Фазовая скорость, групповая скорость и скорость переноса энергии

ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ, ГРУППОВАЯ СКОРОСТЬ И СКОРОСТЬ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ [c.89]

Рассмотренное выше относится как к совершенно упругой, так и к рассеивающей среде. Однако если среда является рассеивающей, т. е. ее упругие свойства изменяются с частотой, интерпретация результатов становится еще более неопределенной, так как нет больше единой скорости распространения, и скоростью переноса энергии является групповая скорость Сд, которая отличается от фазовой скорости Ср на величину А йСр йК), где Л — длина волны. Когда рассеяние среды велико, как у многих высоких полимеров, эта разница может быть очень существенной. При этих условиях необходимо также, чтобы импульс содержал большое количество синусоидальных волн, иначе его спектр Фурье будет содержать широкую область частот, которые будут распространяться с различными скоростями, и длина импульса будет возрастать по мере распространения вдоль образца. Изменение затухания с частотой будет еще более осложнять дело, так как, вообще говоря, высокочастотные компоненты будут демпфировать интенсивнее, чем низкочастотные, и будут распространяться быстрее, так что они окажутся в голове импульса. [c.136]

С точки зрения энергетического анализа процесса распространения возмущений в слое более важной по сравнению с фазовой является групповая скорость. Применительно к рассматриваемому случаю упругого слоя и гармонического процесса энергетическое определение групповой скорости (скорости переноса энергии) дается как отношение среднего за период потока мощности (проекции Wj на ось Ох вектора Умова) через поперечное сечение слоя единичной ширины к средней по объему на длине волны плотности энергии . Для гармонического процесса эти величины определяются равенствами [c.135]

Известно, что нормальные волны обладают дисперсией. Это одна из основных особенностей нормальных волн по сравнению с продольными и поперечными УЗК. Фазовые скорости, представленные на рис. 2, связаны с распространением непрерывных колебаний синусоидальной формы, т. е. с монохроматическими ультразвуковыми волнами. При контроле эхо-методом приходится и.меть дело с импульсами синусоидальных колебаний. В промышленных дефектоскопах импульс, формируемый генератором, представляет собой высокочастотный импульс с крутым передним фронтом и спадающей по экспоненциальному закону амплитудой. Этот зондирующий сигнал содержит группу спектральных составляющих. Ширина полосы спектра при данной частоте заполнения зависит от длительности и формы импульса чем короче импульс, тем она больше. Скорость распространения волн этой группы, т. е. импульса, называется групповой скоростью, определяющей скорость переноса энергии. [c.158]

Таким образом, в рассмотренном случае кристалла без потерь скорость переноса энергии совпадает с групповой скоростью ). Направление групповой скорости и соответственно направление переноса энергии волны, как это следует из (3.9), в общем случае не совпадает с вектором фазовой скорости. Можно показать, что совпадение возможно для направлений симметрии кристалла и для некоторых случайных направлений, определяемых конкретными соотношениями упругих модулей. [c.221]

Далее рассмотрим вопрос о скоростях распространения волны фазовой, определяющей скорость смещения фазы, и групповой, определяющей перенос вещества (энергии). [c.212]

Однако это не составляет какого-либо противоречия с теорией относительности, которая запрещает существование скоростей, больших скорости света. Утверждение теории относительности справедливо лишь для процессов, связанных с переносом массы и энергии. Фазовая же скорость волны не характеризует скорость переноса энергии и массы частицы. Их перенос характеризуется скоростью частицы, которая определяется не фазовой, а групповой скоростью волн де Бройля. [c.57]

В изотропном пространстве скорость распространения гармонич. Э. в., т. е. фазовая скорость и = с/у . При наличии дисперсии скорость переноса энергии (групповая скорость) может отличаться от V. Плотность потока энергии, переносимой Э. в., определяется Пойнтинга вектором 5=(с/4 )[ Я]. Т. к. в изотропной среде векторы Е, Н тл к образуют правовинтовую систему, то S совпадает с направлением распространения Э. в. В анизотропной среде (в т. ч. вблизи проводящих поверхностей) S может не совпадать с направлением распространения Э. в. [c.543]

Вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР)-нелинейный процесс, который позволяет использовать световоды в качестве широкополосных ВКР-усилителей и перестраиваемых ВКР-лазеров. Но, с другой стороны, этот же процесс может резко ограничить характеристики многоканальных оптических линий связи из-за переноса энергии из одного канала в соседние каналы. В этой главе рассматриваются как применения ВКР, так и паразитные эффекты, связанные с ним. В разд. 8.1 представлены основы теории комбинационного рассеяния, причем подробно обсуждается понятие порога ВКР. В разд. 8.2 рассмотрено ВКР непрерывного или квазинепрерывного излучения. Там же обсуждаются характеристики волоконных ВКР-лазеров и усилителей и рассматриваются перекрестные помехи в многоканальных оптических линиях связи, обусловленные ВКР. ВКР сверхкоротких импульсов (СКИ), возникающее при импульсах накачки длительностью менее 100 пс, рассмотрено в разд. 8.3 и 8.4. В разд. 8.3 рассматривается случай положительной дисперсии групповых скоростей, а разд. 8.4 посвящен изучению солитонных эффектов при ВКР, возникающем в области отрицательной дисперсии групповых скоростей волоконного световода. Особое внимание уделено совместному действию дисперсионного уширения импульса с фазовой самомодуляцией (ФСМ) и фазовой кросс-модуляцией (ФКМ). [c.216]

При постоянной вынуждающей силе (О = 0) движение нагрузки с малыми скоростями V < V = С (с- наименьшая фазовая скорость распро странения волн) приводит к возбуждению экспоненциально спадающих по амплитуде волн, не участвующих в переносе энергии, поскольку их фазовая и групповая скорости равны V. Начиная с [c.78]

Для получения интенсивностей дифрагированных пучков какого-либо излучения воспользуемся удобным и общепринятым понятием волновой функции. Ни для одного из электромагнитных излучений или пучков частиц, которые мы будем рассматривать, наблюдать какое бы то ни было осциллирующее волновое движение невозможно. Волновая функция, т.е. комплексная функция пространственных координат [обозначим ее через г (г) ], — удобный математический прием для получения наблюдаемой величины, интенсивности или переноса энергии, даваемой величиной гр(г) По аналогии с волнами в воде или в струне можно представить себе волновую функцию с учетом понятий длины волны X, волнового вектора к (который дает направление распространения и имеет величину 2я/А.) частоты V или угловой частоты о) в радианах на секунду, фазовой скорости волны V и групповой скорости. [c.15]

Лучший способ приобрести некоторый опыт в изучении волновых групп заключается в наблюдении за волнами на поверхности воды, возникающими при бросании камешков, или за волнами в тарелке, возбуждаемыми падающими каплями воды. Очевидно, что эти распространяющиеся круговые волновые пакеты переносят энергию. Они, например, заставляют качаться плавающую пробку. Если присмотреться внимательно, то можно заметить, что маленькие гребни, образующие волновую группу, не сохраняют свое положение относительно всей распространяющейся группы. Для длин волн на поверхности воды, больших нескольких сантиметров, маленькие гребни движутся почти вдвое скорее всей группы. Они рождаются позади волнового пакета, проходят через его фронт и замирают, двигаясь с фазовой скоростью. Волновой пакет как целое перемещается с групповой скоростью. [c.247]

Так как в (4.34) к — величина безразмерная, то обозначая ка через к и полагая Ш"/т = сОд, а 1/12 = а, приходим от (4.35) к (4.34). Таким образом, оба подхода — и дискретный, и феноменологический учет не-локальности связи между физическими величинами — приводят к правильному описанию пространственной дисперсии ( загиб дисперсионных кривых на рис. 4.2 и 4.13 связан с пространственной дисперсией). Пространственная дисперсия проявляется и вблизи частоты шо (см. рис. 4.12 6 и (4.32)). В уравнении (4.33) знак а может быть любым. Тогда если = Шдк / 1 — ак" ), то при а к " фазовая скорость волны г>ф = и)/к оо VI групповая скорость (скорость переноса энергии в среде без потерь) г>гр = и)/ к оо. (Позднее мы подробнее остановимся на понятиях фазовой и групповой скоростей.) Следовательно, информация от одной точки к другой передается мгновенно. Подумайте, с какими идеализациями модели связан возникший парадокс. [c.76]

