Условия плавания тел в жидкостях и газах.

F_т — сила тяжести, F_А — сила Архимеда.

F_т = F_А — тело плавает в жидкости или газе,
F_т > F_А — тело тонет,
F_т < F_А — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

ρ _t — плотность тела, ρ _s — плотность среды, в которую погрузили тело.

ρ _t = ρ _s — тело плавает в жидкости или газе,
ρ _t > ρ _s — тело тонет,
ρ _t < ρ _s — тело всплывает до тех пор, пока не начнет плавать.

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны и их свойства. Открытие электромагнитных волн.

Английский ученый Джеймс Максвелл на основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

По представлениям Максвелла: при любом изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле и, наоборот, при любом изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрического молей должен непрерывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружающем пространстве. Процесс взаимопорождения электрических и магнитных полей происходит во взаимно перпендикулярных плоскостях. Переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле.

Электрические и магнитные поля могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Поэтому должно быть возможным распространение электромагнитных волн в вакууме.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так, изменение магнитного поля происходит при изменении тока в проводнике, а изменение тока происходит при изменении скорости зарядов, т. е. при движении их с ускорением. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, по расчетам Максвелла, должна быть приблизительно равна 300 000 км/с.

Впервые опытным путем получил электромагнитные волны немецкий физик Генрих Герц, использовав при этом высокочастотный искровой разрядник (вибратор Герца). Герц опытным путем определил также скорость электромагнитных волн. Она совпала с теоретическим определением скорости волн Максвеллом. Простейшие электромагнитные волны — это волны, в которых электрическое и магнитное поля совершают синхронные гармонические колебания.

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, равная отношению скорости электромагнитных волн в первой среде к спорости электромагнитных волн во второй среде, и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление дифракции электромагнитных волн, т. е. отклонение направления их распространения от прямолинейного, наблюдается у края преграды или при прохождении через отверстие. Электромагнитные полны способны к интерференции. Интерференция — это способность когерентных волн к наложению, в результате чего волны в одних местах друг друга усиливают, а в других местах — гасят. (Когерентные волны — это водны, одинаковые по частоте и фазе колебания.) Электромагнитные волны обладают дисперсией, т. е. когда показатель преломления среды для электромагнитных волн зависит от их частоты. Опыты с пропусканием электромагнитных волн через систему из двух решеток показывают, что эти волны являются поперечными.

При распространении электромагнитной волны векторы напряженности и магнитной индукции перпендикулярны направлению распространения волны и взаимно перпендикулярны между собой (рис. 31).Т.о. электромагнитная волна является поперечной.

Билет № 13

Механические колебания: основные характеристики гармонических колебаний; уравнение гармонических колебаний; свободные и вынужденные колебания; резонанс. Превращения энергии при гармонических колебаниях.

Колебание - движение, при котором тело (материальная точка) поочередно смещается то в одну, то в другую сторону. Условия, необходимые для наличия колебаний:

1)наличие возвращающей силы, возникшей в системе в результате выведения ее из положения равновесия;

2)отсутствие трения в системе (или очень мало);

3)система должна обладать инертностью.

Силу, под действием которой происходит колебательный процесс, называют возвращающей силой.

Колебания делятся также на периодические и непериодические

Простейшим видом периодических колебаний являются гармонические колебания, происходящие по закону синуса или косинуса.

Гармоническая колебательная система (система тел, совершающих колебания) обычно имеет одно положение, в котором может пребывать сколь угодно долго – положение равновесия О.

Отклонения от положения равновесия называют смещением, и обозначается Х, а наибольшее смещение (точки В или С) называется амплитудой колебания и обозначается А.

Периодические колебания совершаются циклично. Движение в течение одного цикла (когда тело, пройдя все промежуточные положения, возвращается в исходное) называется полным колебанием (О-С-О-В-О). Время одного полного колебания называется периодом колебания (обозначается Т).

Число колебаний в единицу времени называется частотой колебаний.

Число колебаний за 2π единиц времени называется циклической (круговой) частотой и обозначается ω:

График гармонических колебаний:

Математическая запись гармонических колебаний:

где – фаза колебания (физическая величина, определяющая положение колебательной системы в данный момент времени),

φ ₀ – начальная фаза колебания.

При гармонических колебаниях скорость и ускорение тела также могут изменятся по закону синуса или косинуса.

Простейшими колебательными системами являются:

а) математический маятник – материальная точка, подвешенная на невесомой нерастяжимой нити и совершающая колебания под действием силы тяжести.

Период колебания определяется уравнением:

Период Т зависит лишь от длины маятника и местоположения (удалённости от центра Земли или другого небесного тела), которое определяется величиной ускорения свободного падения;

б) пружинный маятник – материальная точка, закреплённая на абсолютно упругой пружине.

Период колебания определяется уравнением:

где m – масса материальной точки,

к – коэффициент упругости пружины.

