Бүкіл әлемдік тартылыс тұрақтысы

Табиғаттағы барлық денелер бір-біріне тартылады. Осы тартылыс бағынатын заңды Ньютон анықтап, бүкіл әлемдік тартылыс заңы деп аталған. Осы заң бойынша, екі дененің бір-біріне тартылатын күші осы денелердің массаларына тура пропорционал, ал олардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал болады: (2.10.1) мұндағы, - гравитациялық тұрақты деп аталатын пропорционалдық коэффициент. Бұл күш бір-біріне әсер ететін денелер арқылы өтетін түзудің бойымен бағытталған.

Формула шамасы бойынша бір-біріне тең F12 және F21 күштердің сандық мәнін береді. 5-суреттегі өзара әсерлесетін денелер біртекті шарлар болса, m1 және m2 – шар массалары, r- олардың центрінің ара қашықтығы. Сонымен, (7-сурет) шарлар материялық нүктелер ретінде өзара әсерлеседі, ал олардың массалары шар массаларына тең және олардың центрлерінде орналасқан. -ның сандық мәні, массалары белгілі денелердің бір-біріне тартылатын күшін өлшеу жолымен анықталған. Осындай өлшеу кезінде көп қиыншылықтар кездеседі, өйткені массалары тікелей өлшенетін денелер үшін тартылыс күштері өте-мөте аз болып шығады. Мысалы, әрқайсысының массасы 100 кг, бір-бірінен қашықтығы 1 метр болатын екі дене бір-біріне шамамен 10-6 Н, яғни 10-4 Г күшпен өзара әсер етеді. -тұрақтысының мәнін анықтау үшін ең алғаш ойдағыдай өлшеу жүргізген ағылшын ғалымы Генри Кавендиш (1798ж.) болды. Ол күшті өлшеу үшін өте сезгіш иірілмелі таразы әдісін қолданды (8-сурет). Жеңіл стерженнің ұштарына бекітілген екі қорғасын шар m (әрқайсысының массасы 729 г) симметриялы орналастырылған М шарларының (әрқайсысының массасы 158 кг) жанына қойылған. Стержень серпімді жіпке асып қойылған, шарлардың бір-біріне тартылу күшін осы жіптің бұралуы арқылы өлшеуге болады. Жіптің жоғарғы ұшы орнату бүркеншігіне бекітілген, ал осы бүркеншікті бұру арқылы m және М шарларының ара қашықтығын өзгертуге болады. Әр түрлі әдістермен анықталғандардың ішінде -ның анағұрлым нақтылы мәнін мынадай деп есептейді:

Егер (2.10.1)-өрнекке m1, m2 және r-лердің бірге тең мәндерін қойсақ, онда күш -ның өзіне тең болады. Сонымен, әрқайсысын массалары 1 кг, центрлерінің бір-бірінен қашықтығы 1 м болатын екі шар өзара 6,670×10-11Н-ға тең күшпен тартылады. Ал массасы 1 кг шар жерге қандай күшпен тартылады: Жердің массасы 6×1024кг, шардың массасы 1 кг, олардың центрлерінің ара қашықтығы жер радиусына 6,4×106м-ге тең. Жер мен оның үстінде жатқан шардың арасындағы тартылыс күшін есептейміз: Массасы 1 кг денеге әсер ететін ауырлық күшінің мәні тартылыс заңының ғылым мен техника үшін маңызы үлкен. Оның көмегімен Күн жүйесіндегі екі планета – Нептун мен Плутон ашылды, оны ғарыш кемелері және Жер серіктерінің ұшуын, олардың жылдамдықтары мен траекторияларын есептегенде, Айға және планеталарға автомат – станцияларды дәл дәл қондыруды жүзеге асыру үшін пайдаланылады. Дененің салмағы болады, өйткені дене жерге тартылады, Жер атмосферасы кеңістікке таралып кетпейді және барлық дененің бетіне қысым түсіреді, өйткені ауаның молекулалары Жерге тартылады. Тартылыс заңынан массасы m дененің Жерге еркін түсу үдеуін табайық: М - Жер массасы, R - оның радиусы. Rж» 6400 км; (2.10.2) (2.10.3) егер, осы жерден Жердің массасын тапсақ, ол кг болады. Жердің массанын біле отырып, Жердің тығыздығын табуға болады. (2.10.4)

егер дене Жер бетінен h биіктікте болса, онда тартылыс күші төмендегі теңдікпен өрнектеледі.

