КулЛиб электронная библиотека
Всего книг - 480650 томов
Объем библиотеки - 715 Гб.
Всего авторов - 223223
Пользователей - 103734

Впечатления

kiyanyn про серию Мартин Нэгл

Если "Уровень шума" — вполне достойный рассказ, то вот что касается "Коммерческой тайны"...

Я сам вроде как работаю в науке, но всегда были мысли как раз строго противоположные — не что нужно разрешить патентовать физические и математические законы, грубо говоря, как того решительно требует положительный ГГ, а что напротив — сейчас патентная система (которая, возможно, когда-то и была "движителем прогресса") вкупе с системой грантов науку быстро и надежно убивает...

Рейтинг: +2 ( 3 за, 1 против).
kiyanyn про Дмитраковский: Комсомолец поневоле (Альтернативная история)

Думал, что хуже "Паши-конфиската" автор уже все равно ничего не напишет, и взял поглазеть это творение.

Как оказалось, я глубоко был неправ в своих ожиданиях.

Совершенно нечитаемо.

Рейтинг: +1 ( 2 за, 1 против).
DXBCKT про Бояндин: Привкус Древности (Научная Фантастика)

Крайний рассказ в данном сборнике (который я читал с большими перерывами уже наверно месяца 2-3). В нем как и в прочих «во главу угла» поставлено нежданное ОБРЕТЕНИЕ мечты, в которую уже устал верить.

Единственным отличием (пожалуй тут) является что на этот раз эта неожиданная находка принесла не сколько горе, а некое счастье... Конечно все здесь можно отнести к простой удаче: мол жил некий неудачник, которому внезапно «свезло»... И зажил он припеваючи, богато и сытно... Нда... только вот все (как всегда не так уж просто). С одной стороны «сбыча мечт» помогла ГГ почувствовать себя «удачником», который еще не обрел приставки «не..» С другой стороны — вместо вполне обоснованного счастья все же остались некие сомнения и некая тревога... И здесь автор (как всегда) ставит многоточие... Я же (лично) думаю что основная мысль тут отнюдь не в финале, а в размышлениях «неудачника» (каким ГГ чувствовал себя в начале рассказа)

Цитата дня)): «...старость — это не когда тебе требуется клюка, что бы передвигаться и во рту недостает большинства зубов. Старость — это когда недостаточно смелости что бы бросить выбор судьбе и начать сначала. Не трястись над жалкими крохами, оставшимися от последних неудач... От этого откровения Фаддервел поседел. Мысль была простой и убийственно верной. Ты постарел Фаддервел. Все что ты можешь теперь — жаловаться на превратности судьбы кувшину с вином. Потому что всем остальным собеседникам ты уже осточертел... Тусклый рассвет, тусклый день. Фаддервел некоторое время боролся с малодушием, но в конце концов малодушие победило. Как и прежде».

Рейтинг: +2 ( 2 за, 0 против).
DXBCKT про Бояндин: Все в полном порядке (Фэнтези: прочее)

Ещё одна странная история от автора, поставленная так — словно в «рейтинге» рассказов (данного сборника) с самого начала идут просто откровенные сказки, а ближе к финалу книги — уже более цельные произведения...

Конкретно в данном рассказе (в отличие от первых «набросков», которые то и к миру «Ралиона» можно отнести вполне условно) все проработанно куда как более детально, хоть и... по прежнему неоднозначно))

Прочитав рассказ, я так и не понял (до конца) в чем именно была суть проклятия — однако как бы там ни было, сработал вполне «знакомый уже прием» (автора) по обретению некоего дара (он же проклятие) который наряду с некими возможностями приносит самое настоящее горе...

Что же касается чисто логических причин — то я в данном случае их просто не нашел (или так и не понял их «логику»)) Итог — очередной герой бегущий в никуда из ниоткуда...

P.S атмосфера рассказа очень напомнила мне ранние произведения Дячен'ков «Привратник», «Шрам»)) Субъективная оценка — на порядок выше «первых рассказов» данного сборника.

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).
DXBCKT про Бояндин: И никаких вопросов! (Фэнтези: прочее)

Стараюсь читать «на ночь» по одному коротенькому рассказу)) Не всегда получается — но иногда, «почему бы и нет»)) Тем более что я (лично) всегда отчего-то не любил сборники, предпочитая их (пусть и плохим) но более обьемным романам... А так — и книга не залеживается на полке по 5-10 лет и субьективные предпочтения не нарушены)).

Что касается собственно рассказа — то как всегда по автору, получается история не совсем предсказуемая с не совсем понятным финалом... Впрочем — полным полно других рассказов, чей ход понятен «с полбуквы», а финал скучен и ожидаем. Здесь же все не «совсем так»...

По сюжету коротенького (почти детективного) рассказа (с привкусом магии) автор мало что поймет, однако главная мысль здесь (как всегда в большем — чем простая «сказка унд мораль»)) Думаю что это некоторый намек на «обратную сторону медали», которую мы (все порой) так жаждем получить... В общем — сюжет для автора не новый, достаточно вспомнить (его же) коротенький (предыдущий) рассказ «Безвозмездный дар»...

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).
DXBCKT про Найтов: Жернова Победы: Антиблокада. Дробь! Не наблюдать!. Гнилое дерево (Альтернативная история)

Комментируемый роман-Антиблокада

Увидев «заветную стопку» книг в формате трехтомника («Военная фантастика-Коллекция» я просто не мог пройти мимо и не взять пару-тройку томов)) При всем моем «скептицизме» к последним творениям автора — я все же не мог не дать ему еще «один шанс»)) И хотя в этой серии порой попадаются творения из разряда «не очень» (одна «клонированная» эскадра «адмирала Ларионова» чего стоит)), но в целом произведений «на конкретную двойку» я там все не встречал... В конце концов кто-то поклонник АИ, а кто-то «попаданцы»...

В общем я подумал что так будет и здесь, а то что я так часто «ругал» автора... так это как у Корчевского)) Много критики, но все читают)) Другое дело что многие обьективные моменты «хромают» все сильней и сильней... Взяв же эту книгу и начав ее читать (с данного романа) я в очередной раз поразился «сухости изложения»... Вначале это все производит впечатления неких набросков или основы («скелета повествования»), но никак не законченного текста... И если вначале его вообще невозможно читать, то ближе к середине он все таки несколько «раскручивается» и дает все-таки немного больше...

Но как бы там ни было (и как бы это все не планировалось) помещать его в качестве ПЕРВОГО РОМАНА (в трилогии) это ошибка явная и неоспоримая... Если бы я (к примеру) читал бы этого автора впервые (что не так) я бы 100% поставил «жирный крест» на его творчестве (а как раз именно такое впечатление производит первая часть данной трилогии). Так что «просьба передать» это составителям...

P.S однако я не я, если буду только «хулить»)) Ради справедливости стоит сказать что несмотря на все «грехи», рано или поздно все творчество автора все же перечитывается и не раз)) Так что если обобщить все эмоции сказать одной фразой (без обиды), то только словами киношного Суворова (из к.ф «Гусарская баллада»): «...А вот и ты! Твои люблю я слушать враки!!!»))

P.S «Фраза дня» из книги: «...Старший по возрасту из адмиралов просканировал меня взглядом и представился: — адмирал ГАЛЬДЕР, заместитель наркома флота по строительству и пополнению флота»)) Надо ли пояснять что несмотря на АИ-шную линию победы в ВОВ (здесь) имелся совсем другой адмирал... Лев Юлий Александр Филипп фон ГАЛЛЕР))

Рейтинг: +3 ( 3 за, 0 против).
Serg55 про Сухинин: По лезвию ножа (Героическая фантастика)

Автор пишите чаще, у Вас получается очень хорошо

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).

Физика [Д. Брилев ] (pdf) читать онлайн

-  Физика  (и.с. Большая серия знаний-13) 59.96 Мб (скачать pdf) (скачать pdf+fbd)  (читать)  (читать постранично) - Д. В. Брилев

Книга в формате pdf! Изображения и текст могут не отображаться!


Настройки текста:



' C(Jo л ь ш а я се р и я ан а н ~ й

ФИЗИКА

ФИЗИКА

'Большая Серия & наний

ФИЗИКА
~льшая Серия 8наний

~ Мос~ва2006

ф изика -

наука, изучающая наиболее общие зtжономерности

природы, строение и З(JКОНы движения материи. Физические
закономерности пронизывают всю ношу жизнь. Мы живем в ог­

СОДЕРЖАНИЕ

ромном мире, подчиняющемся определенным законам. Эти законы
существуют помимо человека - они были, есть и б}iJym независи­
мо от

mQlQ,

знаем мы о них или нет. Человечество же, в силу сво­

ей неуемной жажды к познанию. всегда будет стремиться по­
знать 3(1КОНЬI природы, с тем чтобы в дальнейшем применить их.
На этом пути человека ждет много трудностей и преград, но, не­
с~ютря ни на что, пытливый человеческий разум все ровно стре­
мится ttрuподнять завесу непознанного. Какие еще тайны скрыва­

ются за ней? Кто знает."