Характерной особенностью колебательного движения является периодическое превращение кинетической энергии тела в потенциальную и обратно.

2. Принципы радиосвязи: амплитудная модуляция и детектирование. Развитие средств связи. Радиолокация. Радиосвязь на ж/д транспорте.

Ток высокой частоты создает в антенне электромагнитную волну, которая распространяется в пространстве. Электромагнитная волна, достигнув, приемную антенну

создает в ней ток такой же частоты, которую излучил передатчик.

Генератор незатухающих колебаний, изобретенный в 1913году, позволил осуществлять надежную и качественную радиотелефонную связь на большие расстояния.

Радиотелефонная связь.

В микрофоне колебания воздуха в звуковой волне превращаются в электрические колебания такой же формы.

К сожалению, такие колебания нельзя передавать на большие расстояния. Электромагнитные волны низкой (звуковой ) частоты не излучаются.

Модуляция.

Чтобы передавать звуковые волны, необходимо высокочастотные колебания менять с помощью электрических колебаний звуковой частоты. Изменение высокочастотных колебаний, выработанных генератором, в соответствии с электрическими колебаниями звуковой частоты называется модуляцией. Изменять можно амплитуду высокочастотных колебаний – это амплитудная модуляция.

На рисунке мы видим три графика: а) график несущей частоты – колебания высокой частоты;

б) график электрических колебаний низкой частоты – модулирующие колебания; в) график колебаний модулированных по амплитуде – радиоволна.

Ни телевидение, ни телеграф, ни телефон, ни радио не работают, если высокочастотную волну не модулировать. Это необходимый процесс, который происходит в высокочастотной колебательной системе.

Иногда применяют частотную модуляцию, при которой происходит изменение частоты колебаний в соответствии с управляющим сигналом.

Детектирование.

Процесс выделения из модулированных колебаний высокой частоты низкочастотных колебаний называется детектированием.

Модулированный сигнал не вызывает колебания звуковой частоты громкоговорителя или мембраны телефона. Выделение низкочастотного колебания из модулированного сигнала осуществляется устройством с односторонней проводимостью – детектором. Это может быть полупроводниковый диод или вакуумный диод.

Если последовательно с источником модулированных колебаний и резистором включить полупроводниковый диод, то ток будет течь в одном направлении. Этот ток будет пульсирующим.

С помощью фильтра (конденсатора с резистором) пульсации тока сглаживаются. Когда на диод попадает ток, то часть его идет на нагрузку, а часть на конденсатор, заряжая его. Разделение тока уменьшает пульсации тока, который идет через резистор. Когда диод не пропускает ток, конденсатор разряжается через нагрузку. Новый импульс подзаряжает конденсатор. Через резистор течет ток звуковой частоты, который подается на мембрану громкоговорителя.

Мембрана передает колебания диффузору, а он и мы слышим речь, музыку.

Простейший радиоприемник.

Основные части: антенна, колебательный контур, связанный с антенной, контур цепи, в который входят детектор, конденсатор, телефон.

Билет № 14

1. Механические волны. Распространение колебаний в упругой среде. Поперечные и продольные волны.Характеристики волны. Звуковые волны. Громкость и высота звука.

ВОЛНЫ

Волны могут быть разной природы: механические, электромагнитные и т.д.
Мы будем рассматривать механические волны.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ

Волна- это колебания, распространяющиеся в пространстве в течение времени.
Механические волны могут распространяться только в какой- нибудь среде (веществе): в газе, в жидкости, в твердом теле. В вакууме механическая волна возникнуть не может.
Источником волн являются колеблющиеся тела, которые создают в окружающем пространстве деформацию среды.

Для возникновения волны нужна деформация (наличие Fупр) среды.
Для распространения волны нужна упругая среда.
Бегущая волна - волна, где происходит перенос энергии без переноса вещества.
Бегущая упругая волна- волна, где есть перенос энергии и возникает F упругости в среде распространения.
Среди механических волн мы будем рассматривать бегущие упругие волны.

Механические волны делятся на:
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.

При распространении волны происходит перенос энергии без переноса вещества.

Скорость, с которой распространяется возмущение в упругой среде, называют скоростью волны. Она определяется упругими свойствами среды. Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней (Т), называется длиной волны λ (ламбда).

Звуковые волны — это продольные механические волны, вызывающие слуховые ощущения. Диапазон слышимых частот от 16 до 20000 Гц. Скорость звука в различных средах разная, в твердых телах и жидкостях она значительно больше, чем в воздухе. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний, а высота звука определяется частотой колебаний.

На границе сред с упругими свойствами звуковая волна отражается. С явлением отражения звука связано эхо. Это явление состоит в том, что звук от источника доходит до какого-то препятствия, отражается от него и возвращается к месту, где он возник, через промежуток времени не менее 1/15 с. Через такой интервал времени человеческое ухо способно воспринимать раздельно следующие один за другим звуки.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