Взаимодействие с телами и границами раздела сред

Если на пути волны встречается какой-либо дефект среды, тело или граница раздела двух сред, то это приводит к искажению нормального распространения волны. В результате этого наблюдаются следующие явления:

• Отражение

• Преломление

• Рассеяние

• Дифракция

• Резонанс

Конкретные эффекты, возникающие при этих процессах, зависят от свойств волны и характера препятствия.

Наложение волн

Излучения с разной длиной волны, но одинаковые по физической природе, могут интерферировать. При этом могут возникнуть следующие частные эффекты:

• стоячие волны;

• бегущие волны;

• биения – периодическое уменьшение и увеличение амплитуды суммарного излучения;

• волновой пакет – образующиеся максимумы амплитуды имеют прерывистое распределение (волновой пакет Гаусса);

• эффект Доплера – изменение длины и амплитуды волн при движении приёмника или источника излучения.

Контролируемые биения используют для передачи информации. Существует передача информации с помощью амплитудной, частотной, фазовой и поляризационной ^[35] модуляции.

Конечный результат проявления от встречи волн зависит от их свойств: физической природы, когерентности, поляризации и т.д.

18. Концепция атомизма и ее развитие. Постулаты Бора

Атомистический материализм Демокрита

Концепция атомизма была предложена представителем досократического периода развития древнегреческой философии Левкиппом ещё в V в. и развита его учеником Демокритом Абдерским. Основным предметом философствования у досократиков был космос. Согласно их учению, существуют только атомы и пустота. Атомы – мельчайшие неделимые, не возникающие и неисчезающие, качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) частицы, обладающие определённой формой. Демокрит предложил вариант объяснения строения мира Он описал мир как систему атомов в пустоте, отвергая бесконечную делимость материи, постулируя не только бесконечность числа атомов во Вселенной, но и бесконечность их форм. Атомы, согласно этой теории, движутся в пустом пространстве (Великой Пустоте, как говорил Демокрит) хаотично, сталкиваются и вследствие соответствия форм, размеров, положений и порядков либо сцепляются, либо разлетаются. Образовавшиеся соединения держатся вместе и таким образом производят возникновение сложных тел. Само же движение – свойство, естественно присущее атомам. Тела – это комбинации атомов. Разнообразие тел обусловлено как различием слагающих их атомов, так и различием порядка сборки, как из одних и тех же букв слагаются разные слова. Так, например, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать; у твёрдых тел они шероховаты, поэтому они накрепко сцепляются друг с другом; у воды – гладки, поэтому она способна течь. Даже душа человека, согласно Демокриту, состоит из атомов. Это учение получило название «атомистический материализм».

Древнегреческий философ-материалист Эпикур (341–270 гг. до н.э.) признает, что тела состоят из атомов. Отличие физики Эпикура от физики Демокрита состоит в понимании движения атомов. Демокрит утверждал, что движение атомов в пустоте определяется внешней механической необходимостью. Эпикур же считал, что атомы свободно отклоняются от прямолинейного движения. При движении атомы самопроизвольно отклоняются от прямолинейного движения и переходят в криволинейное. В этом состоит оригинальный вклад Эпикура в развитие атомистики. Самоотклонение атомов необходимо Эпикуру для того, чтобы объяснить их столкновение между собой. Этим он объясняет свободу, которая присуща атомам: под действием тяжести атомы двигаются или по прямой, или беспорядочно, и при этом происходят случайные отклонения и столкновения.

Корпускулярно-кинетическая теория

М.В. Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из корпускул – молекул, которые являются «собраниями» элементов – атомов. В своей диссертации «Элементы математической химии» учёный даёт такое определение: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел. Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу». М.В.Ломоносов указывает на различие «однородных» корпускул, то есть состоящих из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом», и «разнородных» – состоящих из различных элементов. Тела, состоящие из однородных корпускул, то есть простые тела, он называет началами. На основании этих убеждений, Ломоносов создает «корпускулярно-кинетическую теорию тепла. Достаточное основание теплоты, по Ломоносову, заключается «в движении какой-то материи», так как при прекращении движения уменьшается и теплота, а движение не может произойти без материи; «во внутреннем движении материи», так как недоступно чувствам; «во внутреннем движении собственной материи» тел, то есть не посторонней и «во вращательном движении частиц собственной материи тел».