В ЕЛ ИКО Е ДЕ Р ЕВО ФИЗИКИ
Н ЕМНОГО О М ЕХА НИКЕ

11

МЕХАНИКА
МАТЕР ИАЛЬ Н О Й ТОЧКИ
К ИН ЕМАТИКА
Д ИНАМИКА

СТАТИКА

12

15

18

РАБОТА И ЭНЕРГИЯ

20

МЕХА Н ИКА
ТВЕРДОГО ТЕЛА

СИЛЫ УПРУГОСТИ
Охраняетеся зако н ом РФ об авторском праве.
Вос nрои зведен 11 е текста, ч асти или иллюстраций
без разрешения правообладателя запрещено
и преследуется по зако н у.

ISBN 5-486-00370-6
Б р илев Д . В., 2003
О ООО ссТД «Издательство Ми р кн иги»,

4

2006

С НЛЫ ТРЕНИЯ

24

22

22

12

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ОПТИКА

53

87

И МАГНЕТИЗМ

ГЕО\1(ТР1t'IЕСКАЯ ormtt.л 87

ЭЛЕКТР11ЧЕСТВО 53

ФЮltЧ ЕСКАЯ оnпtКА

96

МАГНЕТ113\1 65

ЖИДКОСТИ И ГАЗА
ГIЩРОСТАТllМ
АЭРОСТАТ11КА

25

25
28

ГltДl'O.:J,ltllA\111КA llAЭl'OДl11\AMllКA 29

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
И ТЕРМОД ИНАМИКА

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФIШtКА

33
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА 102

33

ПОЛО.+.ЕЮНI МОЛЕКУЛЯРIЮ·

ПРИЛОЖЕНИЕ

KltHEТltЧECKOЙ ПОРIШ 34

124

СВОЙСТВА ГАЗОВ 37
СВОЙСТВА ЖНJКОСТЕЙ 40
СВОГКТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ 42
ТEPMOДlllMMltKA 43

АЛЬТЕРllАП1ВНЫЕ 11CТO'IHllKИ Э11 ЕРП1~1 48

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
МЕХАН11ЧЕСК11ЕКОЛЕБАНllЯ

71

71

ЭЛЕКТРО\1АГН~ПНЫ Е КОЛЕБАН 11 Я 80

5

ста ринны е слоuа­
о ткрыв
ри , можн о мн огое уз н ать
про то, что понимали п од сло­

вом • Физика •

Итак ...

t~аши

11 редки.



ВЕЛИКОЕ
ДЕРЕВО ФИЗИКИ
Физика - наука, изучающая наиболее общие закономерности
природы, строение и законы движения материи. Физические за­
кономерности пропиз ывают всю нашу жизнь. Мы живем в ог ­
ромном мире, подчиняющемся определенншt законам. Эти зако­
ны существуют помимо человека - они бЬ1Ли, есть и будут
независимо от того, знаем мы о них или нет . Человечество же,
в силу своей неуемной жажды к познанию, всегда будет стре­
миться познать законЬ1 природы, с те.м чтобы в дальнейшем
применить их. На этом пути человека ждет лtного трудностей
и преград, но, несмотря ни на что, пытливый человеческий разум
все равно стремится приподнять завесу непознанного. Какие еще
тайны скрываются за ней ? Кто знает ..

ф нз11ка
стве ,

есть 1шука о суще­
с во йствах,

с 11лах,

Значение физики как науки в современном обще­

действиях и ц~ 11 всех види мых

стве

практически

невозможно

переоценить . с од н ой

в свете тел. Как н аз1.~ваются

стороны, достижения в области физ~1·1еских н аук, получивш~1 е воплоще­

особе 11ные ч асти физнкн ? Со­

ни е в разнсюбраз ны х бытовых пр~1борах , облеr'-lают жи з нь миллиардам

матолопtя , стнхиолоntя , мете ­

людей. С д ругой

орология,

минералогия ,

хи­

м ия , эоопоrия и телеология.

(Энцн кло11е.дим, Н.JIИ Краткое н а­
черта 11ие н аук и

llCCX

частей уче ­

ности. П ере8еде11а с 11е м ецкого

tta российский И . W уR3Ло­

вым . М. ,

1781 r.) 8

-

уровень разв ития эт11х н аук определяет статус государ ­

ства на мировой nол итич ес ко~i аре н е.

Зако н ам, 11 зучею1 ем которых за ю1м ается фи з 11ка , п одчи ня ется вся •t а ш а
ж и з нь . Н апр им ер, мы ходим благодаря силам тяготе ю1я ~1 трения , с пособ­
ны мыслить благода ря тому, что п о н аш ю.t н ейро н ам п ередаются эле ктри ­
чески е имп ульсы, наслаждае мся красотой ок ружаю щего нас мира , н е за­
думываясь

о

том,

что

это

прои схош1 т

вследств11е

п опада н11я

п отока

фотонов на сС"Nатку глаза. Словом, любое, даже самое п росте йш ее, де йст ­
вие п одчи ня ется тому или ин ому фи з ическому за кон у.



Благодаря открытиям в области физики человек
стал

Красоту ЗtJкато мы имеем f:IОЗ­

можность оценить благодаря
потоку фотонов, попавших на
сетчатку 211аза

6

...

ФИЗИКА

ВеЛИКИМ

созидателем . И спользуя з н ание тех ит1 ины х

Корпус

самолета-невидимки

•Стелла покрыт специальным
составом,

помощающим

лучи

радара.

за к о н ов ф и з ики , м ы можем за гл ян уть ~1 в глуб11н ы Вселе нн ой, и в фа н ­
тасти ч ес ю1 й щ1р м икро ч аст иц , с п особ ны п е ре м ещат ься н а о гром ны е
р асстоя н ия за короткое время и за мгн ове ни я уз н авать о собып1 ях, п ро ­
и зо ш ед ш их за тыс я•1 и к илометров. Н о нс н ужн о заб ы вать и о том , ч то.
~tе пользуя зако ны ф ~t з и к и , ч еловек с п особе н стать и вел и к и м р аз ру ш и­
телем

-

о п лавлен н ые зда ни я Хирос имы ~1 Н а гаса ки , све р хто чн ые бом ­

бард ировк ~1

ми р н ых

го родов

с

п омо щ ью

са м олетов- н ев 11 д им ок

• Стелле • , Ч е рн обыльская катастрофа и друг и е тра гед и11 я р кое тому п од­
тве ржде юt е. Н о са м а ф113ика здесь н и при ч е м , о н а н е б ы вает н11 доб р о й ,
н11 зло,t , и не ее вин а, ч то порой н ауч н ым от крыт и ем ч елове к пользует­

ся не как клю •ю м , а к ак отмычкой. Им е нн о ч еловек делает выбо р

-

со­

ф ю11ка (греч . • n р и ~доз 1 1а 1 111 с , ссrесnюз1 1а 1 шс•)

-

наука , состамяющая •~асть ~т­
лософ1111 . 11 м е ющая сво11 м пре ­
дметом 1·1рщюду вообще и всех

естествс11ных тел , их свойсто ,
ям е н11й

11

озаим 1 юго друг 11а

друrа де Rсто 11я .
{ Н овый словотолконате.n ь .

Соста 11ил Н . М . Яttо8Ск ий .
С Пб .

1806 r.) •

з идать 11 л и разр у ш ать , а ф и з и ка тол ь ко дает воз м ож н оспt дл я реал и за ­
ци и е го за м ыслов. •

На заре цивили зации фи з ические з нания носили
прикл адной хара ктер - ни кто 11 не думал зан и м аться ч истотеоре­
т и •1 ески ми 11 сследова ниями . Н а п е р вом месте стояла проблема в ы ж и ва­
ния , и п оэтому были востребова н ы те з н а ни я , котор ые мож н о было с разу

же воплотить в жиз н ь , существе нн о ее облегч ая.
Возм ож1ю , на ч ало фи з 11 •1 еским н аблюде ни ям было п оложе н о е ще в те да ­

Изобретение колеса открыло

леки е време н а , когда н а ши п ред к и н ос ил и з ве рин ые шкуры и охотил и сь

новую эру во взаимоотно ше ­

н а м амо нтов. Сложн о с казать , п о ни мал и о ни свя з ь между п р и род 11ы м и

ниях человека и природы ...

явле н11 ям и ил 11 н ет. Н о даже ссл 11

свя з ь ис п ользовал и .

