Что называют волновой поверхностью

Волновая поверхность

Волновая поверхность — геометрическое место точек, испытывающих возмущение обобщенной координаты в одинаковой фазе. Если источником волны является точка, то волновые поверхности в однородном и изотропном пространстве представляют собой концентрические сферы.

Содержание

Типы волновых поверхностей (на примере света)

Фронт волны

Фронт волны — геометрическое место точек, до которого к некоторому моменту времени дошёл колебательный процесс. Фронт волны — частный случай волновой поверхности.

Книги

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Волновая поверхность» в других словарях:

волновая поверхность — поверхность световой волны Поверхность, во всех точках которой световые колебания имеют одну и ту же фазу. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.]… … Справочник технического переводчика

волновая поверхность — bangos paviršius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. wave surface vok. Wellenfläche, f rus. волновая поверхность, f pranc. surface d’onde, f … Fizikos terminų žodynas

Волновая оптика в природе — Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Содержание … Википедия

ПОВЕРХНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ — (ППЭ), потенциальная ф ция (потенциал) взаимодействия атомных ядер в изолир. молекуле или хим. системе, состоящей из взаимодействующих атомов и (или) молекул. Система, содержащая Nатомов, в общем случае имеет z Ч3N Ч6 внутр. степеней свободы … Химическая энциклопедия

БАЗА ВОЛНОВАЯ — Johnson, 1919, гипотетическая подводная выровненная поверхность, которая может образоваться при неограниченной абразии, способной срезать остров и целый материк до глубины максимального воздействия океанских волн (до 50 100 м). По совр.… … Геологическая энциклопедия

Микро-волновая печь — Микроволновая СВЧ печь Микроволновая печь бытовой электроприбор, предназначенный для быстрого приготовления или быстрого подогрева пищи, а также для размораживания продуктов. Работает на частоте 2450 МГц. В отличие от других устройств (например … Википедия

Волна — У этого термина существуют и другие значения, см. Волна (значения). Волна изменение состояния среды или физического поля (возмущение), распространяющееся либо колеблющееся в пространстве и времени или в фазовом пространстве. Другими словами,… … Википедия

Черенкова-Вавилова излучение — Черенкова Вавилова эффект, излучение света электрически заряженной частицей, возникающее при её движении в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде (скорость распространения световых волн). Обнаружено в 1934 П.… … Большая советская энциклопедия

Кристаллооптика — пограничная область оптики и кристаллофизики, охватывающая изучение законов распространения света в кристаллах. Характерными для кристаллов явлениями, изучаемыми К., являются: Двойное лучепреломление, Поляризация света, Вращение плоскости … Большая советская энциклопедия

Источник

Фронт волны, волновые поверхности (общие понятия)

Процесс распространения ультразвука в пространстве является волновым. Распространяясь от источника колебаний, волновой процесс охватывает все новые и новые части пространства.

Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется фронтом волны. Также можно дать другое определение, фронт волны – это совокупность точек, колеблющихся в одной фазе, до которых в данный момент времени дошел волновой процесс. Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Фронт волны один, и он движется со скоростью волны. Можно сказать, что фронт волны – это самая дальняя от источника колебаний в данный момент времени волновая поверхность (рисунок 12).

Очевидно, что фронт волны является частным случаем волновой поверхности. В случае синусоидальных волн фронт — одна из волновых поверхностей.

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Также можно дать другое определение, волновая поверхность – поверхность, проведенная через равновесные положения частиц среды, совершающих колебания в одинаковой фазе. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Следовательно, волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время как волновой фронт каждый момент времени только один.

Таким образом, волновые поверхности остаются неподвижными, а волновой фронт все время перемещается. Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической (излучаемой точечным источником в изотропной среде, причем размер излучателя меньше длины волны). Линия, перпендикулярная волновой поверхности называется лучом. Луч указывает направление распространения волны.

Источник

Волновая поверхность

Типы волновых поверхностей (на примере света)

* Для аморфных сред эта поверхность имеет форму сферы. Свет распространяется одинаково во всех направлениях.

* Для кубических кристаллов эта поверхность также имеет форму сферы.

* В кристаллах средних сингоний происходит двулучепреломление. Свет, вошедший в кристалл, распадается на обыкновенный и необыкновенный лучи. Поэтому поверхность показателей преломления состоит из эллипсоида вращения и сферы. В том случае, если сфера вписана в эллипсоид, кристалл называется оптически отрицательным, если же эллипсоид вписан в сферу, кристалл называется оптически положительным.