Бүкіл әлемдік тартылыс заңы

Табиғаттағы барлық денелер бір-біріне тартылады. Осы тартылыс бағынатын заңды Ньютон анықтап, бүкіл әлемдік тартылыс заңы деп аталған. Осы заң бойынша, екі дененің бір-біріне тартылатын күші осы денелердің массаларына тура пропорционал, ал олардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал болады:

мұндағы, G - гравитациялық тұрақты деп аталатын пропорционалдық коэффициент. Бұл күш бір-біріне әсер ететін денелер арқылы өтетін түзудің бойымен бағытталған. Формула шамасы бойынша бір-біріне тең F12 және F21 күштердің сандық мәнін береді. Cуреттегі өзара әсерлесетін денелер біртекті шарлар болса, m1 және m2 – шар массалары, r - олардың центрінің ара қашықтығы. Сонымен, шарлар материялық нүктелер ретінде өзара әсерлеседі, ал олардың массалары шар массаларына тең және олардың центрлерінде орналасқан. Гравитациялық тұрақтының сандық мәні, массалары белгілі денелердің бір-біріне тартылатын күшін өлшеу жолымен анықталған. Осындай өлшеу кезінде көп қиыншылықтар кездеседі, өйткені массалары тікелей өлшенетін денелер үшін тартылыс күштері өте-мөте аз болып шығады. Мысалы, әрқайсысының массасы 100 кг, бір-бірінен қашықтығы 1 метр болатын екі дене бір-біріне шамамен 10-6 Н, яғни 10-4 Г күшпен өзара әсер етеді.

Нютонның бүкіләлемдік тартылыс заңының іске асуы; m1 нүктелік массасы басқа бір m2 нүктелік массасын F2 күшімен тартады; бұл күш екі массаның көбейтіндісіне тура, ал олардың арасындағы қашықтыққа (r) кері пропорционалды. Масса немесе қашықтыққа қарамастан |F1| және |F2| әрқашан тең болады. Мұндағы G — гравитациялық тұрақты.

Табиғатта қандай тербеліс пен толқынның түрлері кездеседі? Бұл табиғат құбылыстары адамға қалай әсер етеді, әрі оның қалай алдын – алуға болады? Резонанстық құбылыс қашан пайда болады және ол неден көрінеді?

Кез келген физикалық жүйеде тербелмелі қозғалыс пайда болу үшін оған сырттан энергия беру керек. Мысалы, математикалық маятникті тепе-теңдік күйінен ауытқыту арқылы оның потенциал энергиясын арттыру керек. Тербеліс кезінде потенциал энергия кинетикалық энергияға, кинетикалық энергия потенциал энергияға алма-кезек айналып жүйеде тербеліс пайда болады. Егер айналыстағы энергия жылуға айналып ысырап болмаса, тербелмелі қозғалыс шексіз жүреді, яғни тербеліс гармоникалық болады. Тербелістегі энергия ысырап болмайтын жүйені мүлтіксіз (идеальный) жүйе деп атайды.

Егер тербелістегі энергия жылу энергиясына айналып ысырап болмаса электрмагнит тербеліс шексіз ұзаққа созылып тербеліс гармоникалық болады.

Бұл баяндалған деректерден мынадай қорытындылар жасауға болады:

- тербеліс пайда болу үшін жүйені тепе-теңдік күйден шығару үшін оған сырттан энергия беру керек;

- тізбекке берілген энергия бір түрден екінші түрге алма-кезек айналып жүйеде тербеліс пайда болады;

- егер тербеліс кезінде айналыстағы энергия жылу энергиясына айналып ысырап болмаса, тербелмелі қозғалыс шексіз ұзақ созылып тербеліс гармоникалық тербеліске айналады.

Тербелістің кез келген ортада таралуын толқын деп атайды. Оларға: дыбыс толқындары, сағат механизмнің жұмысы, тізбектегі айнымалы ток, электромагниттік тербелістер және т.б. жатады.

Жалпы физика курсында көбінесе тек бірдей қайталанып отыратын процестерді қарастырып, оның негізгі кинематикалық теңдеулерін жазатын боламыз.

Периодтық қозғалыс деп әрбір циклі дәлме-дәл кез келген басқа циклін қайталап отыратын қозғалысты атайды. Бір цикл ұзақтығын период деп атайды.

Тербелмелі қозғалысты ерікті және еріксіз деп екіге бөледі. Ерікті қозғалыста сыртқы күштің әсерінсіз өз бетінше қозғалыс циклін қайталап отырады. Мұндай тербелістерді еркін тербелістер деп атайды.