К

п риме р у,

11

н е п о ю1м ал и , о ни , те м н е ме н ее , эту

п ервоб ы т н ые охотн11ки столк н ул и сь

с те м , •1 то ч ем даль ш е от ни х н аход и тся доб ыч а , тем с 1tль н ее н ужн о бросать

копье 1tл и ка м е н ь , чтобы уб и ть ее . А холод ны ми з имни м и н оч а ми о юt за ­
мепtл 11 , что ш куры разных ж и вотн ых согревают по - раз н о м у, и т.л. Н о для
воз ю1 к1юве ни я пол н оце нн о й 11 аук и этого б ыло мало , так как о н а н а ч11н а ­
ется то гда , когда в н агроможде нии случа йн ых фактов ч елове к м ожет в ы ­
дел я ть п ростые зако н ом е рн ости .

И ме нн о поэтому величай ш11 м дости же ни ем •1 еловс•1еского ге ния в дре в ­
н ости мож н о с чи тать изобретение колеса. За м ет ив , что тела к руглого сече­
ни я, н а пр11м е р брев н о, есл и и х тол к н уть , п ере м е щаются н а бол ьш ее рас­
стояние , ч е м тела другой формы , ч еловек и зобрел колесо. Так в ыделяя

11

п ере н ося у в иде нн ую зако н о м е рн ость в область п ракп1ч еско ~i деятельн ос­
ти , •1еловек открыл новую э ру во вза им оотн о ш ен и ях с п ри родой

-

эру

осоз н а нн ого 11 сnользова ю1я фю и 'lески х зако н ов . От крыт11 е колеса дало
м ощ н с йш11 й тол ч ок к разв и ти ю ч еловеческой щtв илиза uи и в цело м . •
ВЕЛИК ОЕ ДЕ Р Е В О ФИ З ИКИ

ф ю11ка

11ро11сход1п от rрс ­

•1сского слова

11,

• 11р11рода •

как 1юка:1ыВев1iеrрс•1еск 11 м

Ар11стотел ем

филосоЦюм

(384-322

гr. до

11.Э.) и ПJ>OllCXOдl!T от гречес ­
кого слова • мсханэ •

-

•УХ ИЩ ­

ре юt с, маши1iа , пр11 с п особлс-

1111 с•. •

Механика , так же как математика и астрономия, относится

к числу древнейших наук. Механика изучает общие законы меха ­
нического движения .материальных т ел и устанавливает общие
приемы и методы решения вопросов, связанных с этим движени­
ем. То есть, проще говоря, механика изучает движение. Мы же,
в наUJей повседневной жизни, постоянно сталкивае.мся с движе­
нием тел. В кос.мическом пространстве движутся солнечные си­
стемы и галактики, звезды и планеты, космические корабли
и искусственны е спутники Земли. Движутся молекулы и ато­
мы, электроны и протоны, а-частицы и фотоны. Практически
все физические явления сопровождаются движениями тел.

Основоположником механики как точной науки
следует считать Архимеда (287- 212 rr. до н .э. ) , древ нсrре•1еско­
го ученого и ф~1Лософа. Им е нн о он заложил основы таких разделов меха ­
ники , как стат ика и

гидростап1ка , создав уче н11 е о uентрс тяжести

и от­

крыв закон о давлении ж 1щкост11 н а погруженное в нее тело.

Зарожпе ни е другого раздела механики

-

- связывают с
(1564- 1642). Он

ди н ам и к11

великого 11талья н ского уче н ого Галилео Га1шлея

именем

п ервым

доказал, что п од де йстви ем постоя нн ой с илы тело будет двигаться рав 1юус­

корснно , а н с равномерно, как полагали со времен Аристотеля. Кроме того,
Галилей сI

np11

l

г

ПОRЫШСIНШ ее те м­

пературы на

1

·с.

Калор11я

мож ет r1р11мс11яться для юме­

рс1111я нс только 011уrрею1ей.


11 любой

друrш1 (11апр11мер,

мсха1111 1 1сской) э 11срr1111 .



июльс юtм

П ри сове ршен ии м ех ани чес кой ра боты нередко наблюдается повышею1 с

температуры тела. Это спязано с н ащ1 ч11см с 1 1 л треюtя. П оuышение темпе­
ратуры тела, способное пр 11 вести к переходу вещества и з одного агрегат­
ного состояния в дру гое, с большсii кинсп1 •1сской э нерп1ей д вижен~tя мо­

лекул (из твердого в жидкое, из жидкого в га зооб раз •tое} , св11детельствует
о том , что в результате совершенш1 работы пропш с11л трею1 я внугре1-1няя
э нергия тела увеличилась. Если же тем п ература тела понижается , то его
внугренняя э нерп1 я уменьшается.

Связь внугренней энерпш с количеством те 11лоты , псреда нноr1 телу,

11

ра­

ботой против внсшю1х с11л нашла отражение в п ервом за кон е (или на ч але)
тер~оди нам нки.



П е р вое н а ч ало те р мод ин ам и к и (за кон сохранен11я энерпн1
в применен11 и к термод1шамическ11 м процессам). Пр11 сообще•1 ии термо­
д 11 н аш1•1 сской с 11 стемс (напрш.1ер, п ару в тепловой машине) определен­
ного кол11ч ества теплоты в общем случае происход ит приращен 11 е в н уг­
ренней э нерпн1 системы , и она совершает работу против внешних сил:

ЛU=Q-A',

где ЛU - измене н ие внутренней энерп1и , Q - кол 11 чество теплоты , А 1 работа , сове ршаемая системой. •
Следств и ем этого зако н а я вляется невозмож н ость
создан и я ве чн ых дв игателей п е р во го рода , т.с. машин,
способных совершать п олез н ую работу без потребления энерrю1 извне

11 без

каю1х -л~1бо изменений внугри машины. И з п ервого на•1ала термоди­

наш1 ки следует, что любая маш ин а может совершать работу над внешни­
ми силами только за счет получен11я извне кол~1чсства теплоты или умень­

шения своей внугренней энергии.

В настоящее время ос нОвным источн11 ком э н ерпtи для нужд челове•1ества
Сидя вечером у костра, можно

является тепловая э н ерг и я , выдел яющаяся пр 11 сrорани1 1 различных в 11дов

на себе ощутить воздействие

топлива. Пр11 помощи те п ло вых маш ~t н ее превращают в механ 11ч ескую

теплового излучения.

э нсрпtю , которая затем может быть преобразована в любой д ругой в 11д
э нерпн1. П ервый закон термод1шаш1ки лежит
в ос н ове дсйств 11я всех тепловых дв11 гателей.

В большинстве тепловых машин мехаю1ческая
работа совершается расш 11ряющю.1 ся газом, на ­
з ывающимся рабоч им телом. Расш 11 рение газа
происходит в результате повышен 11 я его темпе­

ратуры и дамен11я при нагреваю 1 и. Устройство,
передающее рабочему телу (газу) кол 11чество

теплоты

Q, н азывается наrревателем . Для

пер1ю­

ди•1еской работы тепловой машины необходим
холодильник , ох.лаждаюш 11й газ после соверше­
ния им работы до начальной температуры .

В результате совершения одного рабочего u 11 к­
ла

гзз

возвращается

в

начальное

состояние ,

а его в11угре 1н1яя э нерг11я пр 11нимает первона­

чальное з нач е н11 е, т.е. и з менение внутренней

э н ерп1и рабочего тела за uик.л равно нулю. В соответстви 11 с первым нача­

V

оэфф11ш1 е 1пом r10лсз•10-

~о дс йствш1

11

маш1шы

лом термодинаш1ю1 работа, совершенная рабочим телом за ш1к.л, равна

IШ ЗЫ!Jается

кол 11•1 еству теплоты. п олуч ен н ому за этот uик.л, и представляет собой раз­

лез1t0 11сr1ользусмой эне рr1111

ность между коли•1еством теплоты, полу•1 е нны м от нагревателя, и кол11•1е­

опюшеtt\IС

rю ­

Е по.,1 е 1 н К энсрпнt Е, rюдво­

Л11 МОЙ к да •tн ой маш~tнс :

ством теплоты, отданным холод ильнику.

т~= ~ .•

для пытмнюго ч елове 'l еского разума 11деи созда н11и тепловой маш11ны ,
совершающей рабоrу с 11 с пользова ю1 ем нагревателя, оказалась очень за­

Е

ман•111вой. Тем более что п роблема дешевой энер п1и всегда остается од ной
11 з основных, стояш 11 х п еред человечеством.

