Сложение двух гармонических колебаний одинакового направления и частоты

При сложении двух гармонических колебаний одинакового направления и частоты, результирующее смещение будет суммой ( ) смещений и , которые запишутся следующими выражениями:

, , Сумма двух гармонических колебаний также будет гармоническим колебанием той же круговой частоты: = . Значения амплитуды А и начальной фазы φ этого гармонического колебания будет зависеть от амплитуд исходных колебаний и их начальных фаз

Сложение двух гармонических колебаний с неодинаковыми частотами. (Биения и модуляции)

Если частоты колебаний и , неодинаковы, векторы А1 и А2 будут вращаться с различной скоростью. В этом случае результирующий вектор А пульсирует по величине и вращается с не постоянной скоростью. Результирующим движение уже будет не гармоническое колебание, а сложный колебательный процесс.

60. Распространение колебаний в упругой среде. Количественная характеристика волны – поперечные и продольные волны.

Среда называется упругой, если между ее частицами существуют силы взаимодействия, препятствующие какой-либо деформации этой среды. Когда какое-либо тело совершает колебания в упругой среде, то оно воздействует на частицы среды, прилегающие к телу, и заставляет их совершать вынужденные колебания. Среда вблизи колеблющегося тела деформируется, и в ней возникают упругие силы. Эти силы воздействуют на все более удаленные от тела частицы среды, выводя их из положения равновесия. Постепенно все частицы среды вовлекаются в колебательное движение. а) продольные - колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды. - возникают в любой среде (жидкости, в газах, в тв. телах).

б) поперечные -колебания среды происходят перпендикулярно направлению их распространения, при этом происходит сдвиг слоев среды. - возникают только в твердых телах.

61. Свободные электрические колебания в контуре.

Периодические изменения заряда q, силы тока I и напряжения U называют электрическими колебаниями. Свободные электрические гармоническое колебания происходят в колебательном контуре по закону

q = q0 cos (ωt + φ0).

При свободных колебаниях происходит периодическое превращение электрической энергии, запасенной в конденсаторе, в магнитную энергию катушки, и наоборот. Полная электромагнитная энергия в идеальном колебательном контуре остается постоянной:

Собственная частота свободных колебаний равняется

Период свободных колебаний равен:

Колебания, возникающие в колебательной системе под действием периодически изменяющихся внешних сил, называются вынужденными.

62. Превращение энергии в колебательном контуре.

Электромагнитные колебания — это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур. Колебательный контур — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора. Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток. Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор. Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении. Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током , и наоборот

63. Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по           формуле Томсона . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью

Электрическая ёмкость (конденсатора), размерность в СИ -			Ф
Индуктивность (катушки), размерность в СИ -		Гн
Период (электрических колебаний), размерность в СИ -	c
Число Пи

64. Вынужденные электрические колебания. Переменный ток.

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Внешним источником ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока, работающие на электростанциях.

Это уравнение вынужденных электрических колебаний, которое совпадает с аналогичным уравнением механических колебаний. Его решение имеет вид:

,

Переменный ток — это ток, периодически изменяющийся со временем. Он представляет собой вынужденные электрические колебания, происходящие в электрической цепи под действием периодически изменяющейся внешней ЭДС. Периодом переменного тока называется промежуток времени, в течение которого сила тока совершает одно полное колебание. Частотой переменного тока называется число колебаний переменного тока за секунду.

65. Генератор переменного тока.

Генератор переменного тока представляет собой катушку, которая вращается в магнитном поле, созданном постоянными магнитами или специальными обмотками, которые называют обмотками возбуждения. При этом во вращающейся обмотке наводится переменная эдс, поскольку при вращении происходит постоянная смена полярности магнитного потока в катушке.  Генераторы переменного тока бывают разные, различного назначения и мощности. Одни из самых больших генераторов установлены в огромных залах электростанций. Другие, относительно небольшой мощности, присутствуют в каждом автомобиле. Генераторы переменного тока есть на кораблях, самолетах и космических кораблях. Ведь для того, чтобы преобразовать энергию вращения в электрическую, сначала нужно получить только переменный ток. 

66. Производство и преобразование электроэнергии.

электроэнергия — физический термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества электрической энергии, выдаваемой генератором в электрическую сеть или получаемой из сети потребителем. Основной единицей измерения выработки и потребления электрической энергии служит киловатт-час (и кратные ему единицы). Для более точного описания используются такие параметры, как напряжение, частота и количество фаз (для переменного тока), номинальный и максимальный электрический ток.

Теплоэлектростанции

Гидроэлектростанции

Атомные станции

Виды преобразования электроэнергии :

1. Выпрямление переменного тока — преобразование переменного тока (обычно промышленной частоты) в постоянный ток. Этот вид преобразования получил наибольшее развитие, так как часть потребителей электрической энергии может работать только на постоянном токе (электрохимические и электрометаллургические установки, линии передачи постоянного тока, электролизные ванны, заряжаемые аккумуляторные батареи, радиотехническая аппаратура и т.д.), другие же потребители имеют на постоянном токе лучшие характеристики, чем на переменном токе (регулируемые электродвигатели).

2. Инвертирование тока — преобразование постоянного тока в переменный. Инвертор применяется в тех случаях, когда источник энергии генерирует постоянный ток (электромашинные генераторы постоянного тока, аккумуляторные батареи и другие химические источники тока, солнечные батареи, магнитогидродинамические генераторы и т.д.), а для потребителей нужна энергия переменного тока. В ряде случаев инвертирование тока необходимо при других видах преобразования электрической энергии (преобразование частоты, преобразование числа фаз).