Өз бетінше периодтық қозғалыстар жасай алатын немесе тербелетін осы тәрізді денелер немесе денелер жүйесін (материалдық нүктелер жиынтығын) тербелмелі жүйелер деп атаймыз.

Тербелістерді зерттеуді біз механикалық жүйелердің ең қарапайым түрлері: математикалық маятник, физикалық маятник, серпелі маятник, тербелмелі контурды қарастырамыз.

Математикалық маятник және оның кинематикасы.

Математикалық маятник деп – ауырлық центрі іліну нүктесінен төмен болатындай етіп ілінген кез келген денені айтады.

Еркін тербелістерді жасай алатын кез келген системаның орнықты тепе-теңдіік қалпы болады. Математикалық маятник үшін бұл қалып оның ауырлық центрі мен іліну нүктесі вертикалдық бойында және ауырлық центрі іліну нүктесінен төмен орналасатын жағдайға сәйкес келеді.

Егер біз маятникті тепе-теңдік қалпынан шығаратын болсақ, онда тепе-теңдік қалпының оң жағына, бір сол жағына шығып, тербеле бастайды. Маятниктің тепе-теңдіктен ең үлкен ауытқуын тербелістің амплитудасы деп атайды. Амплитудданың бастапқы қозғалыс шартына тәуелділік қасиеті барлық тербелмелі қозғалыстарға тән деуге болады.

Тербелмелі қозғалыстың периодтылығын (ырғақтылығын) сипаттайтын Т шамасын тербелістің периоды деп атайды. Тербелістің периодын толық бір тербеліске кеткен уақытпен өлшейді.

Суға лақтырылған тастың түскен жерінде пайда болады. Тас түскен жердегі су ығысады да, ол жерде ойыс пайда болады. Ойыс төңірегінде ығысқан су дөңгелек сақинапішінді өркеш түзеді. Бұл өркеш сол мезетте-ақ жан-жағына қарай кеңейе отырып, тастың түскен жерінен алыстай бастайды. Біріншіден кейін екінші, содан соң үшінші, т.с.с. өркештер пайда болады. Өркештер бір-бірінен ойыстармен бөлшеді. Бұл процесс толқындық қозғалыс болып табылады. Мұндағы ең маңызды анықтап алатын жай — судың толқынмен бірге ығыспайтыны. Егер сол толқын бетіне суда қалқып жүретін кез келген денені (қалтқы, ойыншық қайық, тал қабығы, т. б.) тастасақ, онда олардың жағалауға жақындамайтынын, тек сол толқынның еркештеріне келгенде көтеріліп, ойыстарына келгенде төмен түсіп, тербеліп қана тұратынын байқауға болады.

Тербелістің ортада таралу процесін толқындық қозғалыс деп, ал өзара байланысып тербелетін материялық нүктелер жиынтығын толқын деп атайды. Тербеліс таралған кезде энергия қоршаған ортаға беріледі, сондықтан үздіксіз толқын таралу үшін сол серпімді ортада орналасқан тербеліс көзі болу керек. Толқындық қозғалыс кезінде кеңістіктің бір аумағынан екінші аумағына бөлшектер емес энергия тасымалданады. Егер ортаның бір бөлшегі тербемелі қозғалыс күйіне келсе, онда дәл осы күйге сол жүйемен байланысқан барлық жүйенің де бөлшектері тербемелі қозғалысқа келеді, бірақ уақыт бойынша кешігеді.

Серіппенің тербелісі процесі[өңдеу]

Серіппенің тербелісі процесінде жіп бөлшегі (түсінуге оңай болу үшін оны біреу деп есептейік) тепе-теңдік күйінен шығып, серіппеге ілінген жүк сияқты жоғары-төмен қарай тербеле астайды. Жіптің осылай деформациялануы кезінде туындайтын серпімділік күші әрекетінен бірінші бөлшектен кейін кезекпен жіптің келесі бөлшектері де тербеле бастайды. Жіптің әрбір бөлшегі сәл кешеуілдеп жоғары-төмен ығысатын болады, яғни "өзінің" тепе-теңдік күйінің айналасында тербеледі. Бұл кешеуілдеубөлшектердің арасында серпімділік күштерінің пайда болуына қайсыбір уақыт қажет болуынан туындайды. Сондықтан жіптің келесі бөлшектері алдыңғысына қарағанда "кешігіңкірейді".

Тербелістердің серпімді ортаның бір бөлшегінен екінші бір бөлшегіне таралу процесі механикалық толқын деп аталады. Пайда болу табиғатына қарай толқындар механикалық және электромагниттік болып бөлінеді. Сол ортадағы нүктенің тербеліс бағытына қатысты және толқынның таралу бағытына байланысты толқындар көлденең және бойлық (қума) толқындар деп екіге бөлінеді.

