Види хвиль у фізиці

Ми вже говорили, що для перенесення енергії за допомогою звукових хвиль потрібна матеріальна середу. Частинки речовини коливаються вгору-вниз або вперед-назад на міліметри, а енергія переноситься на багато кілометрів. Зауважимо, що речовина займає мізерно малий об’єм Всесвіту. Наприклад, вище 100 км над землею починається безповітряний простір. Супутники літають, починаючи з висоти 300 км, вони підтримують зв’язок із Землею за допомогою радіохвиль. Це означає, що радіохвилі здатні проходити через безповітряний простір. Всесвіт буквально заповнена радіохвилями. Отже, існують хвилі, для яких речова середу особливо не потрібна. До таких хвилях відносяться хвилі електричного поля, або кажучи простіше, електричні хвилі.
Симулювати електричні хвилі легко. Підвісимо на штативі дві повітряні кульки так, щоб вони ледь не торкалися одне одного. Потім потремо кульки про волосся і відпустимо. В результаті тертя частина електронів з волосся перейшла на кульки, які зарядилися негативно. Ще древні греки знали, що однойменні заряди відштовхуються. Ми побачимо, що кульки розійшлися і висять під кутом до стійки штатива. Їх утримують зустрічні електричні поля навколо кульок. Якщо один з кульок відхилити, дія його поля ослабне. Тоді другий кулька наблизиться до рівноважного стану, т. Е. До стійки штатива. Якщо перший кульку переміщати щодо стійки вперед-назад, другий кулька буде повторювати його переміщення. Так вібрація зарядженого тіла передається через коливання електричного поля іншому зарядженого тіла, змушуючи його вібрувати. Перенесення енергії за допомогою коливань поля і є хвиля поля, в даному випадку хвиля електрична.
Найважливішою енергетичної характеристикою хвилі є її частота. Оскільки джерелом електричного поля є найлегші частинки електрони, які можуть рухатися з величезною швидкістю, частота радіохвилі може досягати величезної величини. Наприклад, сучасне телебачення охоплює діапазон частот до 1 ГГц і більше. Це велика величина для радіохвилі. Іншою характеристикою хвилі є її довжина. Це відстань, на яку енергія переноситься за один період хвилі. Раніше для радіозв’язку використовували радіохвилі з довжиною в сотні метрів. У перших радіоприймачах шкала радіохвиль починалася з одного кілометра. Метровий діапазон був освоєний аналоговим телебаченням. Потім винайшли цифрове ТБ, в якому використовуються більш ще короткі хвилі. Те, що для стародавніх греків було іграшкою, в наш час перетворилося на потужний засіб зв’язку.
Незважаючи на очевидні успіхи радіотехніки, в розумінні природи радіохвилі досі немає повної ясності. За традицією вважається, що в радіохвилі коливання електричного поля супроводжуються коливаннями магнітного поля. Правда, при цьому робиться застереження, що магнітне поле самостійно не існує і енергію не переносить. Значить, в нашому енергетичному підході магнітне поле особливої ​​ролі не грає. В аналогічній ситуації ми вже стикалися з так званої силою інерції. Ця сила роботу теж не виробляє. Вона з’являється в результаті того, що обрана система відліку є неінерціальної. Можливо, магнітне поле теж з’являється в результаті неправильного вибору системи відліку.
Швидкість радіохвилі дорівнює швидкості світла. Це дало привід вважати світло електромагнітної хвилею з частотою порядку 1016 Гц. У нашому підході ця думка особливою інформативністю не володіє, оскільки магнітне поле енергію не переносить. Але ми не станемо відмовлятися від поняття магнітного поля. Теорія магнетизму формально добре опрацьована, її методи прості і надійні. Згадаймо, що в § 14 ми використовували Неінерційній систему відліку. Завдяки цьому формальному прийому обсяг обчислень скоротився в шість разів.
Кілька слів варто сказати про хвилі гравітації. Теорія стверджує, що для генерування хвилі гравітації необхідно, щоб масивне тіло рухалося з прискоренням прискорення. Таке можливо під дією змінної сили, наприклад, при проходженні комети поблизу Сонця. Комети нерідкі в нашому небі, але гравітаційні хвилі поки не зареєстровані. Можливо, амплітуда і період цих хвиль настільки надмірні, що ми їх просто не сприймаємо. Так невеликий веслоногий рачок, борсається на поверхні океану, не помічає, що під ним пройшла хвиля цунамі, так як його світ піднявся і опустився разом з ним.

Посилання на основну публікацію