju, bet nepārvieto nesēja vielu.

1. Kurus viļņus sauc par šķērsvirziena un kuri garenvirziena viļņiem!
2. Vai ūdenī var izplatīties šķērsvilnis!

Myakishev G. Ya., fizika. 11. klase: mācību grāmata. vispārējai izglītībai institūcijas: pamata un profils. līmeņi / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; ed. V. I. Nikolajevs, N. A. Parfenteva. - 17. izdevums, pārskatīts. un papildu - M.: Izglītība, 2008. - 399 lpp.: ill.

Plānošanas fizika, materiāli par fiziku, 11. klase lejupielādēt, mācību grāmatas tiešsaistē

Šīs parādības ir raksturīgas jebkura rakstura viļņiem. Turklāt traucējumu, difrakcijas un polarizācijas parādības ir raksturīgas tikai viļņu procesiem, un tās var izskaidrot, tikai pamatojoties uz viļņu teoriju.

Atspīdums un refrakcija. Viļņu izplatību ģeometriski apraksta, izmantojot starus. Viendabīgā vidē ( n= const) stari ir taisni. Tajā pašā laikā mediju saskarnē mainās to virzieni. Šajā gadījumā veidojas divi viļņi: atstarots, kas izplatās pirmajā vidē ar tādu pašu ātrumu, un lauzts, kas izplatās otrajā vidē ar atšķirīgu ātrumu atkarībā no šīs vides īpašībām. Atstarošanas fenomens ir zināms gan skaņas (atbalss), gan gaismas viļņiem. Gaismas atstarošanas dēļ spogulī veidojas iedomāts attēls. Gaismas laušana ir daudzu interesantu atmosfēras parādību pamatā. To plaši izmanto dažādās optiskās ierīcēs: lēcās, prizmās, optiskajās šķiedrās. Šīs ierīces ir dažādu mērķu ierīču elementi: kameras, mikroskopi un teleskopi, periskopi, projektori, optiskās sakaru sistēmas utt.

Traucējumi viļņi - enerģijas pārdales parādība, kad tiek uzklāti divi (vai vairāki) koherenti (saskaņoti) viļņi, ko papildina interferences modelis, kurā parādās mainīgi iegūtā viļņa intensitātes (amplitūdas) maksimumi un minimumi. Viļņus sauc par koherentiem, kuriem fāzu starpība pievienošanas punktā paliek nemainīga laikā, bet var mainīties no punkta uz punktu un telpā. Ja viļņi saskaras ar ʼʼfāzēʼʼ, ᴛ.ᴇ. vienlaikus sasniedz maksimālo novirzi vienā virzienā, tad tie pastiprina viens otru, un, ja tie saskaras ar ʼʼpretfāzēʼʼ, ᴛ.ᴇ. vienlaikus panākt pretējas novirzes, pēc tam vājināt viens otru. Divu viļņu svārstību koordinācija (koherence) divu viļņu gadījumā iespējama tikai tad, ja tiem ir kopīga izcelsme, kas ir radies procesu īpatnību dēļ. Izņēmums ir lāzeri, kuru starojumu raksturo augsta koherenitāte. Šī iemesla dēļ, lai novērotu traucējumus, gaisma, kas nāk no viena avota, tiek sadalīta divās viļņu grupās, vai nu iet cauri diviem caurumiem (spravām) necaurspīdīgā ekrānā, vai atstarošanas un refrakcijas dēļ saskarnē plānās plēvēs. Interferences modelis no monohromatiska avota ( λ=konst) uz ekrāna stariem, kas iet cauri divām šaurām cieši izvietotām spraugām, ir pārmaiņus spilgtas un tumšas svītras (Jung eksperiments, 1801 ᴦ.). Spilgtas svītras - intensitātes maksimumi tiek novēroti tajos ekrāna punktos, kuros viļņi no diviem spraugām sastopas ʼʼin fāzēʼʼ, t.i., to fāzu starpība

, m = 0,1,2,…,(3.10)

Tas atbilst staru ceļa atšķirībai, kas ir vesela viļņu garuma skaitļa reizinājums λ

, m = 0,1,2,…,(3.11)