Көлденең толқындар[өңдеу]

Бөлшектерінің тербелісі толқынның таралу бағытына перпендикуляр бағытта жүзеге асатын толқынды көлденең толқын деп айтады. Көлденең толқындар бір қабаттың екінші қабатқа қатысты ығысуы кезінде пайда болатын серпімділік күштері әрекетінен ғана туындайды. Мұндай қасиет тек қатты денелерге ғана тән. Сұйықтар мен газдарда олардың аққыштығы салдарынан қабаттардың ығысуы кезінде серпімділік күштері пайда болмайды.

Алайда біз жоғарыда сұйық бетінде де көлденең толқындар пайда болуы мүмкін екенін қарастырдық. Бірақ олар серпімділік күші әрекетінен емес, ауырлық және беттік керілу күштері әрекетінен туындайды, сондықтан да оларды кейде гравитациялық толқындар деп те атайды. Теңіз толқындары — тек дене бетін қамтитын толқындық қозғалыс мысалдарының бірі. Терендік артқан сайын толқулар тез өше бастайды. Мұндай толқынды мектептегі толқындық машина көмегімен бақылау өте ыңғайлы, мұнда орта бөлшектерінің рөлін атқаратын кішкене шарлар вертикаль бойымен тербеледі, ал толқын ойыстарымен және өркештерімен кезектесе отырып, горизонталь бойымен ығысады. Сондықтан да енді бізге суға лақтырылған тастың түскен жерінен тарайтын толқындар неліктен, мысалы, қалтқыны жағаға қарай итермейтіні де түсінікті болады. Қалтқының қозғалысы да оның астындағы су бөлшектерінің қозғалысы сияқты тек жоғары-төмен қарай секіріп, тербелмелі қозғалысқа түседі.

Бойлық (қума) толқындар[өңдеу]

Бөлшектерінің тербелісі толқынның таралуы бойында жүзеге асатын толқынды бойлық толқын деп атайды. Ортаның бөлшектерінің тербеліс бағыты толқындардың таралу бағытына сәйкес келсе толқындар бойлық деп аталады. Бойлық толқындар қатты, сұйық және газ тәрізді денелерде таралады. Біз әр түрлі механикалық толқындарды байқаймыз. Олар дыбыс толқындары, ультрадыбыс, инфрадыбыс (ауаның серпімділігінен пайда болады), су бетіндегі толқындар (ауырлық күші, беттік керілу күші әрекетінен пайда болады) мен жер қабаттарының тербелісін туғызатын сейсмикалық толқындар. Көлденең толқындардан басқа толқынның таралубағытында тербелуі кезінде бойлық толқындар да болады. Бойлық толқындардың пайда болуын бір ұшы тірекке бекітілген серіппенің көмегімен бақылайық. Егер серіппенің бос ұшы жағынан соғатын болсақ, онда серіппе бойымен сиреулер мен шоғырланулардан тұратын толқын жүгіріп өтеді.

Электромагниттік толқындар[өңдеу]

Ал электромагниттік толқындар - бір-бірімен байланысқан айнымалы электр және магнит өрістерінің кезекпен өзгеруі. Жиілігіне және толқын ұзындықтарына байланысты электромагниттік толқындарды мынадай жеті түрге бөледі: 1. Төменгі жиілікті сәуле шығару;

2. Радиотолқындар;

3. Инфрақызыл;

4. Көрінетін сәуле шығару;

5. Ультракүлгін сәуле шығару;

6. Рентген сәулелері;

7. Гамма-сәуле шығару.

Олардың табиғаты бірдей болғанымен қасиеттері әр түрлі.

Толқындардың сипаттамалары[өңдеу]

Толқындық қозғалыстарды сипаттау үшін екі физикалық шама - толқынның ұзындығы және таралу жылдамдығы енгізілген. Толқын ұзындығын гректің λ әрпімен белгілейді. Толқын ұзындығы — Т периодқа тең уақыт аралығында толқын таралатын арақашықтық. Басқаша айтқанда, толқын ұзындығы деп толқын ішіндегі бірдей қозғалатын және тепе-теңдік күйінен ауытқулары да бірдей болатын бір-біріне ең жақын жатқан екі нүктенің арақашықтығын айтамыз. Толқынның таралу жылдамдығы - тербелістің бірлік уақытында толқынның қандай қашықтыққа таралғанын көрсететін физикалық шама, яғни

ν=λ/Т

Механикалық толқын серпімді ортада таралатындықтан, оның таралу жылдамдығы ортаның қасиетіне байланысты. Толқынның бір ортадан екінші бір ортаға өтуі кезінде оның жылдамдығы өзгереді.