Возможность создания тако 11 маш11ны, называемой также вечным
двигателем второго рода , н с проп11ю реч 1п 11 срвому законуте рм од11 -

р

н ам ик11 , од н ако наталкивается на другое п репятств 11 с. Дело в том,
что основное отли•111е тепловых ямеюtй от мехаю1чсск11х

11

ь

элект­

ромагн1пных заключ ается в необратимости тепловых явлен11й
(тепловые проuессы само п роизвольно 1 tдyr л 11шь в од н ом направ-

лении

-

от горя•1его к холодному). Н еобратимость тепловых явле-

ний связа на с тем, ч то э н ерп1я теплового движе юtя молекул спо-

соб н а л 11шь

к частичному превращен 11ю в любой друго 11

вид

э н ергии. В ре зул ьтате этого любой физический проuесс, в котором
про11сход1п преврашен11е какого-либо вида э нерп111 в э н ерг ию теп-

лового дв 11жения молекул , не может б ы ть осуществле н пол н остью

d

в обратном 11 а правлени 11 . Н евозможность созда н~1я ве чн о го дв и га-

v

теля второго рода в термощн1 ам11ке лег в основу формум1ровю1

второго закона (начала) термод 11н амию 1 .



Второе начало термодинамики. Н евозможно nостро1пь

Рис.

30.

График состояния рабо­

вс•1ный двигатель второго рода, т.е. тепло вую маш1шу. которая в результа­

чего тела в упрощенной моде.ли

те совершения кругового проuесса (ш1к.ла) полностью преобразует тепло-

тепловой машины: а) теwпера­

1)', получаемую от какого-л11бо одно го • неис•1ерnаемого • источника (оке­

тура рабочего тела возраспшет,

ана, атмосферы

обьем

Формулировка

11 т.д.), в рабоrу.
2. Н е воз можен переход

те плоты от тела более холодного

к телу, более нагретому, без как 11 х-м1 бо други х 11 змене н11й в системе 11м1
окружающей среде.

Со вторым началом тсрмод 11н амик 11 связана также конuепuия •тепловой
смерти • Вселснноit. Она ос н ова н а на том, что те пловые проuессы од1ю11а­

неизменен,

происходит

изохорный процесс, Ь) давле11ие
11остож111О, расишрение рабочего
тела щюисходит

110

и:юбар11Q.А1у

ЗllKOll)'. с) О..'(Jюжdе11ие рабочего
тела 11ри 11еизме11ном обьеА1е,
и:юхор11ыii щюцесс,

d) d1я возра­

правлсны, и все тела во Вселс1-11юi1 стремятся к состоя нию термод11нами­

щения ра{ючего тела в исходное

'1 еского равновесш1. Рано 11 л 11 поздно тепловые проце ссы 1ю Вселенной

состояние ох11а:жде11ие щюдо.•1-

прекратятся , •1то будет означать прю1яп1с всеш1 се телам11 од инаковой

жается при постонн110,\1 дав11е-

темпераrуры и п реврашен11с всех форм э нсрг1н1 в тепловую. Н асту пление

11ии. т.е. вновь происходит и:ю­

состоян11я

барныti 11роцесс. Uик.л завершен.

термод11н амичсского

всех макропроuессов, •1то

11

рашювес11я

приводит

к

прекрашен11ю

озна•1ает состояю1 с .-геплово ~i смерп1 •.



В настоящее время существует множество различ­
ных ВИДОВ ТеПЛОВЬIХ МЭШИН , П рitМСНЯСМЫХ ВО всех облаСТЯХ 'IС­
ЛОВС'lеСКОЙ дсятельност 11 . Н о. согласно втором у на•1ал у термодю1ам 11кн ,

н11 од •1 а 11 з них не может 11м еть КПД , равный НЮ %. Коэфа в рабо­
ч ем

п ростр а н стве



фокусе)

зе р кальны х коллекторов дости ­

гает

52

ФИ З И КА

3000 · с и

вы ш е.



СолнечнЬ1е фотоэлемент"' незаменим"' t1 ко-

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
И МАГНЕТИЗМ

заряд - ф11э лсктр1tчсский
з 11•1 еская всл11•шна, харак­
тср11зуюшая

l!HTCHCllBHOCTb

эле ктромаrн1нных

де 11 ст в11й.

способности провошпь элскт­
р11чесю1е заряды вещества де­

лят 11а 11 роводн нки

Раздел физики, в которо.м изучаются свойства электро.магнит­
иого поля и электро.магнитные процессы в различных средах, на­
зывается электродинамикой.

Ка к уже у п ом ин ал ось в пред ыдущ их разделах , " п р11родс существует четыре в11да вза11модейстт1 я

11 слабое.

магнитное , с~1льное
стоянии

между

-

гравиташ1 онное , электро­

Электромагнитные силы действуют н а рас­

ПОКОЯШ 11 МИСЯ

и

дв ~1жущ 11 мися

часпщам11

11Л11

телами.

вза11 мо­

в ЗШНIСЮ.!ОСТ I! от

11

диэлект­

ри к и (юоляторы). Од 11ако это
разделе1111е услов1ю. так как во

всех вешествах (и бол1.wей 11ли
МС ltЬШСЙ стс11 ен11)

ВОЗМОЖIЮ

перемеше1111е з.1 рндов .
кой

f1)ynne

К ка­

следует отнести то

ил 11 иное вешестно. зав11с1п от

конкретной с1пуашш. Кроме
того.

больш11 нство матс р1tа ­

лов llСЛЬЗН =Wt+q>0,
где 0) ,

смещение тела от положе ния равновесия , (1) -

тота колебаний ,

t -

время.

ци кли•1еская ч ас­

В процессе

колебан 11 я

прои сходит

превращею1 е

к 11неп1 \1еской

энергии в поте нци аль н ую. Процес с перехода э нерг11и из одного ви­

да в другой ямяется период11ческим. В моменты макс и мального
смещения кинетическая энергия равн а нулю, и полная э нергия со­

ответствует наибольшему значению поте нциальной э нерг11и. П ри
прохождении телом положения равновесия кинетическая э нергия
достигает своего макс им ального з начения , а потенциальная равна

нулю , т.е. пол н ая энергия состоит только из к ин еп1 ческой э нергии.

Любую колебательную систему можно свест и к совокупности про­
стых колебательны х с и стем. В фи з 11ке пр ин ято рассм атривать четы ­
ре вида п ростых колебательных с 11 стем: математический маятн ик ,

физ ~tч ески й маятник , крутильный маятник и линейные колеба ния
пружины (упругие колебания). •

Фи зическим маятником называются колебательн ые
с и стемы, предстамяющие собой физи\1еские тела различной формы и размеров, совершающ и е колебания около то чки подвеса или
опоры , при этом центр тяжести располагается ниже точки п одвеса.

П римером физического маятника может п ослужить груз на веревке , маят ­
ник настенных часов, весы и тому п одобное.

Рис.
ях



47.

При малых отклонени­

маятника

равновесия

Математическим маятником называют тело небольших
раз меров , подвешенное на н ерастяжимой нити , масса которой пренебре­
жимо мала по с равне нию с массой тела. При вертикальном положен11и

ат

положения

возникает

равно­

действующая сил тяжести и
упругости, направленная к по­
ложению равновесия.

нити действ и е с илы тяжести уравновешивается действием силы упругос­

Рис.

ти . Это положение ямяется положением равновесия.

свободных колебаний: а) сила

При малых откло н е ниях маятника от п оложен ия равновесия возникает

тяжести и сила упругости рав­

рав н одействующая сил тяжести и у п ругост и , направленная к п оложению

равновес ия (рис .

47),

и его колебания ямяются гармо нич еским и . П ер и од

колебаний м ате матического маятника не завис и т от массы груза и от амп­

литуды колебаний и равен:

48.

Условия tJQЗникновения

ны по модулю, и груз находится

tJ покое, Ь) из-за уменьшения де­
rjюрмации пружины сила упру­
гости убывает, сила тяжести
остается постоянной, равно­

действующая направлена вниз,
с) из-зо увеличения деформации
пружи ны сила упругости возра­

где

1-

д.11ина маятника.

стает, о сило тяжест и оста­

При л инеИных колебаниах пружины (упругих колебаниJ1х ) причиной воз­

ется неизменной, равнодейст­

никнове ния гарм оническ и х колебаний является действ и е сил упругост и .

вующая направлено вверх.

В отл ичи е от других видов колебательных систем, при упруги х ко­
леба ни ях п оте нци альная энергия п о своей природе является энер­

гией деформац ии уп ругого тела. П ериод упруги х колебан и й п ро­
п орционален

квадратному

корню

из

массы

тела ,

прич ем

увел ич е ни е массы у пр угой колебатель н ой с и стемы вле ч ет за собой

замед.11е ни е колебаний , увел ич е ни е их п ер и ода. Кром е того , пер и ­
од упругих колебаний связан с жесткостью пр ужины

-

ч ем бол ьш е

жесткость (т.е. чем меньше уп ругость с и стемы), тем меньше пери­

од колеба ний . Таким образом , существует связь между цикличес­

кой частотой 00, жесткостью

k

деформируемого тела и массой

m

тела:

При мером уп руги х колебаний ямяются колеба ни я груза на пружи­
н е (рис .