3. Преобразование частоты — преобразование переменного тока одной частоты (обычно 50 Гц) в переменный ток другой частоты. Такое преобразование необходимо для питания регулируемых электроприводов переменного тока, установок индукционного нагрева и плавки металлов, ультразвуковых устройств и т. д.

4. Преобразование числа фаз. В ряде случаев встречается необходимость в преобразовании трехфазного тока в однофазный (например, для питания дуговых электропечей) или, наоборот, однофазного в трехфазный. Так, на электрифицированном транспорте используется контактная сеть однофазного переменного тока, а на электровозах используются вспомогательные машины трехфазного тока. В промышленности используются трехфазно-однофазные преобразователи частоты с непосредственной связью, в которых наряду с преобразованием промышленной частоты в более низкую происходит и преобразование трехфазного напряжения в однофазное.

67. Интерференция и дифракция света.

Интерференция света в оптике - это явление пространственного перераспределения светового потока, происходящее при наложении двух когерентных волн (если частота одинаковая и постоянная разность фаз, то волны когерентные или монохромные волны с постоянной рвзностью фаз); проявляется возникновением максимумов и минимумов интенсивности.

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

68. Дисперсия и поглощение света. Дисперсионный спектр.

Электромагнитные волны могут распространяться не только в пустоте, но и в различных средах. Но только в вакууме скорость распространения волн постоянна и не зависит от частоты. Во всех остальных средах скорости распространения волн различной частоты неодинаковы. Так как абсолютный показатель преломления зависит от скорости света в веществе  ( ), то экспериментально наблюдается зависимость показателя преломления от длины волны – дисперсия света.

Поглощение света, уменьшение интенсивности оптического излучения (света), проходящего через материальную среду, за счёт процессов его взаимодействия со средой. Световая энергия при Поглощение света переходит в различные формы внутренней энергии среды; она может быть полностью или частично переизлучена средой на частотах, отличных от частоты поглощённого излучения.

Основной закон, описывающий Поглощение света, — закон Бугера , который связывает интенсивности I света, прошедшего слой среды толщиной l, и исходного светового потока I₀. Не зависящий от I, I₀ и l коэффициент k_l называется поглощения показателем (ПП, в спектроскопии — поглощения коэффициентом); как правило, он различен для разных длин света l.

Дисперсионный спектр-- это разложение луча света на цвета (например можно увидеть на лазерном диске если поворачивать его под разными углами к свету). В рез-те разложения (дисперсии) белого цвета возникает "радуга" - это и есть дисперсионный спектр. Иными словами, это составные части белого цвета.

69. Электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн.

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.

Конечно, электромагнитные волны обладают всеми основными свойствами волн.     Они подчиняются закону отражения волн: угол падения равен углу отражения. При переходе из одной среды в другую преломляются и подчиняются закону преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к скорости электромагнитных волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

70. Скорость распространения электромагнитной волны.

Э лектромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом свое поведение).  Групповая скоростьраспространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света.

 Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10^–12 Ф/м, μ₀ = 1,25664·10^–6 Гн/м.

71. Электромагнитные излучения в различных длинах волн.

Название диапазона		Длины волн,	Частоты, ν	Источники
Радиоволны	Сверхдлинные	более 10 км	менее 30 кГц	Атмосферные и магнитосферные явления. Радиосвязь.
	Длинные	10 км — 1 км	30 кГц — 300 кГц
	Средние	1 км — 100 м	300 кГц — 3 МГц
	Короткие	100 м — 10 м	3 МГц — 30 МГц
	Ультракороткие	10 м — 1 мм	30 МГц — 300 ГГц[4]
Инфракрасное излучение		1 мм — 780 нм	300 ГГц — 429 ТГц	Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях.
Видимое (оптическое) излучение		780—380 нм	429 ТГц — 750 ТГц
Ультрафиолетовое		380 — 10 нм	7,5·1014 Гц — 3·1016 Гц	Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов.
Рентгеновские		10 нм — 5 пм	3·1016 — 6·1019 Гц	Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц.
Гамма		менее 5 пм	более 6·1019 Гц	Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад.

72. Поляризация света - Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но преимущественно в двух направлениях - горизонтальном и вертикальном. «Вертикальная» составляющая приносит глазу человека полезную информацию, позволяя распознавать цвета и контраст. А "горизонтальная" составляющая создает "оптический шум" или блеск.

73. Геометрическая оптика, как предельный случай волновой оптики.

Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств. В основе геометрической оптики лежат несколько простых эмпирических законов:

1. Закон прямолинейного распространения света

2. Закон независимого распространения лучей

3. Закон отражения света

4. Закон преломления света (Закон Снелла)

5. Закон обратимости светового луча. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.

74. Отражение и преломление света. Показатель преломления. Полное отражение.

Отраже́ние — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения). Преломле́ние (рефра́кция) — изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.

П оказа́тель преломле́ния вещества — величина, равная отношению фазовых скоростей света (электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде . Также о показателе преломления говорят для любых других волн, например, звуковых.

Полное отражение наблюдается для электромагнитных или звуковых волн на границе раздела двух сред, когда волна падает из среды с меньшей скоростью распространения (в случае световых лучей это соответствует большему показателю преломления).

75. Ско́рость све́та в вакууме — абсолютная величина  скорости  распространения  электромагнитных волн в вакууме. скорость света = 299 792 458 м / с, в физике, для удобства используется как 3*10⁸

76.Постулаты Эёнштейна.

1  принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета. Все физические, химические, биологические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково.

2  принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме постоянна и одинакова по отношении» к любым инерциальным системам отсчета. Она не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости его приемника. Ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.