Ал Т тербеліс периоды ν тербеліс жиілігімен Т = 1/ν қатынасы арқылы байланысатындығын еске түсірсек, онда толқын жылдамдығы

v=λν

өрнегімен анықталады.

Дененің қозғалыс күйінің белгілі бір шамада қайталанып отыруын тербеліс деп атайды. Мұндай қозғалыстар уақыттың белгілі мезетінде ғана өтіп отырады. Қабырға сағаты маятнигінің қозғалысы, белгілі бір уақыт аралығында дүркін-дүркін қайталанып отыратын қозғалыс күйінің тең уақыт аралығында қайталанып отыруын периодты тербелістер деп атайды.

Гармоникалық тербелмелі қозғалыс деп нүкте қозғалысының тепе-теңдік қалпынан ауытқу шамасының синусоида немесе косинусоида бойымен периодты түрде қайталанып отыруын айтамыз.

Егер тербелістегі нүктенің тепе-теңдік қалпынан ауытқу шамасын х арқылы белгілесек, онда осы ауытқудың уақытқа байланысты өзгеруі мына формуламен өрнектеледі:

Тербелістегі нүктенің тепе-теңдік қалпынан ең үлкен ауытқуын оның амплитудасы (А) деп атайды. Ал тербеліс периодына кері шама тербеліс периодының жиілігі (γ) делінеді. Бұл шама бірлік уақыт ішіндегі тербеліс санын көрсетеді. Егер нүкте шеңберді толық бір айналып шықса, онда φ = 2π, олай болса бұрыштық жылдамдық мына түрде жазылады: ω = 2π/ T =2πγ

өйткені γ = 1/ T тең. Сонымен (1) формуладағы А - тербелістегі нүктенің амплитудасы, ωt + φ₀ - оның фазасы. Ал φ₀ - тербелістің алғашқы фазасы.

Енді гармоникалық тербелмелі қозғалыс жасайтын нүктенің жылдамдығы мен үдеуін анықтайық. Ол үшін υ = dx/dt және a = dυ/dt ескеріп, (1) формуланы жазайық:

(3) формуладағы (-) таңбасы үдеудің ауытқудың бағытына қарама-қарсы екендігін көрсетеді.

Сөйтіп, гармоникалық тербелістегі нүктенің жылдамдығы тепе-теңдік қалыптың маңында, ал үдеуі ауытқудың шеткі мәндерінде максимум мәніне ие болады.

Тербелістегі кез келген материалдық нүктенің кинетикалық энергиясы Е_к=mυ²/ 2, осы теңдеуге жылдамдықтың мәнін қойсақ

Сонда қозғалыстағы нүктенің ауытқуының шеткі мәндерінің кинетикалық энергиясы нөлге тең, ал тепе-теңдік қалыптың маңында максимум мәніне ие болады.

Тербелістегі дененің жылдамдығы мен үдеуінің мәндері бойынша Ньютон заңын былай жазуға болады: (6.5)

Осы формула өшетін тербелістің диференциал теңдеуі деп аталады.

Айнымалы қосымша күш арқылы үздіксіз тербелісті еріксіз тербеліс, ал әсер етуші күшті мәжбүр етуші күш деп атайды. Бұл күштің шамасы уақытқа байланысты гармониялық заң бойынша мына түрде жазылады:

F₀ – мәжбүр етуші күштің амплитудасы, ω – оның дөңгелектік жиілігі.

Ньютонның екінші заңын еріксіз тербеліс үшін былай жазуға болады:

Бұл формула еріксіз тербелістің диференциал теңдеуі деп аталады.

Еріксіз тербелістің амплитудасы:

Ал алғащқы фазасы

Сөйтіп еріксіз тербеліс кезінде ω = ω₀ болады, амплитуданың артуы резонанс құбылысы деп аталады да, оны графикте былай кескіндейді.

Тербеліс - уақыт бойынша қандай да бір дәрежеде қайталанатын қозғалыстар немесе процестер.

Тербелмелі жүйе[өңдеу]

Әлсіз өшетін меншікті тербелістер жасауға қабілетті жүйе.

Тербелмелі қозғалыс[өңдеу]

Уақыт бойынша қандай да бір қайталаушылығымен сипатталатын қозғалыс.