48),

колебан ия стру ны . •

Кругильным маятником называется твердое тело, подвешен­
ное на вертикальном невесомом упругом стержне , которое может колебать­

ся пр11 кручею1И его вокруr оси, проходящей через стержень. Причин ой
круrильных колебаний являются упругие силы, возю 1кающ 11 с в стержне

при малых поворотах тела. Круrильные маятники применяются в н аручных
часах (колесико, к оси которого прикреnлена стальная nружнна

-

так на­

зываемый бапансир). П оскольку круrилы-1ые колебан ия относятся к упру­
ги м колебаниям, то для их периода действуют те же закономерносп t , tfТO
и для периода Л11нейных колебаний пружины, пр 11 веде нн ые выше.

Какой бы маятник мы ни использовам1, спустя некоторое время об н ару­
ж~t вастся, что колебания прекращаются. Связано это с тем , что в любой
колебательной с ~1 стеме де11ствуют с 11лы трен ия , сопротивле н~t с воздуха
~1 т.п. , которые тормозят движеюt е. Мехаю1ческая э н ергия движею1я по­
сте п енно превращается во внуrреннюю энергию теплового движе н~1я ато­

мов

•1

молекул. Явление уменьшения амnл1tтуды колебан 1tй , пр11волящес

к прекраще 1шю колебаний, называется затухан и ем колебаний .

Как уже упоминалось, вынужденные колебания , в отл 1tч•1 е от с во ­
бодных, возникают п оддеitствием внешне11 силы и характеризуют­

v v v v·

"

ся следующими своl1стваш1;

-

в колебательно11 системе , на которую действует п ер•10ди•1 сски

меняющаяся сила, уста н авл •1 вается периодическое движение;

-

период вынужденных колебаюt11 равен пер1юду действующей

силы.

Вынужденные колебания , как правило , являются незатухающими
(рис.

49), так

как действие сил трен11я компенсируется п остоянным

внешним воздейств •t ем. Н езатухающие свободные колебан•tя, ко­
торые п ро ~t сходил и бы в колебательноit с 1t стеме при услов 11и отсут­
ствия трен ия , н азываются собсnенными колебаню1ми с~tстемы.

При вынужденных колебан11 ях 11н огда происхощп совnаце н•t е пеРис.

49.

Периодические колеба­

риода собстве нн ого колебания с и стемы с периодом внешней с ~tлы. в ре­

ния: а) незатухающие и Ь) за­

зультате чего амплитуда достигает максимального з н а •1 е ю1я . П одобное яв­

тухающие.

лен•tе называется резонанс . Пр1t резонансе внешняя с •tла совершает за
п ер 1юд максималь н ую положительную работу н аа колебатель н ой с11сте­
мой , поэтому условие резонанса можно опредеюпь как условие макси­
мапьной переда•111 энерги и колебательной с11стеме.

Н езаrухающ и ми ямяются автоколебания , т.е. такие колеба ния , которые
поддерживаются внутренними источникам.1 энергю1 при отсутствии воз­

действ 11 я внешней п еременной силы. Ч астота и амплитуда автоколеба ю1й
определяются свойствами самой колебательной с 11 стемы,

Кажущийся
мост

таким

оказывается

мощным

совершенно

беззащитным пе,ид ротой мар­
ширующих солдат.

74

ФИ З ИКА

•t амплитуда не

зав11с 1п от времени и от начального воздейств 11я , вызвавшего колебания.
Автоколебательная с~1 стема состо ~п ю трех ос н овных элементов: колеба­

я:~:и~р~:нн:;с;:~~~~~
маш11н,

IOHI

здаНIН1,

мостов

тельной системы, источника энерги 11 , устройства с обратно 11 связью, регу­

11 друп1х сооружен 11 й, есщ1 соб­

лирующего поступление энерпш 11з источника в колебательную систему.

стненные частоты их коnсба­

В технике ш~1роко распростра н ены электромехани ческие и механическ~1е
автоколебательные системы (напр 11м ер, настенные часы с маятником). •

Теорем а Фурье . Всякое периош1ч сское колеба н~1с периода Т мо­
жет быть представле но в виде суммы rармон 11ч еских колебан 11 й с пер1юда­

ми, равными Т, Т/2, Т /3, Т/4 и т.д., т.е. с частотам11 п (при п = l {Г), 2п, Зп,

4n 11

Т.Д.

Самая ни зкая частота
новной частотой

n

n наз ывается

основ1юА частотоii . Колебан ие с ос­

называется первой гармоникой, или основным тоном ,

а колебания с частотами 2п , Зn ,

4n ~1 т.д.

называются высш ими гармониками

н11й совпалугс частотой пер1ю­
щ1•1сск11

Любое колебательное дв ~1жение про~1сход 11т в о п ределенной среде

-

силы.

ся на специальных амортизато­
рах. а IКШНСКИМ подразделе ни ­
ям

11р11

дв11жеш111

по

мОС1)'

запрещается 1шn1 •В НО!)'•.

Но резонансные явления спо­
собны
вред,

nplfl~oc1пь не только

110

11

пользу

мер. в акустике

кс

или обертонами.

действую ше11

П оэтому, например, двt1гател11
в автомобилях устанавливают­

11

-

1шr1р11-

рад11отех1н1 -

.•

твер­

дой, ж11дкой 1 1Л 11 газообразной, состоящей и з отдельных часпщ , взаимо­

действующих между собой силами связ11. Пр11 возбужлен1111 колебаний ча­
стиu среды в одном месте про11схош1т постепенная переда•1а колебан~1й

в другие места , удаленные от начального. Передача колебаний может быть
вызвана силам~~ упругост1t, возникающ~1ми вследст вие деформац11 1t среды

пр11 ее колеба ю1 ях. П роцесс распространения колеба ний в п ространстве
называется волной .

Мы в1шим волны на поверхности воды, при помощи звуковых волн слы­
ш11м друг друга, ощущаем воздейств1tе ударно11 волны от взрыва, наблюдаем
сейсмические волны

-

колебания земной коры. Все эти волны

-

механи-

чес кие .

Механ11ческ11е вол ны распростра н яются с определен н ой скоростью. Н а­
пример ,

мы слыш11м

раскаты

грома л~tшь спустя

какое-то

время

после

ВС ПЫШКИ МОЛНIШ.

Скорость распространения колебаний в пространстве называется скороСТЬЮ BOJlllЫ

V.

Расстояюtе между бл 1t жайш 11 ми друг к другу то•1ками, колеблюшш.шся
в од 11н аковых фазах, называется длнноА волны:

Л=vТ

где Л. - длина волны, Т - период колеб~ний.
При этом скорость волны оказывается связа нн ой с частотой колебаний

v

следующим урав н ен 11 ем:

v =Лv.
Частота волн определяется частотой колебаний ~tсточюtка волн, скорость
же зав11сит от свойств среды. Поэтому волны одной и той же частоты в разКруги

примерог механических волн.

между смежными участками среды, от разме-

ров среды, от формы тела и других. Существует два вида упруr11х волн

перечные .

-

продольные и по-



Поперечными

на зы ваются

ВОЛНЫ , в которых колебания пронсходят
перпенд11кулярно направлению распростра­

нения. П оперечные волны распространяют-

но

годе

-

ных средах имеют разную дЛи ну.

Свойства механических волн зав11сят от мноп1х факторов: от вида связи

один

из

ся в твердых телах , в которых воз ни кают силы упругост и п ри деформ ации
сдвига или п од действ ~1 ем с ил пове рхностного натяже н ия ~1 силы тяжссп1 .

Для п оперечных волн верно правило: скорость распростране ни я у п руги х
волн п рямо п ропор шt ональн а жесткоспt тела и обратно п ро п орц и ональна
его плотн ости.

Волны , в которых колеба ни я п роисхолят вдоль н а п раме ни я рас п ростра­
н ения волны , н азываются продольн ыми . П родоль н ые вол н ы могуr воз юt ­
кать в газах, жид костях и тве рдых телах. Одной из ос н овных раз н ов идно­
стей продоль н ой волны ямяются звуковые волны.

И зуче ни ем звуковых ямений зани мается акустика (уче н ие о звуке). Меха­

ническ и е колеба ни я с •~астотам и от

17-20

Гц до

20000

Гц называются зву­

ковыми , ил и акусти ч еским и. К олеба ни я с ч астотам ~~ ни же звукового диапазо н а н азываются ин ф развуковыми , а с частотам и вы ш е звукового
диа п азона

-

ул ьтразвуковыми .