Tumšas svītras (savstarpēja atmaksa), ᴛ.ᴇ. intensitātes minimumi rodas tajos ekrāna punktos, kur viļņi saskaras ʼʼpretfāzēʼʼ, t.i., to fāzu starpība ir

, m = 0,1,2,…,(3.12)

Tas atbilst staru ceļa atšķirībai, kas ir nepāra pusviļņu skaita reizinājums

, m = 0,1,2,….(3.13)

Traucējumi tiek novēroti dažādiem viļņiem. Baltās gaismas traucējumi, tostarp visi redzamie gaismas viļņi viļņu garuma diapazonā mikroni var parādīties kā zaigojošs krāsojums plānām benzīna kārtiņām uz ūdens virsmas, ziepju burbuļiem, oksīda plēvēm uz metālu virsmas. Interferences maksimuma nosacījumi dažādos filmas punktos ir apmierināti dažādiem viļņiem ar dažādu viļņu garumu, kas noved pie dažādu krāsu viļņu pastiprināšanas. Interferences apstākļus nosaka viļņa garums, kas redzamajai gaismai ir mikrona daļa (1 μm = 10 -6 m), šajā ziņā šī parādība ir dažādu precīzas (ʼʼultrapreciseʼʼ) pētījumu, kontroles un mērīšanas metožu pamatā. Interferences izmantošanas pamatā ir interferometru, traucējumu spektroskopu, kā arī hologrāfijas metodes izmantošana. Gaismas traucējumus izmanto, lai izmērītu starojuma viļņa garumu, pētītu spektrālo līniju smalko struktūru, noteiktu vielu blīvumu, refrakcijas koeficientus un plānu pārklājumu biezumu.

Difrakcija- parādību kopums, kas notiek viļņa izplatīšanās laikā vidē ar izteiktu īpašību neviendabīgumu. To novēro, kad viļņi iziet cauri caurumam ekrānā, netālu no necaurspīdīgu objektu robežām utt. Difrakcijas rezultātā vilnis apvij šķērsli, kura izmēri ir samērīgi ar viļņa garumu. Ja šķēršļa izmērs ir daudz lielāks par viļņa garumu, tad difrakcija izpaužas vāji. Uz makroskopiskiem šķēršļiem tiek novērota skaņas difrakcija, seismiski viļņi, radioviļņi, kuriem 1 cm km. Ir vērts teikt, ka, lai novērotu gaismas difrakciju, šķēršļiem jābūt ievērojami mazākiem. Skaņas viļņu difrakcija izskaidro spēju sadzirdēt cilvēka balsi, kas atrodas aiz mājas stūra. Radioviļņu difrakcija ap Zemes virsmu izskaidro radiosignālu uztveršanu garu un vidēju radioviļņu diapazonā, kas atrodas tālu aiz izstarojošās antenas redzamības līnijas.

Viļņu difrakciju pavada to traucējumi, kas noved pie difrakcijas modeļa veidošanās, mainot intensitātes maksimumus un minimumus. Gaismai izejot cauri difrakcijas režģim, kas ir pārmaiņus paralēlu caurspīdīgu un necaurspīdīgu joslu kopums (līdz 1000 uz 1 mm), ekrānā parādās difrakcijas raksts, kura maksimumu pozīcija ir atkarīga no starojuma viļņa garuma. Tas ļauj izmantot difrakcijas režģi, lai analizētu starojuma spektrālo sastāvu. Kristāliskas vielas struktūra ir līdzīga trīsdimensiju difrakcijas režģim. Difrakcijas modeļa novērošana, pārejot rentgena stariem, elektronu vai neironu staru kūlim cauri kristāliem, kuros vielas daļiņas (atomi, joni, molekulas) ir sakārtotas, ļauj izpētīt to īpašības. struktūra. Raksturīgā vērtība starpatomu attālumiem ir d ~ 10 -10 m, kas atbilst izmantotā starojuma viļņu garumiem un padara tos par neaizstājamiem kristālogrāfiskai analīzei.