Тербелмелі контур[өңдеу]

Тізбектей жалғанған конденсаторлардан, индуктивтілік катушкадан және резистордан тұратын электр тізбегі.

Тербелмелі спектр[өңдеу]

Молекулалардағы атомдардың тербелісімен шартталған молекулалық спектр.^[1]

Кристалдық тордың тербелісі[өңдеу]

Құрайтын бөлшектері тепе-тендік жағдайдың маңайында тербелетін қатты дененің ішкі қозғалысының негізгі түрлерінің бірі.

Релаксациялық тербеліс[өңдеу]

Релаксациялық тербеліс –– диссипативты күштер маңызды роль атқаратын жүйеде пайда болатын автотербелістер.^[2]

Үздікті тербеліс[өңдеу]

Үздікті тербеліс –– тербелмелі жүйе күйінің салыстырмалы баяу өзгерісі секірме тәріздеспен кезектесетін тербеліс.^[2]

Еркін тербелістер[өңдеу]

Еркін тербелістер - тұрақты тепе-теңдік күйден жүйенің бастапқы ауытқуына ғана әкелетін сыртқы әсерлесу кезіндегі жүйеде пайда болатын тербелістер.^[2]

Тербеліс синхронизациясы[өңдеу]

Тербеліс синхронизациясы - жиіліктері тең, еселік немесе бір-бірімен ықшамды қатыста болатын екі немесе бірнеше жүйелердің тербеліс ретін тағайындау және колдау.^[2]

Тербелмелі кванттық сан[өңдеу]

Осциллятор энергиясын анықтайтын кванттық сан.

Толқын — ай мен күннің тартылыс күштерінен, желдің әсерінен, атмосфералық қысымның ауытқуларынан, су асты жер сілкіністері мен жанартау атқылауларынан немесе кеме қозғалыстарынан пайда болатын теңіздер мен мұхиттардағы сулы ортаның тербелмелі қозғалысы.

Қума толқын[өңдеу]

Қума толқын (Бегущая волна) — желі бойымен жүктемеге қарай энергия тасымалдайтын толқын. Фидердің толқындық кедергісі антеннаның кіріс кедергісімен үйлескен жағдайда радиотаратқыш фидерге беретін энергия қума толқын арқылы антеннаға толығымен беріледі.

Қума толқын антеннасы (Антенна бегущей волны) — геометриялық осі бойынша қума толқын таралатын (қабылданатын) антенналар. Мұндай антенналар қатарына "толқындық канал", спиральдық антенна, диэлектрлік антенна, Бевереджа антеннасы, ромбалық антенна, т.б. антенналар жатады. Көбіне барлық толқындағы радиоқабылдағыш құрылғыларда қолданылады.

Қума толқын шамы (Лампа бегущей волны) — жұмыс істеу принципі бір бағытта қозғалатын электромагниггік толқын мен электрон аңынының өзара өрекетіне негізделген электровакуумдық құрал. Аса жоғары жиілікті тербелістердің күшейткіші ретінде қолданылады.^[1][2]

Синусоидалық толқын[өңдеу]

Синусоидалық толқын - қандай да бір физикалық шаманың гармоникалық тербелістерінің ортада нақты анықталған жиілікпен таралуы.

Электромагниттік толқындар — байланыс тізбегін құрайтын екі сымның арасындағы электрлік және магниттік өрістер бір-бірімен белгілі бір электромагниттік энергия мөлшерінде байланыста болатын толқын.

Бағыттаушы байланыс жолы бойымен таралатын бірнеше электромагниттік толқындар. Оларға жататындар:

· электромагниттік көлденең толқын,

· жоғарғы ретті электр Е толқыны,

· жогарғы ретті магниттік Н толқын және

· аралас толқындар.

Көлденең толқын негізгі толқын болып саналады. Ол көлденең Е толқыны мен Н толқынынан тұрады. Сым бойымен бағытталған толқындар болмайды. Яғни, электромагниттік өрістің күш сызықтары тек қана сымның көлденең қимасыңда болып, тұрақты токтың статикалық кернеуінің өрісіндей болады. Көлденең толқын тек байланыс жолдары сымдарының потенциалдарының таңбасы әр түрлі болғанда ғана кездеседі. Көлденең толқын сымды байланыс жолымен жиілік ауқымы шектелген сигналдарды тарату үшін пайдаланылады. Яғни, симметриялы немесе коаксиал жүптарымен берілетін токтың негізі өткізгіштік ток болғанда пайдаланылады.

