Характеристика колебательных процессов

Характерный признак колебательных процессов — периодические и апериодические изменения, адекватные функциональному состоянию. Колебания характеризуются периодом, или обратной ему величиной — частотой колебаний. Физический смысл частоты — число колебаний в единицу времени. Принятая единица измерения времени — секунда, число колебаний измеряется в герцах (1Hz = 1s-1). Колебательные процессы характеризуются также амплитудой, то есть наибольшим отклонением переменной величины от ее среднего значения.Когда период колебаний сохраняется постоянным за все время измерения, такой процесс называется строго периодическим. В апериодическом случае, значение периода колебаний не является постоянной величиной. Если имеет место ряд параллельных простых колебательных процессов, суммарное сложное колебание представляет собой суперпозицию всех входящих в него элементарных составляющих сигналов (рис. 2).

гармонические колебания — колебания, при которых колеблющаяся величина изменяется со временем по закону синуса (косинуса).

где ω0 — круговая (циклическая) частота, А - максимальное значение колеблющейся величины, называемое амплитудой колебания, φ — начальная фаза колебания в момент времени t=0, (ω0t+φ) - фаза колебания в момент времени t. Фаза колебания есть значение колеблющейся величины в данный момент времени. Так как косинус имеет значение в пределах от +1 до –1, то s может принимать значения от +А до –А.

44. Свободныминазывают колебания в системе которые возникают после выведения её из положения равновесия, в частности свободные электромагнитные колебания возникают при разрядке конденсатора через катушку индуктивности.

Период свободных колебаний в контуре, таким образом, равен:

Уравнение, описываюндее свободные электрические колебания в контуре, можно получить с помощью закона сохранения энергии. Полная электромагнитная энергия W контура в любой момент времени равна сумме его энергий магнитного и электрического полей:

Эта энергия не меняется с течением времени, если ео противление R контура равно нулю. Значит, производная полной энергии по времени равна нулю. Следовательно, равна нулю сумма производных по времени от энергий магнитного и электрического полей:

45. Переменным током является вынужденные электромагнитные колебания у которых сила тока и напряжение меняется со временем по гармоничному закону.

Если напряжение U на концах цепи меняется по гармоничному закону , то напряженность внутри проводника так же будет менятся по гармоничному закону. Следовательно так же гармонически будет меняться скорость упорядоченного движения частиц и силы тока.

46. Электромагнитное поле -это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга.

Электромагнитная волна- процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

Электромагнитные волны возникают всегда, когда в пространстве есть изменяющееся электрическое поле. Такое изменяющееся электрическое поле вызвано, чаще всего, перемещением заряженных частиц, и как частный случай такого перемещения, переменным электрическим током.

ОПЫТ ГЕРЦА: Виборатор Герца. Открытый колебательный контур.

В результате экспериментов Герц создал источник электромагнитных волн, названный им "вибратором". Вибратор состоял из двух проводящих сфер (в ряде опытов цилиндров) диаметром 10-30 см, укрепленных на концах проволочного разрезанного посредине стержня. Концы половин стержня в месте разреза оканчивались небольшими полированными шариками, образуя искровой промежуток в несколько миллиметров.Сферы подсоединялись ко вторичной обмотке катушки Румкорфа, являвшейся источником высокого напряжения.

Идея вибратора Герца. Открытый колебательный контур.Из теории Максвелла известно, излучать электромагнитную волну может только ускоренно движущийся заряд, что энергия электромагнитной волны пропорциональна червертой степени ее частоты. Понятно, что ускоренно заряды движутся в колебательном контуре, поэтому проще всего их использовать для излучения электромагнитных волн. Но надо сделать так чтобы частота колебаний заорядов стала как можно выше. Из формулы Томсона для циклической частоты колебаний в контуре следует, что для повышения частоты надо уменьшать емкость и индуктивность контура.

47. РАДИОСВЯЗПринципы радиосвязи заключаются в следующем. Переменный электрический ток высокой частоты, созданный в передающей антенне, вызывает в окружающем пространстве быстроменяющееся элек тромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитной волны. Достигая приемной антенны, электромагнитная волна вызывает в ней переменный ток той же частоты, на которой работает передатчик. Важнейшим этапом в развитии радиосвязи было создание в 191.3 г. генератора незатухающих электромагнитных колебаний. Кроме передачи телеграфных сигналов, состоящих из коротких и более продолжительных импульсов («точки» и «тире») электромагнитных волн, стала возможной надежная и высококачественная радиотелефонная связь — передача речи и музыки с помощью электромагнитных волн.

Модуля́ция— процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).

Детектирование- преобразование электрических колебаний, в результате которого получаются колебания более низкой частоты или постоянный ток.

48. На основании пpинципа Гюйгенса очень легко обосновываются законы отpажения и пpеломления света. Эти законы для амоpфных пpозpачных сpед читаются следующим обpазом.Падающий, отpаженный и пpеломленный лучи и пеpпендикуляp, восстановленный в точке падения к отpажающей повеpхности, лежат в одной плоскости.