Gaismas difrakcija nosaka optisko instrumentu (teleskopu, mikroskopu utt.) izšķirtspējas robežu. Ir atļauta izšķirtspēja - minimālais attālums starp diviem objektiem, pie kuriem tie ir redzami atsevišķi, nesaplūst. Difrakcijas dēļ punktveida avota (piemēram, zvaigznes teleskopā) attēls izskatās kā aplis, tāpēc tuvu esošie objekti netiek atrisināti. Izšķirtspēja ir atkarīga no vairākiem parametriem, tostarp no viļņa garuma: jo īsāks viļņa garums, jo labāka izšķirtspēja. Šī iemesla dēļ optiskā mikroskopā novērotā objekta izmēru ierobežo gaismas viļņa garums (apmēram 0,5 µm).

Interferences un gaismas difrakcijas fenomens ir hologrāfijas attēlu ierakstīšanas un reproducēšanas principa pamatā. 1948. gadā D. Gabora (1900 - 1979) piedāvātā metode fiksē traucējumu modeli, kas iegūts, apgaismojot objektu un fotoplāksni ar koherentiem stariem. Rezultātā iegūtā hologramma ir mainīgi gaiši un tumši plankumi, kas neatgādina objektu, tomēr gaismas viļņu hologrammas difrakcija, kas ir identiska tās ierakstīšanas laikā izmantotajiem, ļauj atjaunot reālā objekta izkliedēto vilni un iegūt tā trīs- dimensiju attēls.

Polarizācija- parādība, kas raksturīga tikai šķērsviļņiem. Gaismas viļņu (tāpat kā jebkuru citu elektromagnētisko viļņu) šķērsvirziens izpaužas ar to, ka tajos svārstošo elektrisko () un magnētiskās indukcijas () lauku vektori ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam. Tajā pašā laikā šie vektori ir savstarpēji perpendikulāri, tāpēc, lai pilnībā aprakstītu gaismas polarizācijas stāvokli, ir jāzina tikai viena no tiem. Gaismas iedarbību uz ierakstīšanas ierīcēm nosaka elektriskā lauka intensitātes vektors, ko sauc par gaismas vektoru.

Dabiskā starojuma avota izstarotie gaismas viļņi ᴛ.ᴇ. neatkarīgu atomu kopa, nav polarizēti, jo gaismas vektora () svārstību virziens dabiskajā starā mainīsies nepārtraukti un nejauši, paliekot perpendikulāri viļņa ātruma vektoram.

Gaismu, kurā gaismas vektora virziens paliek nemainīgs, parasti sauc par lineāri polarizētu. Polarizācija ir vektoru svārstību secība. Piemērs ir harmoniskais vilnis. Gaismas polarizēšanai tiek izmantotas ierīces, ko sauc par polarizatoriem, kuru darbība balstās uz gaismas atstarošanas un laušanas procesu iezīmēm, kā arī uz vielas optisko īpašību anizotropiju kristāliskā stāvoklī. Gaismas vektors starā, kas iet cauri polarizatoram, svārstās plaknē, ko sauc par polarizatora plakni. Kad polarizētā gaisma iziet cauri otrajam polarizatoram, izrādās, ka pārraidītā stara intensitāte mainās līdz ar polarizatora rotāciju. Gaisma iet caur ierīci bez absorbcijas, ja tās polarizācija sakrīt ar otrā polarizatora plakni un tiek pilnībā bloķēta, kad kristāls tiek pagriezts par 90 grādiem, kad polarizētās gaismas svārstību plakne ir perpendikulāra otrā polarizatora plaknei. polarizators.

Gaismas polarizācija ir atradusi plašu pielietojumu dažādās zinātniskās pētniecības un tehnoloģiju nozarēs. to izmanto mikroskopiskajos pētījumos, skaņu ierakstīšanā, optiskajā lokācijā, ātrgaitas filmēšanā un fotogrāfijā, pārtikas rūpniecībā (saharimetrija) u.c.

