Общие свойства гармонических колебаний. Задачи для самостоятельного решения

Физика колебаний Электромагнитные волны

Электрический ток. Последовательное и параллельное соединение проводников. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для полной электрической цепи. Электрический ток в металлах, жидкостях, газах и вакууме. Плазма. Полупроводники. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы. Наблюдение и описание магнитного взаимодействия проводников с током, самоиндукции, электромагнитных колебаний, излучения и приема электромагнитных волн, отражения, преломления, дисперсии, интерференции, дифракции и поляризации света; объяснение этих явлений.

Совокупность точек, колеблющихся в одной и той же фазе, составляет волновую поверхность. Волновых поверхностей бесконечно много, «самая передняя» из них называется фронтом волны. Волна, описывающаяся соотношением (7.2), потому и называется плоской, что все ее волновые поверхности – плоскости.

 Если размерами источника волн можно пренебречь (точечный источник), то волновые поверхности являются сферическими и уравнение волны принимает вид (см. задачу 7.1): 

x(r,t) = ×cos(wt – kr). (7.3)

Здесь r – радиус вектор, соединяющий источник с данной точкой пространства; k = (2p/l)(V/V) – т.н. «волновой вектор».

 Плотностью энергии волны W0 называется энергия, приходящаяся на единицу объема среды, в которой распространяется волна. Упругая волна несет с собой кинетическую и потенциальную энергии (первая представляет собой кинетическую энергию колеблющихся частиц, вторая – энергию деформации среды): W0 = T0 + U0. Плотности кинетической (T0) и потенциальной (U0) энергий распространяющейся гармонической волны (7.2) одинаковы:

T0(t) = U0(t) = (rA2w2/2)×sin2(wt – kx), (7.4)

поэтому полная плотность энергии упругой волны: Параметрический генератор(параметрон).  Схема параметрического генератора может быть осуществлена с параметрического усилителя.

 W0(t) = rA2w2×sin2(wt – kx). (7.5)

 Энергия электромагнитной волны складывается из энергии электрического и магнитного полей. Поэтому полная плотность энергии электромагнитной волны W0 = W0Е + W0В, где

 W0Е (t) = ee0E2(t)/2, W0В (t) = B2(t)/2mm0.  (7.6)

В распространяющейся электромагнитной волне напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются в фазе, причем в любой момент времени в  данной точке пространства W0Е(t) = W0В(t). Отсюда следует связь между величинами электрического и магнитного полей в волне:

B(t) = ×E(t) = E(t)/V. (7.7)

С учетом соотношений (7.6) и (7.7) плотность энергии электромагнитной волны может быть выражена следующим образом:

W0(t) = ee0×E2(t) = B2(t)/mm0 = ×V. (7.8)

Механические колебания и волны. Гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Периоды колебаний математического и физического маятников.

Затухающие колебания, логарифмический декремент затухания.

Вынужденные колебания, резонанс.

Волны в упругой среде. Характеристики волны. Энергия волны, поток энергии, плотность энергии. Звук. Шкала интенсивности звука.

Ультразвуковая дефектоскопия. Активные и пассивные методы дефектоскопии.

Спектр звукового сигнала. Характеристики музыкального ряда.

Колебательный контур. Уравнение гармонических колебаний в электрическом контуре. Вынужденные колебания, резонанс.

Спектр сигнала. Амплитудная и фазовая модуляция. Принципы передачи радиосигналов.

Принципы телевидения.

Интерференция света. Оптическая длина пути. Способы получения когерентных источников. Расчет интерференционной картины от двух источников.

Принципы просветленной оптики. Интерференционные покрытия бижутерии. Интерференционные методы контроля поверхности.

Голография. Голографическая маркировка товаров.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Условия наблюдения дифракции. Дифракционная решетка.

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Двойное лучепреломление. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

Вращение плоскости поляризации. Сахарометрия.

Модель среды с дисперсией. Показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсия. Потребительские свойства кристаллов с большими показателями преломления.

Понятие цвета прозрачных и непрозрачных сред.

Элементы нелинейной оптики. Понятия о простейших нелинейных явлениях: самофокусировка света, генерация гармоник, вынужденные рассеяния.

Тепловое излучение и квантовая природа света. Законы излучения черного тела. Квантовая гипотеза и формула Планка. Тепловизоры. Устройство приборов ночного видения.

Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта.

Студенты на качественно новом уровне, по сравнению со школьным, осваивают основные явления и понятия раздела. Детально разбирают вопросы кинематики и динамики свободных незатухающих и затухающих колебаний, вынужденных колебаний, явления резонанса, рассматривая в качестве примеров колебания пружинного, математического и физического маятников, электромагнитные колебания в колебательном контуре. Получают представление о резонансе напряжений и токов. Разбирают случаи сложения гармонических колебаний одного направления и сложение взаимно-перпендикулярных колебаний, модуляцию колебаний, получение фигур Лиссажу. При рассмотрении электромагнитных волн вводится представление о векторе Умова-Пойнтинга. Разбирают особенности стоячих механических и электромагнитных волн.
Переменный ток