Электрлік Е мен магниттік толқындар жоғарғы ретті толқындар болып саналады. Оларда көлденең электр және магнит өрістерден басқа бір-бірден электрлік немесе магниттік бойлық толқындар болады. Сондықтан олардың күш сызықтары сымдардың көлденең қимасыңца да ұзына бойында жатады. Мұндай толқындар өте жоғары жиілік диапазонда қыздырылады. Ондағы токтың негізі өткізгіштік ток емес диэлектрлік ығыстыру тогы болады. Олар электромагниттік энергияны металл немеседиэлектрик толқын жолдарымен және сыртқы толқынды бір сым бойымен бергенде пайдаланылады.

Аралас толқындарда барлыгы алты (үш координатта) толқын компоненттері болады. Мұндай аралас толқындарга диэлектрлік толқын жолдардагы және сәуле тарататын жарықжол (сәулежол) толқындары жатады.

· 2. Ортаның қасиетіне байланысты кеңістікте белгілі бір жылдамдықпен таралатын электромагниттік өріс. Оның вакуумдегі таралу жылдамдығы

300 000 км/с (жарықтың таралу жылдамдығымен бірдей). Біртекті изотроптық ортада электрлік кернеулік (Е) және магниттік кернеулік (Н) бірбіріне және толқынның таралу бағытына перпендикуляр болады, яғни электромагниттік толқын колденең толқын болып табылады. Кеңістіктің кез келген нүктесінде Е және Н толқындарының фазасы бірдей болады. Е және H қашықтықтың (R) артуына қарай 1/R шамасына азайып отырады. Өрістердің осылай баяу өшуі — электромагниттік толқын арқылы аса үлкен қашықтықпен байланыс орнатуга жағдай жасайды. H толқын ұзындығы бойынша H >1012 см толқындар радиотолқындар қатарына, 5- 10-2 - 7,4-10-5 толқындар инфрақызыл толқындары қатарына жатады.^[1]

Қосымша[өңдеу]

Айнымалы электромагниттік өріс тербелістерінің кеңістікте таралуын электромагниттік толқын деп атайды. Максвеллдің болжамы бойынша электромагниттік толқын тогы бар өткізгіштің бойымен, диэлектрикте және электр зарядтары жоқ вакуумде де тарала алады. Максвелл теориясынан шығатын аса маңызды салдардың бірі — электромагниттік толқынның таралу жылдамдығының шектілігі. Оның есептеулері бойынша электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы:

м\с, (3.1)

мұндағы Ф\м — электрлік және Гн\м— магниттік тұрақтылар. Бұл электромагниттік өрістің іргелі қасиеті. Электромагниттік толқынның ортадағы таралу жылдамдығы Максвелл формуласы бойынша анықталады:

, (3.2)

мұндағы — ортаның сыну көрсеткіші, — ортаның диэлектрлік және — магниттік өтімділіктері.
Электромагниттік толқынның теориялық есептеулер арқылы табылған вакуумдегі жылдамдығы тікелей өлшенген жарық жылдамдығына тең болуының маңыздылығы ерекше. Жарық — электромагниттік толқын болып шықты.

Енді электромагниттік толқынның кеңістікте таралу механизмін қарастырайық. Осы түрленулерді жүзеге 3.5-сурет асыру үшін кеңістіктің кез келген бір аймағында өрістің біреуінің ұйытқуын туғызу қажет. 3.5-суретте құйынды электр және магнит өрістерінің ұйытқуының таралу процесі көрсетілген. Оны тепе-теңдік қалпында тербелетін немесе шеңбер бойымен тербеле қозғалатын электр заряды арқылы жүзеге асыруға болады. Кеңістіктің бір нүктесінде өте үлкен жиілікпен тербелетін электр зарядының айналасында, модулі мен бағыты периодты өзгеретін электр өрісінің кернеулік векторы пайда болады. Нақ осы мезетте модулі және бағыты да периодты түрде өзгеретін магнит өрісінің индукция векторы да туады. Бұл өрістің тербелістері жақын жатқан нүктелердегі электромагниттік тербелістер көзі болып табылады және оған бір-біріне перпендикуляр электр өрісінің кернеулік векторы мен магнит өрісі индукциясы векторының тербелістері кешігіп жетеді. Осылай электромагниттік өpic кеңістіктің барлық бағытында м\с жылдамдықпен электромагниттік толқын түрінде тарайды (3.6-сурет).