Izkliede- viļņu izplatīšanās ātruma atkarība no to frekvences (viļņa garuma). Kad elektromagnētiskie viļņi izplatās vidē, rodas -

Izkliedi nosaka vides fizikālās īpašības, kurā viļņi izplatās. Piemēram, vakuumā elektromagnētiskie viļņi izplatās bez izkliedes, savukārt reālā vidē, pat tādā retinātā vidē kā Zemes jonosfēra, rodas izkliede. Skaņas un ultraskaņas viļņi arī nosaka izkliedi. Kad tie izplatās vidē, dažādu frekvenču harmoniskie viļņi, kuros signāls jāsadala, izplatās dažādos ātrumos, kas izraisa signāla formas izkropļojumus. Gaismas izkliede - vielas refrakcijas indeksa atkarība no gaismas frekvences (viļņa garuma). Kad gaismas ātrums mainās atkarībā no frekvences (viļņa garuma), mainās refrakcijas koeficients. Izkliedes rezultātā baltā gaisma, kas sastāv no daudziem dažādu frekvenču viļņiem, sadalās, izejot cauri caurspīdīgai trīsstūrveida prizmai un veido nepārtrauktu (nepārtrauktu) spektru.
Izmitināts vietnē ref.rf
Šī spektra izpēte noveda I. Ņūtonu (1672) pie gaismas izkliedes atklāšanas. Vielām, kas ir caurspīdīgas noteiktā spektra reģionā, refrakcijas indekss palielinās, palielinoties frekvencei (samazinās viļņa garums), kas atbilst krāsu sadalījumam spektrā. Visaugstākais refrakcijas indekss ir violetai gaismai (=0,38 µm), zemākais sarkanajai gaismai (=0,76 µm). Līdzīga parādība dabā ir novērojama saules gaismas izplatīšanās laikā atmosfērā un tās laušanas laikā ūdens (vasarā) un ledus (ziemā) daļiņās. Tādējādi tiek izveidots varavīksnes vai saules halo.

Doplera efekts. Doplera efekts ir novērotāja (uztvērēja) uztvertās frekvences vai viļņa garuma izmaiņas viļņa avota un novērotāja kustības dēļ vienam pret otru. Viļņu ātrums u nosaka vides īpašības un nemainās, avotam vai novērotājam kustoties. Ja novērotājs vai viļņu avots pārvietojas ar ātrumu attiecībā pret vidi, tad frekvence v saņemtie viļņi kļūst atšķirīgi. Šajā gadījumā, kā konstatējis K. Doplers (1803 - 1853), novērotājam tuvojoties avotam, viļņu biežums palielinās, un, noņemot, tas samazinās. Tas atbilst viļņa garuma samazinājumam λ avotam un novērotājam tuvojoties viens otram un palielinoties λ kad tie tiek savstarpēji noņemti. Skaņas viļņiem Doplera efekts izpaužas kā skaņas augstuma paaugstināšanās, kad skaņas avots un novērotājs tuvojas viens otram (1. sek novērotājs uztver lielāku viļņu skaitu), un attiecīgi skaņas toņa pazemināšanā, kad tie tiek noņemti. Doplera efekts arī izraisa ʼʼsarkano nobīdiʼʼ, kā aprakstīts iepriekš. - elektromagnētiskā starojuma frekvences pazemināšana no kustīga avota. Šāds nosaukums radies tādēļ, ka redzamajā spektra daļā Doplera efekta rezultātā līnijas tiek nobīdītas uz sarkano galu; ʼʼsarkanā nobīdeʼʼ tiek novērota arī jebkuru citu frekvenču starojumā, piemēram, radio diapazonā. Pretēju efektu, kas saistīts ar frekvenču palielināšanos, parasti sauc par zilo (vai violeto) nobīdi. Astrofizikā tiek aplūkotas divas ʼʼsarkanās nobīdesʼʼ - kosmoloģiskās un gravitācijas. Kosmoloģisko (metagalaktisko) sauc par ʼʼsarkano nobīdiʼʼ, kas tiek novērota visiem attāliem avotiem (galaktikām, kvazāriem) - starojuma frekvenču samazināšanās, kas norāda uz šo avotu noņemšanu viens no otra un jo īpaši no mūsu Galaktikas, t.i., par nestacionaritāti (izplešanos). ) Metagalaktikas. ʼʼSarkano nobīdiʼʼ galaktikām atklāja amerikāņu astronoms V. Slifers 1912.–1914. gadā; 1929. gadā E. Habls atklāja, ka tālām galaktikām tas ir lielāks nekā tuvējām galaktikām un palielinās aptuveni proporcionāli attālumam. Tas ļāva atklāt galaktiku savstarpējās noņemšanas (atkāpšanās) likumu. Habla likums šajā gadījumā ir rakstīts formā

u = HR; (3.14)