Для качественного сравнения на фиг. 2.11 и 2.12 приведены точные решения при v=0.29 в случае продольных колебаний стержня кругового сечения Ск [1.225] (1954) и квадратного N [1.265] (1966). Из сравнения видно, что построенные уточненные теории описывают хорошо фазовые скорости для первой моды и менее удовлетворительно — для второй моды. Групповые скорости, характеризующие перенос энергии, уточненными теориями описываются хуже даже в случае первой моды, а для второй моды — совсем плохо. В заключение отметим, что полученные аппроксимации удовлетворяют условию гиперболичности и существенно улучшают модель обобщенного плоского напряженного состояния. См. также работы [2.80, 2.105, 2.107, 2.144, 2.147, 2.171, 2.181]. [c.180]

Условие излучения (1.24) справедливо, только если волна переносит энергию в том же направлении, в котором бежит ее фаза. В диспергирующих средах, где с = с(со), в принципе возможна ситуация, когда фазо- вая и групповая скорости различаются знаками. Тогда уносящей энергию от источника будет волна, фаза которой бежит к источнику, соответственно, в соотношении (1.24) знак перед к должен быть заменен на обратный. Для определенности в дальнейшем, рассматривая проекции групповой и фазовой скорости на какое-либо направление, будем считать их, если не оговорено противное, имеющими один и тот же знак. [c.14]

УПРУГИЕ ВОЛНЫ — упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах. Напр., волны, возникающие в земной коре прп землетрясениях, звуковые п УЗ-вые волны в жидкостях, газах и твёрдых телах. При распространении У. в. в среде возникают механич. деформации сжатия и сдвига, к-рые переносятся волной из одной точки среды в другую. При этом имеет место перенос энергии упругой деформации в отсутствии потока вещества (последний возникает только в особых случаях — см. Акустические течения). Всякая гармонич. У. в. характеризуется амплитудой колебательного смещения частиц среды и его направлением, частотой колебаний, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны. [c.351]

Как отмечено в разд. 6.7.2, направления фазовой и групповой скоростей обычно не совпадают. Фазовая скорость ПАВ параллельна нормали электродов преобразователя, т. е. направлена вдоль его продольной оси групповая скорость показывает направление переноса энергии ПАВ, исходящей из преобразователя. По практическим соображениям подложка и преобразователь ориентированы так, чтобы направления обеих скоростей совпали. Для этого достаточно, чтобы плоскость подложки совпадала с плоскостью симметрии кристалла или нормаль подложки либо продольная ось преобразователя совпадала с некоторой осью симметрии кристалла. [c.411]

Характерная особенность И. в. заключается в том, что их возникновение и распространение связаны не с перемещением в-ва вперёд и назад или поперёк (как это имеет место в упругих волнах), а с изменением степени ионизации в плазме. Локальное возмущение плотности ионов ведёт к возникновению пространственного заряда и появлению локального электрич. поля, меняющего, в свою очередь, ср. энергию эл-нов. В связи с этим меняется скорость ионизации и постепенно меняется (понижается) концентрация заряж. ч-ц. Вся эта цепь процессов ведёт к распространению возмущения, причём с чередованием положит, и отрицат. отклонений плотности и др. параметров плазмы от равновесного состояния. Поскольку кинетика процессов ионизации и рекомбинации и хар-р переноса могут быть весьма разнообразны в зависимости от рода газов и внешних электрич. и магн. полей, то весьма разнообразны и св-ва И. в., скорости и направления их движения. Имеется множество типов И. в. обратные волны с фазовой скоростью, направленной противоположно групповой, прямые волны с фазовой скоростью, большей или меньшей, чем групповая, а также ряд промежуточных типов волн. И. в. наблюдаются в плазмах разнообразного состава при давлениях от 10- мм рт. ст. до десятков атм. Скорости распространения И. в. также могут изменяться в ши- [c.228]

Осн. свойство В.— существование в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповыми скоростями. Почти все моды обладают дисперсией, т. е. их фазовые скорости зависят от частоты и отличаются от групповых скоростей. В экраниров. В. фазовые скорости обычно превышают скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны наз. быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Это т. н. утекающие волны. В открытых В., как правило, распространяются медленные волны, амплитуды к-рых быстро убывают при удалении от направляющего канала. Каждая мода характеризуется предельной частотой наз. критической мода может распространяться и переносить вдоль В. поток энергии [c.305]

В решетке, состоящей из атомов двух типов и более, существуют еще оптические колебания, частота которых слабо зависит от волнового числа (см. задачу 2 к предыдущему парагра-рафу). Вследствие такой слабой зависимости групповая скорость du)/d/fe этих волн мала и, следовательно, теплоту переносят именно акустические, а не оптические колебания. Отметим при этом, что перенос энергии осуществляется с групповой скоростью волны dto/dA, а не с фазовой скоростью w/A. [c.78]

Рис. 4.6 показывает, что на участке ВС показатель преломления убывает при возрастании частоты и после перехода через центр линии поглощения (т = то) становится меньше единицы. Это значит, что в данных условиях фазовая скорость волны больше скорости света в вакууме. Мы уже сталкивались с под<збными явлениями, и выше указывалось, что соотношение и > с не противоречит теории относительности, запрет которой U < с) не распространяется лишь на скорость переноса энергии. Однако нужно предостеречь читателя от попыток оценить для этого случая скорость и, используя формулу Рэлея. Детальное исследование показывает, что такие оценки некорректны при столь резких изменениях показателя преломления, которые происходят вблизи линии поглощения, и в этом случае необходимо различать групповую скорость волн и скорость сигнала (см. 1.4). [c.151]

СВЕРХСВЕТОВАЯ СКОРОСТЬ — скорость, превышающая скорость света. Согласно относительности теории, передача любых сигналов и движение материальных тел не может происходить со скоростью, большей скорости света в вакууме с. Однако всякий колебат. процесс характеризуется двумя разл. скоростями распространения групповой скоростью и р = д<л дк и фазовой скоростью Иф з = o/f , где ы и к — частота и волновой вектор волны, .р определяет скорость переноса энергии группой волн с близкими частотами. Поэтому в соответствии с принципом относительности к р любого колебат, процесса не может превышать с. Напротив, Нфаз к-рая характеризует скорость распространения фазы каждой монохро-матич. составляющей этой группы волн, не связана с переносом энергии в волне. Поэтому она может принимать любые значения, в частности и значения > с. В последнем случае о ней говорят как о С. с. [c.447]

Условия (5.1) и (5.3) по существу являются правилами выбора знака фазовой скорости гармонических волн [84]. Во многих практически важных случаях для задач акустики, упругости и электродинамики выбор из двух возможных волн той, у которой фазовая скорость направлена в бесконечность, действительно отражаег физический факт, что на бесконечности нет источников энергии. В связи с этим отметим, что запись условий излучения в виде (5.1) и (5.3) связана с предположением одинаковой направленности фазовой скорости и скорости переноса энергии в гармонической волне [84, 86, 88]. Чтобы более полно раскрыть следствия такого предположения, необходимо кратко остановиться на понятиях потока мощности и групповой скорости. Они особенно важны и необходимы при формулировке условий излучения для областей с уходящими в бесконечность границами. [c.38]

Появление в спектре нормальных мод волновода волны с такими свойствами не является указанием на ограниченные возможности модели идеально упругого тела. Конечно, это означает не то, что энергия течет к источнику, а только то, что групповая и фазовая скорости имеют разные знаки. Для каждой точки дисперсионной кривой на плоскости (1, Q) существует двойник на плоскости (— I, Q). Если выдвинуть требование выделить и рассмотреть лишь те нормальные волны, которые переносят энергию вправо, то такой отбор произвести довольно просто. При этом, конечно, остается определенная необычность в поведении нормальной волны на некотором участке изменения частоты. В таком частотном интервале волна, перенося энергию, например, вправо, имеет систему возвышенностей и впадин, движуш,ихся влево. Иными словами, при некоторых оптимальных условиях возбуждения и приема волн в слое можно наблюдать довольно медленный волновой пакет ( g малб), в котором гребни и впадины (области сжатие — разрежение) волн движутся с достаточно высокой скоростью (Ср велико) в противоположном направлении (к источнику). Однако ситуация, когда фазовая и групповая скорости имеют разные знаки, не так уж необычна. В работах Мандельштама [86, 88] содержится несколько вполне реальных примеров, которые делают эту ситуацию в одинаковой мере наглядной и понятной. [c.141]

