§7. Эффект Доплера

Изменение частоты колебаний, воспринимаемой приемником при движении источника этих колебаний и приемника относительно друг друга называется эффектом Доплера.

Источник и приемник движутся вV_ист.V_пр, они считаются больше нуля, если источник приближается к приемнику, если удаляются, то меньше нуля.

₀ – частота колебаний источника.

1. Источник и приемник покоятся относительно среды:

V_ист.=0, V_пр=0, V – скорость распространения звуковой волны.

Распространяясь в среде волна достигнет приемника и вызовет колебания его звукочуствительного элемента с частотой

Частота звука, которую зарегистрирует приемник, равна частоте, с которой звуковая волна излучается источником.

2. Приемник приближается к приемнику, а источник покоится:

V_ист.=0, V_пр>0, V_пр – скорость распространения волны относительно приемника.

V=V+V_пр;

Частота колебаний, воспринимаемая приемникомв раз больше частоты колебаний источника.

3. Источник приближается к приемнику, а приемник покоится:

V_ист.>0,V_пр=0

За время равное периоду колебаний источника излученная им волна пройдет в направлении к приемнику расстояние равное =VT, независимо от того движется источник или покоится. За этоже время источник пройдет в направлении волны расстояние V_истT, то есть длина волны сократится и станет равной

=–_ист.=–V_ист.T; T=T(V–V_ист.); ₀==

Частота колебаний, воспринимаемая приемником увеличитсяв раз.

4. Источник и приемник движутся относительно друг друга:

Положительно, если сближение и отрицательно, если отдаление.

§8. Ультразвук и его применение

Для получения ультразвука используются два явления:

1. Обратный пьезоэлектрический эффект – это возникновение деформации в вырезанной определенным образом кварцевой пластинке под действием электрического поля.

2. Магнитострикция – это возникновение деформации в ферромагнетиках под действием магнитного поля (ферромагнитный стержень в магнитном поле  колебания (резонанс)).

Применение:

• подводная сигнализация;

• обнаружение предметов под водой;

• определение глубины;

• ультразвуковая дефектоскопия;

• акустоэлектроника (приборы для обработки сигнальной информации);

• для воздействия на любые процессы;

• механическая обработка хрупких тел;

• медицина.

§9. Свойства механических волн

Интерференция механической волны.

При определенных условиях волны в одних случаях усиливают друг друга, в других – ослабляют. Необходимым условием для этого является когерентность волн.

Когерентные волны – это волны одной длины волны (частоты), разность фаз, которых не меняется во времени.

При интерференции двух встречных когерентных волн наблюдается стоячая волна.

Дифракция механической волны

Дифракция механической волны – это явление огибания волнами препятствий, размеры которых сравнимы с длиной волны.

Отражение механических волн от границы двух сред.

§10. Электромагнитные волны

Максвелл показал, что всякое изменение во времени магнитного поля порождает поле электрическое, изменение электрического поля возбуждает магнитное.

Основы теории Максвелла для электромагнитного поля

В основе этой теории лежит два постулата:

1. Переменное магнитное поле поражает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле.

2. Переменное электрическое поле порождает в окружающем пространстве переменное магнитное поле.

Следствием теории Максвелла является существование электромагнитного поля в виде электромагнитных волн.

Электромагнитная волна – это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. В основе образования электромагнитных волн лежат взаимные превращения магнитного и электрического полей.

Первое уравнение Максвелла

Отражает первый постулат. Обобщим закон электромагнитной индукции Фарадея

.

Для обнаружения существования в пространстве вихревого электрического поля по наводимой в нем ЭДС индукции возьмем проводящий замкнутый контур.

;;;;

Циркуляция вектора напряженности суммарного электрического поля по произвольному замкнутому контуру равна скорости изменения магнитного потока через поверхностьS опирающегося на контур, взятой с обратным знаком.

Физический смысл: источником вихревого электрического поля является переменное магнитное поле.

Второе уравнение Максвелла

Согласно теоремео циркуляции источником магнитного поля являются точки проводимости.Максвелл ввел еще один источник магнитного поля, который назвал током смещенияI_см, связанный с переменным электрическим полем, тогда по теореме о циркуляции получится .

Вводя вектора плотности тока и:.

Найдем выражение для рассмотрим цель, содержащую плоский конденсатор протекания переменного тока в цепи сопровождается плавным переходом на границе обкладок конденсатораI_пр в I_см существующей в пространстве между обкладками.

+ –

Ток проводимости – это направленное движение заряженных частиц. Ток смещения связан с переменным электрическим полем. Они имеют любую физическую природу , но сходны по способности создавать магнитное поле.

Циркуляция по произвольному замкнутому контуру равна сумме токов проводимости и смещения, охватываемых контуром умноженных на₀.

Физический смысл: источником магнитного поля являются токи проводимости и переменное электрическое поле.

Полная система уравнений Максвелла

В основе теории Максвелла лежат четыре уравнения:

Физический смысл (3) и (4): источником электростатического поля являются свободные и связанные заряды. Магнитных зарядов в переменном магнитном поле не существует.

Эту систему дополняют еще три уравнения описывающие связь между величинами в уравнениях Максвелла:

–закон Ома в дифференциальном виде (1).

(2)

(3)