(u ir galaktikas atkāpšanās ātrums, r- attālums līdz tam, H - Habla konstante). Nosakot galaktikas noņemšanas ātrumu pēc ʼʼʼʼʼʼʼ vērtības, varat aprēķināt attālumu līdz tai. Lai noteiktu attālumus līdz ārpusgalaktiskiem objektiem, izmantojot šo formulu, jums jāzina Habla konstantes skaitliskā vērtība N.Šīs konstantes zināšanas ir ļoti svarīgas arī kosmoloģijai: ar to ir saistīta Visuma "vecuma" definīcija. 70. gadu sākumā Habla konstante tika uzskatīta par tādu H =(3 – 5)*10 -18 s -1 , abpusēja T = 1/H = 18 miljardi gadu. Gravitācijas ʼʼsarkanā nobīdeʼʼ ir laika tempa palēnināšanās sekas, un to izraisa gravitācijas lauks (vispārējās relativitātes teorijas efekts). Šo parādību sauc arī par Einšteina efektu vai vispārināto Doplera efektu. Tas ir novērots kopš 1919. gada, vispirms Saules starojumā, bet pēc tam dažās citās zvaigznēs. Vairākos gadījumos (piemēram, gravitācijas sabrukuma laikā) ir jāievēro abu veidu "sarkanā nobīde".

Viļņu fiziskā būtībaMehāniskā
elastīgs
Uz virsmas
šķidrumi
elektromagnētiskais
gaisma
rentgens
Skaņa
radio viļņi
seismisks

Mehāniskais vilnis ir vielas daļiņu svārstības, kas izplatās telpā.

Vides punktus, kuros izplatās viļņi, kas svārstās vienā fāzē, sauc par viļņu virsmām.

Mehāniskā viļņa rašanās nepieciešami divi nosacījumi:

Salīdzinot viļņu izplatīšanās virzienu un vides punktu svārstību virzienu, var atšķirt garenvirziena un šķērsviļņus.

Viļņus, kuros ierosinātās vides punktu svārstību virziens ir paralēls viļņu izplatīšanās virzienam, sauc par garenvirzieniem.

Viļņus, kuros ierosinātās vides punktu svārstību virziens ir perpendikulārs viļņu izplatīšanās virzienam, sauc par šķērsvirzieniem.

Viļņi uz šķidruma virsmas nav ne gareniski, ne šķērsvirzienā. Tādējādi vilnis uz šķidruma virsmas ir

Apļveida viļņi uz šķidruma virsmas

Mehānisko viļņu īpašības

Ja vilnis pāriet no vienas vides uz citu, krītot uz saskarnes starp diviem nesējiem kādā leņķī, kas nav nulle, tad tas piedzīvo

Vilnis var apiet šķēršļus, kuru izmēri ir samērojami ar tā garumu. Viļņu lieces ap šķēršļiem fenomenu sauc par difrakciju.

Viļņu avotus, kas svārstās ar tādu pašu frekvenci un nemainīgu fāzes starpību, sauc par koherentiem. Tāpat kā jebkurš vilnis, ko veido

Skaņa ir elastīgi viļņi, kas izplatās gāzēs, šķidrumos, cietās vielās un ko uztver cilvēku un dzīvnieku ausis. mehāniskie viļņi

Lai dzirdētu skaņu, jums ir nepieciešams:

Mehāniskie viļņi, kas rodas elastīgā vidē, kurā vides daļiņas svārstās ar frekvencēm, kas ir zemākas par skaņas diapazona frekvencēm

Mehāniskie viļņi, kas rodas elastīgā vidē, kurā vides daļiņas svārstās ar frekvencēm, kas ir lielākas par skaņas diapazona frekvencēm