Лекция
1
Лекция 1
Волны
1. Введение
Начинается третий семестр изучения физики, третий этап. Разделение материала, объединенного названием “Физика” на три части, конечно, прежде всего связано с тем обстоятельсьвом, что мы изучаем этот предмет три семестра. Но такое деление оказывается достаточно логичным и с точки зрения содержания его (курса) разделов.
Вначале мы занимались механическим движением. Вообще говоря, описание движения тел макроскопических разительно отличается от описания движения молекул. В этом последнем случае нам пришлось использовать непривычный вероятностный способ описания. Он оказался необходимым потому, что невозможно “точно” описать движение тех огромных, невообразимо огромных количеств молекул, с которыми приходится имеет дело в молекулярной физике.
Но, тем не менее, мы, по существу, описывали движение молекул как чисто механическое, но скоро нам придется в определенной мере отказаться от такого способа и использовать мало похожий на механический способ волнового описания их движения. И здесь опять встанет вопрос о вероятностях, но необходимость в вероятностном подходе будет уже связана с другими обстоятельствами, не свзанными с количеством частиц. Впрочем, сколько-нибудь подробно мы сможем говорить об этом значительно позже.
Затем мы занимались обсуждением явлений электричества и магнетизма. Объединение названия этих явлений в одно слово “электромагнитные” обусловлено не просто вопросами удобства, мы могли и пытались проследить, выяснить глубокую связь электрических и магнитных явлений. И можно еще вспомнить, что если электростатика связана с изучением взаимодействия действительно неподвижных, “статичных” зарядов, то магнитостатика оказывается вовсе не статикой, все магнитные явления связаны с движением зарядов.
Но особо важно то, что при описании электромагнитных явлений нами использовалось понятие поля, прежде всего поля статического. В конце концов мы пришли к необходимости описывать явления при изменении во времени поля электрического и поля магнитного, явлений электромагнетизма и магнитоэлектричества. Заметим, что, ограничиваясь достаточно медленными движениями зарядов мы решали задачи квазистатические: в полном соответствии с экспериментом электрические поля не слишком быстро движущихся зарядов мы считали совпадающими с полями зарядов неподвижных.
Мы закончили наш разговор об электромагнитных явлениях уравнениями Максвелла, “вобравших” в себя все многообразие этих явлений и, наконец, выяснили, что одно из возможных решений этих уравнений - это электромагнитная волна. До того мы говорили еще и о механических волнах, а вот теперь мы приступаем к обсуждению волновых явлений на новом уровне. С одной стороны мы будем говорить о волнах самой разной природы, о способах их возбуждения и об их распространении, а с другой - об общих закономерностях или проявлениях волнового характера движения, не связанных с конкретной природой волны. Поэтому, если сказать о предмете предстоящих нам в этом семестре разговоров очень коротко, то можно охарактеризовать его одним словом “волны”.
За этим словом стоит огромное количество весьма разнообразных явлений, огромное, можно сказать, неисчерпаемое количество вопросов “как” и “почему”, “при каких условиях”, “какова природа волны” и прочих вопросов. Конечно, исчерпаемы наши знания о волнах, в принципе исчерпаемы. Мы будем обсуждать здесь лишь небольшую часть этих “знаний”, прежде всего, естественно, самых элементарных. Но, видимо, нам не раз придется убедиться, что мы знаем о волнах не очень много и что-то будет казаться непонятным. Часто описание явлений будет требовать слишком сложного для нас математического аппарата, мы в таких случаях будем пользоваться приблизительным количественным, иногда лишь качественным описанием. И в этой связи хочется сделать такое замечание.
Если Вам кажется, что какое-то явление очень просто, элементарно, то это часто означает лишь то, что либо мы просто не говорим о сложностях явления, либо не понимаем этих сложностей. Но, конечно, мы все время должна стремиться к возможно лучшему их пониманию и - постарайтесь возможно хорошо понять простые явления, только тогда и явления более сложные будут для Вас не совсем непонятными.