Электромагниттік толқындағы және векторларының кез келген нүктесіндегі тербеліс фазалары бірдей. Бірдей фазада тербелетін ең жақын екі нуктеніц арацашыцтыгы электромагниттік толқын шындығын береді:

(3.3)

Электромагниттік толқынның негізгі сипаттамасы — оның тербеліс жиілігі (немесе периоды ). Себебі электромагниттік толқын бір ортадан екінші ортаға өткенде толқын ұзындығы өзгереді, ал жиілігі өзгермей тұрақты күйде қалады. Электр өрісінің кернеулік және магнит өрісінің индукция векторларының тербеліс бағыттары толқынның таралу бағытына перпендикуляр. Демек, электромагниттік толқын — көлденең толқын. Электромагниттік толқынның таралу жылдамдығы кернеулік және индукция векторлары жататын жазықтықтарға перпендикуляр орналасады. Демек, электромагниттік толқындағы және векторлары бір-біріне және толқынның таралу жылдамдығының бағытына перпендикуляр. Егер бұрандасы оң бұрғыны векторынан векторына қарай айналдырса, онда бұрғының ілгерілемелі қозғалысы толқын жылдамдығының векторымен дәл келеді (3.6-сурет). Сонымен, электромагниттік толқындарды тербелуші электр зарядтарышығарып таратады. Бұл қалайша жүзеге асады?

Өткізгіштегі ток күші өзгергенде оның магнит өрісі де өзгереді. Ал ток күшінің өзгеруі өткізгіштегі электр зарядтарының қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне, яғни зарядтардың үдемелі қозғалысына байланысты. Және бұл эксперимент жүзінде дәлелденген. Ендеше, электромагниттік толқын электр зарядтарының үдемелі қозғалысы кезінде туындайды. Зарядтың үдеуі неғұрлым үлкен болса, туындаған толқынның интенсивтігі соғұрлым жоғары болады. Зарядталған бөлшек үдей қозғалғанда электромагниттік өріске тән инерттілік байқалады. Өріс үдей қозғалған зарядталған бөлшектен бөлініп шығады да, электромагниттік толқындар түрінде кеңістікте еркін тарала бастайды.^[2]

Электромагниттік өріс[өңдеу]

Электр өрісін электр заряды бар денелер туғызады. Бойымен электр зарядтары өтетін өткізгіштің төңірегінде магнит өрісі пайда болады. Қозғалмайтын зарядтың электр өрісі барлық уақытта да өзгеріссіз қалады. Бірқалыпты қозғалатын зарядтардың, яғни тұрақты электр тоқтарының төңірегінде пайда болатын магнит өрісі де өзгермейді.

Ал егер электр заряды бар бөлшектер тыныштық немесе бірқалыпты қозғалыс калпынан шығып, айнымалы қозғалыс жасаса, онда қандай өріс пайда болар еді? Бұл сұрақтың жауабын ағылшынның ұлы ғалымы Максвелл тапты.

Электр зарядтары айнымалы қозғалғанда, яғни кез келген айнымалы тоқта электр өрісі де, магнит өрісі де уақыт өтуіне қарай өзгеріп отырады. Сонымен қатар бұл өрістер, Максвеллдің 1865 жылғы теориялық пайымдауынша, өздерін біртұтас электро-магниттік өріс түрінде керсетеді.

Максвелл сегіз жыл бойы тынбай жүргізген физика-математикалық талдауларын 1873 жылы қорытындылады. Ол біртұтас электромагниттік өрістің теориясын жасады және оның бос кеңістікте де толқын түрінде тарай алатынын дәлелдеді. Максвеллдің электромагниттік өріс теориясының түйіні мынаған саяды.

· 1. Өзгеріп отыратын магнит өрісі кеңістікте өзгеріп отыратын электр өрісін тудырады.

· 2. Өзгеріп отыратын электр өрісі кеңістікте өзгеріп отыратын магнит өрісін тудырады.

Осылайша өзгеріп отыратын электр және магнит өрістері әр уақытта да өзара байланыста болады, сондықтан олардың ажырамас бірлігін электромагниттік өріс дейді. Электромагниттік өрісті көрнекі түрде бейнелеу үшін оны, бір жағынан, электр ерісінің Е кернеулік векторы арқылы, екінші жағынан, магнит өрісінін В индукция векторы арқылы сипаттап кескіндейді.

Электромагниттік өріс — ақиқат нәрсе. Ол материя формасының бір түрі болып табылады. Материя формасының екінші түрі зат.

Электр зарядтары айнымалы қозғалыс (мысалы, тербеліс) жасағанда, олардың туғызатын айнымалы электромагнитгік өрісі кеңістіктің бір нүктесінен екінші нүктесіне тарайды.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: