ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разнообразие типов колебаний из "Колебания и волны Введение в акустику, радиофизику и оптику Изд.2 " Такое деление физики сложилось исторически. Оно имеет основаниё в том, что отражает в известной мере качественное различие форм движения в объективном мире (звука и света, механических и электромагнитных явлений). Некоторую роль сыграло и то, как различные явления (например свет и радиоволны) воспринимаются нашими органами чувств. [c.19] В настоящее время невозможно заниматься акустикой, не касаясь ультразвуков — колебаний, не слышимых человеческим ухом, но отличающихся от упругих колебаний, воспринимаемых человеческим ухом как звук, только более высокой частотой ). Невозможно также заниматься оптикой, не уделяя значительного внимания ультрафиолетовому и инфракрасному излучениям и игнорируя рентгеновское излучение, у-лучи и радиоволны. Все эти не воспринимаемые человеческим глазом электромагнитные излучения отличаются от света в узком смысле лишь большей или меньшей частотой колебаний напряженностей электрического и магнитного поля. Их часто называют невидимым светом. [c.19] С другой стороны, изучая звук и свет, механические и электромагнитные колебания, мы наталкиваемся на поразительную общность многих закономерностей. Развитие науки привело к тому, что все глубже познаются общие закономерности и связи качественно различных физических явлений. В связи с этим наряду с изучением особенностей механических, акустических, оптических и других явлений возникает целесообразность изучения всех этих явлений с точки зрения выявления общих закономерностей, свойственных этим явлениям. Такой подход позволяет выделить в качестве одного из отделов физики учение о колебаниях и волнах ). Этот отдел охватывает материал, рассматриваемый также в разделах механики, акустики, электромагнетизма и оптики. [c.19] Тот единый подход к механическим и электромагнитным колебаниям, к звуку и свету, которого мы здесь будем придерживаться, играет все большую роль в науке и технике. [c.19] Материалистическое обоснование единого подхода к колебаниям и волнам различной физической природы состоит в том, что единые законы колебаний и волн, охватывающие как механические (в частности, акустические), так и электромагнитные (в частности, световые) колебания и волны, являются отражением многочисленных общих черт, объективно присущих этим процессам. Именно отсюда проистекает и целесообразность единого колебательного подхода. Это необходимо подчеркнуть, так как существует и имеет хождение в буржуазной научной литературе другое — субъективное — толкование подобного рода целесообразности, сводящее все дело к удобству описания в духе махистского принципа экономии мышления . [c.20] Вместе с тем, между единым учением о колебаниях и волнах и классификацией отделов физики по формам движения материи (принцип, положенный Энгельсом в основу классификации наук вообще )) нет, конечно, никакого противоречия. Из существования качественно различных форм движения (механических, электромагнитных и т. п.) никак не вытекает, что у них не может быть весьма существенных, объективно им присущих общих черт. Именно такие черты и изучаются в физике колебаний и волн, что в свою очередь не исключает, а, наоборот, предполагает отчетливое понимание качественных различий, например, между механическими и электромагнитными колебаниями и волнами (см. в этой связи последующие замечания в гл. II, 7 и гл. VIII, 12). [c.20] История единого подхода к колебаниям и волнам различной физической природы еще ждет своих исследователей. Уже М. В. Ломоносов в своем Слове о происхождении света отчетливо проводил аналогию между суперпозицией световых и звуковых волн (см. гл. V, 7). В курсе общей физики, который читал в конце прошлого века в Московском университете А. Г. Столетов (этот курс был выдающимся по своему научному уровню и блеску изложения), развивалось общее учение о колебаниях и волнах, а затем — на его основе — излагалось учение о звуковых и световых явлениях. В 1895 г. вышел учебник А. Г. Столетова, содержавший обработку этих лекций. В предисловии А. Г. Столетов следующим образом формулирует содержание учебника Предлагаемая книга передает в сжатой и элементарной форме и в объеме, соответствующем университетскому курсу общей физики, основы учения о колебаниях и волнах, с приложением к акустике и оптике ). [c.20] Ярким примером единого подхода к механическим и электрическим колебаниям является замечательная работа П. И. Лебедева Эксперимен-таль ное исследование пондеромоторного действия волн на резонаторы ). [c.20] Поясним эту мысль на примере. [c.21] Перед нами — два одинаковых камертона (рис. 14, а). Если по ним ударить молоточком, они звучат в унисон (издают звуки одинаковой высоты). Увеличим массу одного из камертонов, прикрепив грузик к его ножке (рис. 14, б). [c.21] Теперь камертоны будут расстроены один по отношению к другому. Если по ним ударить, они издают звуки различной высоты. [c.21] Сделаем теперь такой опыт. Сначала оба камертона молчат. Ударим молоточком только по нагруженному камертону (рис. 14, б). Он звучит некоторое время, после чего, коснувшись его рукой, мы заставляем его замолчать. Наступает полная тишина, молчит не только первый, но и второй камертон он не откликнулся на колебание первого камертона. [c.21] Повторим опыт, ударив сильнее по нагруженному камертону. Он будет издавать гораздо более громкий звук. Тем не менее и на этот раз второй камертон не откликнется заметно на звучание первого. Настроим теперь камертоны снова в унисон, сняв грузик с первого камертона. Ударим— не очень сильно— по первому камертону и, дав ему прозвучать некоторое время, заглушим его. Мы продолжаем отчетливо слышать звук той же высоты, хотя и менее громкий, — это звучит второй камертон. Он теперь сильно откликается или, как еще говорят, резонирует на колебания первого камертона. [c.22] Мы можем теперь догадаться, что произойдет, если мы возбудим электромагнитные колебания в одном колебательном контуре и подвергнем действию электрического или магнитного поля, создаваемого этими колебаниями, другой колебательный контур Здесь роли двух гармонических осцилляторов исполняют уже не камертоны, а колебательные контуры, но явления будут аналогичные, в чем легко убедиться. [c.22] НЛП иной период колебаний ) чем меньше емкость конденсатора, тем меньше период колебаний. [c.23] Около второго колебательного контура находится виток проволоки, в который включена электрическая лампочка накаливания. Если в этом контуре возникнут достаточно сильные электромагнитные колебания, в витке будет индуктироваться переменный ток, способный раскалить пить лампочки. [c.23] Несмотря на то, что в первом контуре уже есть колебания, лампочка вначале не горит. Увеличим накал электронной лампы генератора. Амплитуда колебаний генератора, как мы знаем, при этом сильно возрастает. Тем не менее лампочка не загорается. Ослабим снова накал электронной лампы генератора и начнем медленно поворачивать его ручку настройки или, как показано на рис. 15, аналогичную ручку настройки второго колебательного контура. Хотя амплитуда колебаний генератора при этом почти не меняется, при определенном положении ручки настройки лампочка резко вспыхивает и продолжает ярко гореть, если мы перестаем поворачивать ручку настройки. Если повернуть эту ручку дальше, лампочка снова гаснет. Мы могли бы с помощью электронной лампы превратить второй контур в генератор электромагнитных колебаний и убедиться в том, что он давал бы колебания как раз того периода, который имели колебания первого контура в тот момент, когда ярче всего горела лампочка. Таким образом, колебания первого контура вызывают сильные колебания во втором контуре тогда, когда оба контура одинаково йастроены. При этом имеет место электрический резонанс. Лампочка служит в нашем опыте индикатором электрического резонанса. [c.23] Резонанс можно наблюдать также и со светом. Если в откачанный стеклянный сосуд ввести кусочек натрия, последний будет испаряться. Можно подобрать такую температуру, чтобы в сосуде установилась заметная плотность газообразного натрия и тем не менее он еще не давал свечения. Если освещать сосуд красным, оранжевым, зеленым, синим, фиолетовым светом, сосуд останется темным. Но если освещать его желтым светом натрия, с которым мы познакомились в 1, газообразный натрий в сосуде вспыхивает таким же желтым светом. Это явление называется резонансной флуоресценцией. Объяснение его заключается в том, что электроны, заключенные в атомах натрия, ведут себя как гармонические осцилляторы, настроенные на определенный период колебаний, соответствующий желтому свету. Если период колебаний падающего на них света совпадает с собственным периодом колебаний, они сильно раскачиваются (резонанс ) и сами начинают испускать свет такого же периода. [c.23] Резонанс играет большую роль в технике, — не только в радиотехнике (где он широко используется), но и в судостроении, машиностроении, в строительном деле, электротехнике и т. д. (где обычно приходится с ним бороться) — всюду, где приходится иметь дело с вибрирующими механическими конструкциями или переменными электрическими токами. [c.23] Речь шла до сих пор только о гармонических колебаниях. Гармонические колебания будут играть очень важную роль в этой книге. Но мы будем встречаться и с другими типами колебаний на рис. 17 приведены некоторые типичные кривые, изображающие зависимость колеблющейся величины от времени. Такие кривые называются осциллограммами. [c.24] Вернуться к основной статье