Закон отpажения. Угол падения pавен углу отpажения.

Закон пpеломления. Отношение синуса угла падения к синусу угла пpеломления для монохpоматического света есть величина вполне опpеделенная, не зависящая от угла падения. Это отношение называется показателем пpеломления сpеды.Докажем только закон пpеломления (закон отpажения доказывается более пpосто и аналогичным обpазом). Пусть на плоскую повеpхность пpозpачной сpеды из вакуума падает плоская монохpоматическая световая волна (ей соответствует паpаллельный пучок света). Фазовая скоpость света в сpеде отлична от с и является функцией длины волны. Допустим, что известны волновые повеpхности в вакууме. Спpашивается: каковы волновые повеpхности в сpеде? Их легко найти по пpинципу Гюйгенса. Показатель пpеломления сpеды может быть найден следующим обpазом:

Стало быть,

Если вpемя пpобега втоpичных волн обозначить чеpез ,то АD =с , ВЕ =v Тогда

Законы отpажения и пpеломления света - чpезвычайно важные законы оптики. Так называемая лучевая оптика, т.е. оптика, котоpая не учитывает волновую пpиpоду света, а исходит из посылки, что свет есть поток лучей, опиpается исключительно на законы пpеломления и отpажения света. Из волновых пpедставлений лучевая оптика пpинимает во внимание единственный факт, что показатели пpеломления света в сpедах существенно зависят от длины волны. Огpомная часть пpактической оптики, включающей в себя описания, всевозможных оптических пpибоpов (фото и киноаппаpаты, микpоскопы и телескопы и т.п.), основана на лучевой оптике.

49. Дисперсия света – зависимость показателя преломления n вещества от частоты f (длины волны ) света или зависимость фазовой скорости световых волн от частоты. Следствие дисперсии света - разложение в спектр пучка белого света при прохождении сквозь призму. Изучение этого спектра привело И. Ньютона (1672) к открытию дисперсии света. Для веществ, прозрачных в данной области спектра, n увеличивается с увеличением f (уменьшением ), чему и соответствует распределение цветов в спектре, такая зависимость n от f называется нормальной дисперсией света.

ОПЫТ НЬЮТОНА ДИСПЕРСИЯ СВЕТА: В 1704 г. в книге "Оптика" [1] Ньютон описал свои опыты по разложению света в спектр с помощью стеклянной призмы. Он пришел к революционному для науки своего времени выводу: солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости. Разницу в преломляющей способности Ньютон связывал с различной цветностью лучей. Так, рассматривая бумагу, одна половина которой окрашена в красный, а другая в синий цвет через призму, он нашел, что обе половины бумаги кажутся смещенными, одна более приподнята, чем другая. Красный цвет оказывается менее преломляемым, чем синий. Обнаружив зависимость показателя преломления от цветности, Ньютон объяснил тем самым и дисперсию света в призме, а также и причину "радужного ореола" в телескопе, т. е. открыл хроматическую аберрацию оптических систем. Уже в 1669 г. в своих "Лекциях по оптике" Ньютон ставит вопрос об аберрациях оптических систем следующим образом: "Изучающие диоптрику воображают, что зрительные приборы могут быть доведены до любой степени совершенства при помощи стекла, если полировкой сообщить ему желаемую геометрическую фигуру. Для этой цели придуманы были разные инструменты для притирания стекол по гиперболическим, а также параболическим фигурам. Однако точное изготовление таких фигур до сих пор никому не удалось, ибо работали понапрасну. И, вот, для того чтобы не тратили далее труд свой на безнадежное дело, осмеливаюсь я предупредить, что если бы даже все происходило удачно, все же полученное не отвечало бы ожиданиям. Ибо стекла, которым придали бы фигуры наилучшие, какие можно придумать для этой цели, не будут действовать и вдвое лучше сферических зеркал, полированных с той же точностью. Говорю это не для осуждения авторов-оптиков, ибо все они в отноше--нии намерения своих доказательств высказывались точно и вполне правильно. Однако нечто, и притом очень важное, было оставлено ими для открытия потомкам. Так, я обнаружил в преломлениях некую неправильность, искажающую все. Она вызывает не только недостаточное превосходство конических сечений над сферическими фигурами, но и служит причиной того, что сферические фигуры дают много меньше, чем если бы сказанное преломление было однородным".

Белый свет имеет сложный состав: он состоит из семи основных цветов.Лучи какого цвета преломились сильнее?Фиолетовые лучи преломляются сильнее, красные лучи слабее всех остальных.Поэтому показатель преломления для фиолетовых лучей больше показателя преломления для красных лучей:

Т. е. скорость распространения красных лучей больше, чем фиолетовых. Поэтому красные лучи от Солнца в атмосфере меньше рассеиваются, а фиолетовые сильнее. А из формулы = v * T, следует, что длина волны красных лучей больше, чем фиолетовы

50. Интерференция (физика) — изменение в характере звуковых, тепловых, световых и электрических явлений, объясняемое колебательным движением: в первом случае частиц звучащего тела, в остальных трех — колебанием.