Понятия фазовой и групповой скоростей, а также скорости переноса энергии в периодической слоистой среде являются весьма тонкими и требуют внимательного анализа. Электромагнитные бло-ховские волны определяются выражением (6.2.25), а дисперсионное уравнение, связывающее к , К и можно получить из (6.2.24). Важно иметь в виду, что блоховское волновое число К определяется выражением (6.2.24) не однозначно, а с точностью до произвольного целого числа, умноженного на 2тг/Л. Обычно используемая в физике твердого тела схема приведения к зоне Бриллюэна неприменима при рассмотрении фазовой скорости электромагнитной бло-ховской волны. Если Ej (z) разлагается в ряд Фурье [c.218]

Спецкурс Избранные вопросы теории колебаний и волн в распределенных системах знакомит студентов с современными достижениями теории волн применительно к динамике распредепенных упругих систем. В курсе изучаются колебания периодических структур, составленных из различных комбинаций реологических элементов Гука и Юма. Осуществляется предельный переход к распределенным системам. С помощью вариационного метода строятся модели упругих колебаний стерж1 сй и пластин. Рассматриваются кинематические и динамические характеристики волнового процесса, выводятся уравнения переноса энергии и импульса. Методом стационарной фазы из)Д1а-ется асимптотическое поведение волн в линейных средах. Вводится понятие дисперсии фазовой и групповой скоростей. Рассматривается нелинейная эволюция волн Римана, ударных волн и солитонов. Изучаются также волновые процессы в системах с нестационарными и движущими границами. [c.12]

Рассмотрим группу волн — несколько волн вида (2) с близкими частотами. Если в некоторой точке их фазы совпадают или близки, то интенсивность возмущения (плотность энергии) в этой точке относительно велика, так как там амплитуды отдельных волн складываются арифметически. Наименее различаться фазы будут при условии (3). Поэтому скорость группы волн — скорость распространения максимума возмущения, образованного группой волн, — определяется формулой (4) и, вообще говоря, не равна фазовой скорости. Так, групповая скорость волн на поверхности воды в два раза меньше фазовой, а при (длинноволновых) изгибных колебаниях стержня имеет место обратное соотношение. Заметим, что скорость распространения постоянной фазы с и скорость распространения группы волн не связаны (по крайней мере, в линейной системе) со скоростью частиц среды. Волна переносит данное состояние от частицы к частице. [c.8]

Упругие волны в кристалле всегда обладают дисперсией (см. Дисперсия волн), в частности, их фазовая скорость, как правило, отличается от групповой скорости, с к-рой по кристаллу переносится энергия колебаний. Т. к. вз-ствие между атомами конечно по величине, то в кристалле существует нек-рая макс. частота колебаний (0 акс (обычно Гц). Частоты норм. колебаний могут не сплошь заполнять интервал от (0=0 до в нём могут быть пустые участки (запрещённые зоны). Колебания, частоты к-рых соответствуют запрещённым зонам, и колебания с частотами С0>(0макс не могут распространяться в кристалле. [c.296]

УПРОЧНЕНИЕ металлов, повышение сопротивляемости металлов и сплавов лластич. деформации или разрушению в результате затруднения движения дислокаций и их размножения. У. явл. лроцессом повышения предела текучести при пластич. деформации. УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, см. Деформация механическая. УПРУГИЕ ВОЛНЫ, упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах, напр, волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звук, и ультразвук, волны в жидкостях, газах и ТВ. телах. При распространении У. в. в среде возникают механич. деформации сжатия и сдвига, к-рые переносятся волной из одной точки среды в другую. При этом имеет место перенос энергии упругой деформацид в отсутствие потока в-ва (исключая особые случаи, напр, акустические течения). Всякая гармонич. У. в. характеризуется амплитудой колебательного смещения частиц среды и его направлением, колебательной скоростью частиц, переменным механич. напряжением и деформацией (к-рые в общем случае явл. тензорными величинами), частотой колебаний ч-ц среды, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны. [c.787]

В изотропном пр-ве скорость распространения гармонич. Э. в., т. е. фазовая скорость и=сУ цг. При наличии дисперсии скорость переноса энергии iJpp (групповая скорость) может отличаться от v. Плотность ио- [c.875]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...