Одно й из основных вел и 1 1и н в акусти ке ям я ется скорость рас п ростра­
н е ния звука. В пе р в ы х оп ытах п о и зм ере ни ю скорости звука в во.:щухе,
п роведен н ых еще в

XVll

веке, и змерялось время t между моментом

н аблюде ни я световой всп ыш ки и моменто м пр ихода звука п ри п у­
ш е чн ом выстреле. Тогда сч италось, что скорость света

-

беско н е ч -

но боль ш ая вел и ч и на, т.е . свет рас п ростра н яется м гновен но. И ско­
рость звука определялась п о известной нам из механики фор муле :
Благодаря звуковым волнам мы
имеем

возможность

v

слышать

окружающий нас мир во всем

мномобразии его звуковой па­

где

s-

s

=-·
t

расстояние от п уш ки до н абл юдателя, а

t-

раз н ост ь времени меж­

ду пояме ни ем вспы ш ки и п р и ходом звука выстрела.

литры.

Совреме нн ое и змере ни е скорости звука в во3.11ухе п р и нормаль н ых усло­
в и ях дает велич ин у, равную

33 1 м/с.

Интерес ны й эффе кт наблюдается

пр и дост иже ни и движущ и мся телом скорост и звука, к огда тело ( н ап ри­

м ер, са молет) •до го няе,-. фро нт вол н ы. Этот эффект н азывается све рх­
звуковым ба р ьером. Н ередко, н аблюдая п олет све рхзвуко вого и стреб и те­
ля ,

мож н о

услы ш ать

громкий

хло п ок ,

кото р ый

прохожден ии самолето м слоя плотн о го воздуха

воз ник ает

при

фро нта создавае м ой им

-

звуковой вол н ы.

П р и сво и х к олеба ни ях звуча щее тело п о п ере м е нн о то сжим ает сло й сре­
Достигая скорости звука, са­

ды, прилегаю щий к телу, то со3.11ает разреже ни е в этом слое.

молет преодолевает звуковой

В газе п роцесс распростра н е ния сжатия ил и разреже ния п ро и сход и т в ре­

барьер.

зул ьтате столкн ове ни й молекул газа, поэто м у скорость рас п ростра н е ни я
звука в газе при ме рн о ра вн а с корости теплово го дв и же ни я м оле ­

кул. Средняя скорость теплового дв ижен ия молекул ум е ньш ает­
ся с по н ижен и е м те м пературы газа, п оэто м у ум е н ь ш ается с по­
н и же ни ем те м пе ратуры газа и скорость распростра н е ния звука.

Н ап ри мер, в водороде п р и по ниже нии тем пе ратуры от
К скорость звука уме н ь ш ается от

300 до 17

1300 до 320 м/с.

Связь м ежду атома ми и м олекула ми в жидкостях и твердых телах
з н ачи тельно более жесткая, ч е м в газах. П оэто м у скорость рас­
п ростра н е ни я з вуковых вол н в жидкостях и тве рдых телах з н а чи ­

тел ьн о боль ш е скорости звука в газах. Н ап ри ме р , с к орость звука

в воде равна

1500 м/с,

а в стал и

- 6000

м /с.

При прохожде ни и звуково й вол ны в газе или жидкости воз ни ка­
ет до п ол нитель н ое даме ни е , н аз ы ваю щееся звуковым давлени ­

ем . Н ижняя rра ниuа ощуще ни я звука ч еловеко м соответствует
звуковому давле ни ю= 10-s П а, а нижняя

76

ФИЗИКА

- 100

П а.

Звуко вы е кмебания, прои сходя щ11 е по га рмонич еском у закону, воспр11ним а­

11 оuой
в ол
(волновым

поверх ностью
фронтом) 1tа­

ются человеком как определенный музыкальный тон или просто тон . Основны­

зываетс я

ми характерисmкам и тона являются громкость и высота. l)омк0С1Ъ тона о п ре­

торой вес точки колеблются

поверхность,

на ко­

ч ем больш е амruнпуда, тем

в од ин аковой фазе. Расстоя ­

вы ш е громкость. Высота звука оп ределяется его частотой . Ч ем выше частота,

ние между сосед1шм11 волно­

деляется амплитудой кмебани й по приншюу

-

т.е. чем короче п ер 110д кмебаний , тем более высокий звук будет слы ш ен.

Звуковые колеба ния , не подчиняющиеся гармони ч ескому закону, харак­
теризуются еще одн им качество м

-

тембром . Тембр звука о пределяется его

гармон ич еским с п ектром, так как для ч еловеческого уха важ н ы только ча­
стоты

11 ампл итуды

вым11 фронтами равно м и11 е

волны А..
Л1111 11я, nерnс1ш11куля рная вал1юоой noвepxнocnt, называет­
ся лучом,
ttение

то н ов, входящих в состав звука.

Большое з н а ч ение для практической деятельности ч еловека представляет

nр11чем

1IOJ111

расnростра­

nроисход1п

no

1ш­

nраwте1111ю луча. •

явление акустнческоrо резонанса . Это явление и меет место при сов п адении
ч астоты вы н ужде нны х колебан ий тела, вызванных звуковой вол н ой, и •~а-

стотой собствен ны х свободных колебаний данного тела. При этом амплитуда вы н ужде нны х колебаний достигает максимального значения. Акусп1•1еский резо н а н с и с п ользуется в музыкаль ны х 11н струм ентах (духовые

инструменты, орган

11

пр .), в ауд 11 отехн и ке

11 т.д.

Звуковые волны (чаще -ультразвуковые) широко применяются для изме­

рен и я расстояний до различных объектов. Напрш.1ер , r11Дроакуст11ч еская
ло кация п озволяет об н аруживат ь п одводные лодки с надводных кораблей

(11 наоборот) , а эхолоп1 рование

прш.1еняется пля и з м е рения глубины

11

ис ­

следова н11я рельефа морского д на.
П о характеру распространен11я вол ны подразделяют на л инейны е (распро­

стра ня ются вод н ом 11 змере н11и) , поверхносmые (в двух и змере ния х) и 11ро­
странственные (в трех 11 з м ерс ни ях).

Важныш1 разновидностящ1 вол н ямяются сфер 11ч еские

11

плоск 11 е волны.

Сферическими называют вош1 ы, возникающие от точечного исто•1ника
в пространстве. И х луч 11 н аправлены радиально, а вол н овые фронты пред­

ставляют собой сферы. Н а плоскости так и е волны будуr круrовым 11 , а 11 х

волновые фронты

-

окружн остями. Плос кие волны воз tiи кают от плоско­

го или удале нн ого 11 сто чю1 ка. И х лучи п араллельны, а волновые фронты
п редставляют собой плоскости.
Две

11

волны, имеющие одинаковые амплитуды,

частоты и дл ины волн

распространяющиеся од н овремен н о в одной и той же среде в противо­

п оложных н а правлениях, пр11 сложен11 11 образуют стоячую волну.
В одн ород н ой среде распространение вол н про 11 сходит одинаково во вес

стороны от источника колеба н11й . П ри попадании вол ны в д руl)'Ю среду,
а особен н о на гран 1ще сред, характер распростране н11 я вол н ы меняется

-

вол н а может частично п ерейт11 во вторую среду, а может, частично отра-

Рис.

50.

зившись, продолжать распростра н ение в п ервой среде. Закон отраже tiИЯ

от

отражающей

является общ 1tм волновым законом для всех в11дов вол н . •

равен

Угол отражения волны

yviy падения.

Закон отражения волн. Угол отражс н11я вол ны
от отражающе i1 плоскости раве н углу п аде ния ; п алающ11й
луч, отраженный лу•1 и п ер п ендикуляр, восстановлен ны й
в точке паден 11 я, лежат в одно 11 плоскосп1 .
И звест н ым
эхо

-

всем

примером отражения

вол ны

является

свободно распространяясь в воздухе, зву ковые волны

пр11 встрече с nperpaдoit отражаются о н ее, и мы слышим

эхо. П р11 отражении •шсть э нерп1и вол ны п оглощается отра­
жающей поверхностью , причем степе н ь поглощения за ви­

сит от стег1 ени твердости отражающей

п оверх н ост 11 ('1ем

тверже, тем лучше отражается). С ямеюtем отражения свя-

КОЛЕБА НИЯ И ВОЛНЫ

77

за но явлею1е п ослез вучия

-

реверберация , - заклю чающееся

в постепенном за мираю~ и з вука п осле того , как за м олк его ис ­
точ ни к.

При п ереходе волны во вто ру ю среду н а границе раздела двух
сред

проис ход ит

изменение

н аправле юtя

рас простра нения

вол н , н азываемое преломлением волн . •

Закон преломления волн . П адающ11й луч, пре­
ломле нный луч и перпендикуляр к гра нице раздела двух сред,

восстановленный в точке падения луч а , лежат в одной плоско­
сти ; отн о ш е ние синуса угла п аде ния к синусу угла преломле­

Рис.

5 1.

н ия

волн от двух точе чн ых

В резул ьтате наложе­

когерентных

источников

ния есть вели чин а постоя нная дл я двух да нны х сред:

sino.

воз ­

n" : sin~ '

никает явление интерферен­
ции .

где

n-

от н ос итель ны й показатель прел омле ни я.

Пом~tм о с п особ н ости к отражен~tю и п реломле н~tю волны облада ют и дру­
гими , н е менее важным и свойствами. При н аш1ч11и нс одного, а несколь­
ких источников колеба ни й вол ны проходят од н а ч ерез д ругую , никак не

вл ияя др уг н а друга. Это явление связано с тем , что в пределах упругой де­
формации сжат и е или растяжение тел WJ,оль одного направ.леюt я н е влия­
ет н а их упруги е сво йства при деформа щш п о люб ым другим направлени­

ям.

П оэтому в каждой точке , которой достигают волны от раз ны х

источ ни ков , результат действия н ескольких вол н в любо й м оме нт време­

ни раве н сумме действ ~tя эпt х волн. Эта закономе рн ость н азывается прин­
ципом суперпозиции .

Есл и происходит н апоже ни е вол н с одинаковым п ер ~юдом колеба н11й , то
может возни кн угь явле н11 е увел ич е ния июt ум еньш е юtя а м пл итуды ре­

зул ьт ирующей волны

-

интерференция волн .

Интерферен щ1 я волн воз м ожн а только пр11 услов ~tи когерентности вол н .
Когерентными н азывают те волны, кото ры е ~tмеют ош1наковый период
и постоя нн ую во времени раз н ость фаз колебаний в каждой то•1ке.

Разность расстояний от какой-л иботоч к~t до ~tсто чни ко в колеба ний н аз ы­
вается разностъю хода двух 11нтерфер ирующ и х вол н до этой точки.

Амплитуда колебаний будет равна нулю в тех точках п ространства , в кото­
рые вол ны с од ин аковым и ампл и тудой

11 частотой

прих одят со сдв ~tгом п о

фазе колебаюtй на 1t ил и н а п олов ин у п е р1юда колебан11й. Различие коле ­
баний двух когерентных источников волн н а п олов ин у периода колебан и й

будет при условии , что разность ЛI расстоя ни й

11 и 12 от и сточников вол н

Наблюдая зо расходящимися

до этой то•1ки равна полов~tн е дл 11ны вол ны или нечетному ч11 слу nолу­

кругами но воде, внимательный

волн (условие интерференционного минимума):

наблюдател ь может увидеть
явление интерференции.

д1:(2k+I)Л/2.
В то•1ках п ростра н ства , в которые волны при­
ходят с од ин аковой фазой колебаний, н абл ю­
даются

интерференционные максимумы ; для

вы п ол н е н ия

этого

услов и я

раз н ость

хода

долж н а рав няться целому ч~1слу вол н :

д/:kЛ.
Явление отклонения н а правле ния рас п ростра­
н е ния

волн

от

прям оn11н е йн о го у

границы

п реграды н аз ывается дифракцией вол н , п ри -

Рис.

чем , ч е м меньше будуr отверспtя в преграде на

nyr11

52.

Пш1яризация волны.

волны , тем большие

отклонсн11я от прямолинейного налрав.лею1я распространен~1я будут 11 с­
пытывать волны. Яв.ление д11фракции более заметно при увеличении дл11ны волны.

Яв.ления 11нтерференции и дифракщ1и наблюдаются при распростране­

юн1

11

продольных , и поперечных волн. Но , кроме это го , у поперечных

волн существует еще одно свойство

-

свойство п оля ри за ции . •

Поляризованной ВОЛНОЙ называется такая поперечная вол­
н а, в которой колебаю1я всех •~астиц происхолят в одной плоскости. На­
прим е р, плоскополяризованную волну можно проде~юнстр11ровать с по ­

мощью

ре з 11 нового

шнура ,

пр11

колебаю1ях

конца

шнура

в одной

плоскосп1 (есш1 конец шнура колеблется в различных направ.лениях , то

волна, распространяющаяся вдоль шнура , н е поляризована).
Поляр11зованную волн у можно получ1пь , поставив на пуп1 колебаtшй
преrраду с отверст11ем в виде уз кой щел11 . Щель будет пропускать тол ько
кол еба н11я шнура , происходящие вдоль нее . Поэтому волна после прохож ­
де ния щели становится поляризованной в плоскости щели (рис.52). Если
на пуrи плоскополярюованной волны поставить вторую щель , поверну­

l)'Ю по отношению к первой на

90· ,

то процесс распространения волны

в шнуре вообще прекратится.

Устройство , выделяющее 11з всех возможных колебания , происходЯщие
в одной плоскост11 (в нашем случае первая щель) , наз ывается 11оля рнзато­
ром , а устройство, позволяющее определить плоскость поляри за ции вол­

ны (вторая щель),

-

а н ал изатором.

Некоторые закономерност11 рас пространения волн (отражение, прело м ­
ление) можно объяснять на основан1111 пр11нципа , сформулированного

в

1690

году голландск11м физиком Христианом Гюйге нсом

(1629-1695).

Согласно пр11нцилу Гюйгенса , каждая то•1ка среды, которой достигла в дан­
ный момент волна, яв.ляется точечным источником втор11чных волн, рас­
пространяющихся по всем направ.лениям со скоростью, сво11ствснной среде.

Огибающая поверхность, т.е. поверхность , касательная ко всем втори'lным
волнам, представ.л яа собой волновой фронт в следующ11й момент времен11.

Однако принцип Гюйгенса не может объяснить всех особенностей распро­
странения

волн.

(1788-1827)

дополнил его предста в.лениям11 о когерентноспt вторичных

Поэто му

францу зск 11й

фюик

Огюстен

Френель

волн и их интерференци11. Связав принцип Гюйгенса с принципом 11нтер­
ференщ111, Френель дал объяснен1 1 е прямош1нейному распространению
волн в однородной среде, показав, •1тол учи, поляр11зованные перпендику-

Христиан Гюйгенс( /629- 1695).

ля рнодруг к другу, не 11нтерфер11руются. Пр11нцип интерференщ1и позво л ил Френелю объяснить законы отражения и преломления взаимным погашением колебан11й во всех направ.лен11ях , за исключением тех, которые
удов.летворяют закону отражения. •

КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

79

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
КОЛЕБАНИЯ
Особенностью механических волн является их способность рас­
пространяться в непрерывной среде - будь то газообразная,
жидкая или твердые тела . В пустоте, т.е. в вакууме, механические волны не могут распространяться.

В 1864 году английским физиком Джеймсом Клер­
ком Максвеллом (1831 - 1879) на основании изучения эксперимен­
тальных работ Фарадея по электр ичеству и м а гнети зму была высказана ги ­
потеза о суwествовании особых

-

электромагн итных

-

волн, с пособных

распространяться в вакууме.

Оггалкиваясь от того , что и з меняющееся электр ~tч еское поле создает маг­
нитн ое поле , которое само создает электр ~1ч еское п оле , ~t проведя количе­

ствен ный анализ этих соотношений, М аксвелл пришел к выводу о распро­
странении

да нного

процесса

в

пространстве.

То

есть

переменное

электр ~tч еское пол е в одной точке создает магнитное поле по соседству
с н ей, которое, в свою очередь, вызывает электр~tческое пол е в слсдуюшей

точке. П оскольку этот процесс происходит снова и снова , возникает ко­
леблющееся электромагнитное поле, непрерывно рас ш~1ряющееся в про-

Джеймс Клерк максвелл ( 18311879).

странстве. При этом электрическое или магнитное поле распространяется
независимо от способов ~t x возникновения (будь то колебания зарядов или
появл е ние магнитов) . Вычисления скорости распространения поля , вы­

полненные Максвеллом по данным о наблюдаемом токе , индуш1рован ­
ном дв ижущимися магнитами ,

и

по данным о создаваемом токами маг­

нитном поле, выявили, что она равна скорости света

(::=300000

км/с) .

Объяснив появле ни е инлукшюнноrо тока возникновением в~tхревого эле­
ктрического поля при любом изменении магюпного поля , Максвелл пред­
положил , что электр ическое поле обладает такими же свойствами: при л ю­
бом

изменении

электр ич еского

поля

в

окружающем

пространстве

возникает вихревое магнитное поле. Однажды начавшийся процесс взаим­
ного порождения магнитного и электр ич еского полей должен далее непре­

рывно продолжаться и захватывать все новые и новые области в окружаю-

В линиях электропередачи ис­
пользуется именно переменный
ток,

ток как при высоком на­

пряжении его можно переда­
вать на большие расстояния
с малыми потерRМи.

80

ФИЗИКА

шем п ростран стве. П роцесс распростране ни я пере м е нны х м а гнитн ого

L

и электр и ческого полей и есть электрома гнитная ВОJ1 н а.

Экспе р•t ментальным п одтвержде ни ем гип отезы М аксвелла яв илось

об н аруже ни е в

( 1857- 1894)

1887

году н еме ц ким ф и з и ком

Ге н рихо м

Гер цем

электромагни т н ых волн, •1 то означало п обеду электро­

R

магнит н ой ко н цепции. Гер ц уста н ов ил, что электро м аг ни т н ые вол­
н ы им еют свойства, аналоrи•1ные световым: преломле ни е, отраже­

ни е , интерфере н ц и ю, д ифрак ци ю,

п оля ри зац и ю, ту же скорость

рас п ростра н е н ия.

Электрома гнитная волна н е может воз ни кнуrь п ри постоянно м токе,
так как п ри этом из м е н ен и й магнитного поля не про и сходит. Также она не
может воз ни кнуrь в электростатич еском п оле, создаваемо м н е п одв ижн ы­

Рис.

53.

Переменный ток суще­

ствует в колебательном кон­

м ~t электр ич ески ми за ряда ми .

И нте н с и вные электрома гнитн ые волны воз ни кают в откр ытой це пи п ри
достаточ н о высокой частоте электр и ческих колеба ни й, доходящей до де­

туре с незатухающими (за счет
наличия источника питания)
:JЛектромагнитными калебани-

сятков мегагер ц и в ыш е.

Таким образом, основным услов и ем возникнове ни я электром агнитн ых
колебан и й является н ал и ч и е п ереме н ного тока. П еременным током назы­
вается ток, и зме н я ю щ и йся с теч е н ием време ни п о га рм о нич ес ко м у зако­

н у и существующий в колебатель н ом ко н туре, в котором электромагн ит­
ные колеба ни я н е затухают со време н е м .

Пери одом п еременного тока наз ы вается промежугок време ни , в те ч е ни е
которого вел ичи на тока (ил и н а п р яже н ия) совершает п ол н ое колеба ни е
и п р ини мает п режнее п о вел и чине и з н аку з н аче н~1 е.

Амплитудой п ереме нн ого тока н азывается м акс и мальное з н а ч ение, кото­
рое может и меть сила тока (ил и на п ряжен и е) в том ил и другом н ап раме­
нии .

гк:е~а~~~=.н~;~~~~
зующее какую-лнбо энерги ю
в электрическую.

Действующим (эффекп вным) з начен и ем сил ы тока

Н апрftмср.

1 наз ы вается сила по­

электромехан и ческ и й и1шук­

стоя нн ого тока , выделяю щего в п роводни ке за то же вре м я такое же кол и ­

uио нн ый ге н ератор п реобра­
зует меха н ическую энерги ю в

ч ество теплот ы , что и п ереме нны й ток:

1
где

Im-

электр ич ескую. Ос н ов н ые ч а­

Im

=

сти такого ге н ератора

..fi.'

ампл ~1 rуда га р мо н и ч ески х колебан ий . •

При

это

отн ос итель н ом

вращен ии якоря

ма гнитн ый

Действующее значение переменного напряжения
также в ,fi раз меньше его ам плиrудного значения

-

и ндуктор-магнит и якорь-об­

мотка.

u

U m:

вающ и й

и

п оток,

обмотку,

и ндуктора

прон изы­
п остоя нн о

изме н яется, •1то и при водит к

п оя вле ни ю в якоре ЭДС ин ­
дукuии .

П ереме нн ы й ток и с п ользует­
ся в электри•1еской сет и ж и ­

В це пи пе рем е нн ого тока, в отл ичи е от постоя нн ого то ка, су ществует

так называемое аКТ11вное сопротм:меиие

лых

домов,

промышле нн ых

n ред прят и й и т.д. О н

п ред­

R , которое при низких значе н и­

ставл я ет собой вы н ужде нн ые

ях ч астот ы п ере м е нн ого то ка практ и чески сов п адает с его электри ч еск и м

колебан ия , п ри кото ры х с ила

со п рот и ме н ием в це пи постоя нн ого тока. Акт ивн ое со п ротивл е н и е оп ­

тока и н а пряже ни е ме н яются

ределяется отнош ением мощности Р пере м енного тока н а участке элект­
рической цепи к квадраrу действующего значения силы тока 1 на этом

по

участке:

гар м о нич еско м у

зако н у.

Ч астота пром ы шле нн о го то­

ка в странах С НГ

- 50

Гц .



R=!_·
I'

Та ким об разом, мы м оже м н айти средн юю мощн ость н а участке це пи п е­
реме нн ого тока по формуле:

P= I' R .
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

81

И з-за того, что в любом п ровод н~t ке, п о которому протекает перем е нный

ток, возн 11 каст ЭДС само 1шдукц и1t , электр ич еская цепь обладает не толь­
ко акт ивным сопротинлением, но и так называемым иt-Щуктивным сопро­

тивлением. Индуктивным сопротивлением XL н азывается п роизведение
циклич еской •1астоты Ы на индуктив ность

L:

XL = WL .
В конде н саторе, вклю•1 еююм в цепь переме1шого тока, также возникает

сопротивление , называемое емкосntым сопротивлением Х е конденсатора,
которое находится п о формуле:

Х е=

1

we '

где С - электроемкость коt-Ще нсатора.
При и зуче нии воз ни к н ове ния и распростра н е ни я электромагн итны х вол н

большую роль сыграл вибратор (или диполь) Герца. Он представляет собой
два стержня с шариками н а концах. Стержни подключаются к иt-Щукцион­
ной катушке

-

и сточ нику высокого напряжения ; когда напряжение меж­

ду стерж нями становится достато чн о боль шим, между ш ар ика ми п роска­
к и вает и скра.

Вибратор Гер ца мож н о рассматр и вать как открыт ый

колебательный контур. Емкостью в таком ко нтуре является емкость меж­
ду стержням и , преимущественно между и х ко нцам и , н а которых и накап ­

л и ваются заряды п р и колебаниях. Сами сте ржн и обладают и ндукти внос­
тью. Контур н азывается открытым, п оскольку, в отличие от обычного
конденсатора, его поле не локализова н о в оrрани•1 енном пластинами кон ­

денсатора объеме. В окружаю щем вибратор пространстве возникает п ере­

менное электр ич еское поле. В результате п оявляется изме н яющееся во
времен и вихревое магнитное поле , которое в н овь рождает таюке вихревое

эле ктрическое п оле и т.д. Так воз никает эле ктромаrnитная волна.
По сво им свойствам электромагн итн ые волны мало чем отл и чаются от
механ ич еских.

Н а границе раздела двух сред электромагн и тные волны части•1но отрюка­

ются, частично проходят во вторую среду.
Устройство
(ил и

для

понижения

повышения) напряжения

переменн{)l()

тока

трансформатором.

называется

Or

п оверхн ости д и электр и ка

электро магнитные вол ны отражаются слабо, от поверх н ости металла от­
рюкаются почти без потерь.

Закон отрюкения совпадает с зако н ом отрюкения механических вол н ,
т.е. угол отрюкения равен углу п аде ния ; падающий луч, отрюкенный луч
и перпеt-Щикуляр к п ове рх н ости в точке п адения лежат в одной плоскости.
Н а границе раздела двух сред происходит преломле ни е электромагнитны х
волн

.•

Закон преломления . Оrношен ие синуса угла падения а к с ину­
су угла преломления

f}

ямяется вел ичиной постоя нн ой мя двух данн ых

сред. Это отн о ш е ние равно отно ш е нию скорости
вол н в первой среде к скорости

v 2 во

v 1 электро м агнитн ых

второй среде:

sina :;;;; !L.
sin~

v2

При п рохождении электромагни тн ы х вол н через отверсти е в преграде на­

блюдается явление д и фракци и волн, т.е. откло н ение направления их рас ­
пространения от прямолинейного.

Когда электромагни т ны е волны от двух когере н тных и сточ ю1к ов встре­
чаются в од н ой точке, то наблюдается яме ни е интерфсре нци1t . Электро-

магюtтные волны являются поперечными вол­

нами.

При

рас простран е нии электро м а гнит­

ной волны векто ры напряженности и м а гнит­
ной индукц ии п ерпе нд икул ярны направле нию
распростран е ния

волны

и

взаимно

п е рпенди ­

кулярны м ежду собой.

Электромагнитное п оле обладает э нергией. При
распростр а н е нии

люб ых

эле ктромагнит ных

волн происходит п ере нос э нергии от и сточника
волн к пр~t ем никам волн.

Огноше ние энергии Е электромагнитного и злу­
чения , погло щаемой или и злучаемой телом, ко

времеюt t называется потоком излrtения или
мощностью ИЗЛ)"tенкя . Поток излучения обозна­

чается Ф, и з меряется в папах:

ф =5..

Электромагнитные волны не­
сут нам сведения о далеком про­

t

Оrношение потока излучения Ф к площади поверхности S , на которую
падает это и злучен и е , н азывается поверхнОС111оi1 МО'ПIОСТЬЮ потока излу­

шлом /kеленной

-

например, от

этоzо космическоzо обьекта из­
лучение шло мшrлионы лет.

чеиия . П лотность потока и злучен ия обозначается