Учёный указывает на шарообразную форму элементов. Именно Ломоносову принадлежит мысль о «внутреннем вращательном» («коловратном») движении частиц», сущность которого заключается в том, что повышение температуры тела связано со скоростью вращения корпускул

Теория Дж. Дальтона

Первым действительно научным обоснованием атомистической теории, убедительно продемонстрировавшим рациональность и простоту гипотезы о том, что всякий химический элемент состоит из мельчайших частиц, явилась работа английского школьного учителя математики Дж.Дальтона (1766–1844), статья которого, посвященная этой проблеме, появилась в 1803. Атомные постулаты Дальтона имели то преимущество перед абстрактными рассуждениями древнегреческих атомистов, что его законы позволяли объяснить и увязать между собой результаты реальных опытов, а также предсказать результаты новых экспериментов. Он постулировал, что: 1) все атомы одного и того же элемента тождественны во всех отношениях, в частности, одинаковы их массы; 2) атомы разных элементов имеют неодинаковые свойства, в частности, неодинаковы их массы; 3) в соединение, в отличие от элемента, входит определенное целое число атомов каждого из составляющих его элементов; 4) в химических реакциях может происходить перераспределение атомов, но ни один атом не разрушается и не создается вновь. (В действительности, как выяснилось в начале 20 в., эти постулаты не вполне строго выполняются, т.к. атомы одного и того же элемента могут иметь разные массы, например водород имеет три такие разновидности, называемые изотопами; кроме того, атомы могут претерпевать радиоактивные превращения и даже полностью разрушиться, но не в химических реакциях, рассматривавшихся Дальтоном.) Основанная на этих четырех постулатах атомная теория Дальтона давала самое простое объяснение законов постоянных и кратных отношений. Однако она не давала никаких представлений о строении самого атома.

Броуновское движение

Шотландский ботаник Роберт Броун в 1827 году проводил исследования пыльцы растений. Он, в частности, интересовался, как пыльца участвует в процессе оплодотворения. Как-то он разглядывал под микроскопом выделенные из клеток пыльцы взвешенные в воде удлиненные цитоплазматические зерна. Неожиданно Броун увидел, что мельчайшие твердые крупинки, которые едва можно было разглядеть в капле воды, непрерывно дрожат и передвигаются с места на место. Он установил, что эти движения, по его словам, «не связаны ни с потоками в жидкости, ни с ее постепенным испарением, а присущи самим частичкам». Наблюдавшееся Броуном явление назвали «броуновским движением». Объяснение броуновского движения движением невидимых молекул было дано только в последней четверти XIX в., но далеко не сразу было принято всеми учеными. В 1863 году преподаватель начертательной геометрии Людвиг Кристиан Винер (1826–1896) предположил, что явление связано с колебательными движениями невидимых частиц.

Открытие электрона

Реальное существование молекул было окончательно подтвержд подтверждено в 1906 году опытами по изучению закономерностей броуновского движения французского физика Жана Перрена.

В период, когда Перрен выполнял свои исследования катодных и рентгеновских лучей, еще не было выработано единого мнения относительно природы катодных лучей, испускаемых отрицательным электродом (катодом) в вакуумной трубке при электрическом разряде. Некоторые ученые полагали, что эти лучи представляют собой разновидность светового излучения, однако в 1895 году исследования Перрена показали, что они являются потоком отрицательно заряженных частиц. Атомная теория утверждала, что элементы составлены из дискретных частиц, называемых атомами, и что химические соединения состоят из молекул, частиц большего размера, содержащих два или более атомов. К концу XIX в. атомная теория получила широкое признание среди ученых, особенно среди химиков. Однако некоторые физики полагали, что атомы и молекулы – это не более чем фиктивные объекты, которые введены из соображения удобства и полезны при численной обработке результатов химических реакций. 

Джозеф Джон Томсон, модифицировав эксперимент Перрена, подтвердил его выводы и в 1897 году определил важнейшую характеристику этих частиц, измерив отношение их заряда к массе по отклонению в электрическом и магнитном полях. Масса оказалась примерно в 2 тыс. раз меньше массы атома водорода, легчайшего среди всех атомов. Вскоре стало распространяться мнение, что эти отрицательные частицы, названные электронами, представляют собой составную часть атомов.

Постулаты Бора — основные допущения, сформулированные Нильсом Бором в 1913 году для объяснения закономерности линейчатого спектра атома водорода и водородоподобных ионов (формула Бальмера-Ридберга) и квантового характера испускания и поглощения света. Бор исходил из планетарной модели атома Резерфорда.