* В кристаллах нижних категорий тоже происходит двулучепреломление. Свет, вошедший в кристалл, распадается на два необыкновенных луча. Волновая поверхность имеет сложную форму. Оптический знак определяется по виду индикатрисы.

Связанные понятия

Эквипотенциальные поверхности — понятие, применимое к любому потенциальному векторному полю, например, к статическому электрическому полю или к ньютоновскому гравитационному полю. Эквипотенциальная поверхность — это поверхность, на которой скалярный потенциал данного потенциального поля принимает постоянное значение (поверхность уровня потенциала). Другое, эквивалентное, определение — поверхность, в любой своей точке ортогональная силовым линиям поля.

Фотометри́ческая величина́ — аддитивная физическая величина, определяющая временно́е, пространственное, спектральное распределение энергии оптического излучения и свойств веществ, сред и тел как посредников переноса или приемников энергии.

Фотоны, которые мигрируют в биологических тканях могут быть описаны при помощи численного моделирования методом Монте Карло или аналитическим уравнением переноса излучения (УПИ). Однако, УПИ трудно решается без применения упрощений (приближений). Стандартным методом упрощения УПИ является диффузионное приближение. Общее решение уравнения диффузии для фотонов получается быстрее, но менее точно чем методом Монте Карло.

В теории поля представление системы зарядов в виде некоторых квадрупо́лей, аналогично представлению её в виде системы диполей, используется для приближённого расчёта создаваемого ей поля и излучения. Более общим представлением является разложение системы на мультиполи, соответствующее разложению потенциалов в ряд Тейлора по некоторым переменным. Квадруполь — частный случай мультиполя. Квадрупольное рассмотрение системы оказывается особенно важным в том случае, когда её дипольный момент и заряд равны.

Главным образом, интерес к вопросу распространения волн в случайно-неоднородных средах (какой является, например, атмосфера) можно объяснить бурным развитием спутниковых технологий. В этом случае становится важной задача расчета характеристик (например, амплитуды) волны прошедшей через среду и установления их связей с параметром неоднородности среды. Важную роль здесь и играет функция Грина для случайно-неоднородной среды, зная которую можно определить эти характеристики. Рассматривается прохождение.

Как и для криволинейных интегралов, существуют два рода поверхностных интегралов.

Источник

Что называют волновой поверхностью

Что называется волновой поверхностью?

поверхности волны, точки которых колеблются в одинаковых фазах

Савельев И.В, т.2, стр. 276

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Следовательно, волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время как волновой фронт в каждый момент времени только один. Волновые поверхности остаются неподвижными. Волновой фронт всё время перемещается.

Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической. В плоской волне волновые поверхности представляют собой множество параллельных друг другу плоскостей, в сферической волне – множество концентрических сфер.

Трофимова Т.И. Курс физики, 2001 г., стр. 222

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Волновых поверхностей можно провести бесчисленное множество, а волновой фронт в каждый момент времени — один. Волновой фронт также является волновой поверхностью. Волновые поверхности могут быть любой формы, а в про­стейшем случае они представляют собой совокупность плоскостей, параллельных друг другу, или совокупность концентрических сфер. Соответственно волна называется плоской или сферической.

Источник

Фронт волны, волновые поверхности (общие понятия)

Упругой волной называется процесс распространения в среде упругих колебаний, причем каждая частица, участвующая в волновом движении, колеблется около положения своего равновесия, передавая свою энергию соседним частицам.

Основное свойство всех волн независимо от природы – перенос энергии в волне осуществляется без переноса вещества. Перенос энергии – принципиальное отличие волн от колебаний, в которых происходят лишь «местные» преобразования энергии. Волны же, как правило, способны удаляться на значительные расстояния от места своего возникновения. По этой причине волны иногда называют «колебанием, оторвавшимся от излучателя».

Большинство волн по своей природе являются не новыми физическими явлениями, а лишь условным названием для определённого вида коллективного движения, т.е. частиц среды. Под частицей среды понимают не отдельную молекулу, а совокупность большого числа молекул, обладающих примерно одинаковыми свойствами (одинаковыми смещениями от своих положений равновесия, одинаковыми скоростями и т.д.). Размеры частиц должны быть достаточно малыми, значительно меньше возмущений, возникающих в среде, в частности, значительно меньше длины волны, распространяющейся в среде. Такие частицы препятствуют различным деформациям и, таким образом, среда проявляет упругие свойства. Молекулярное строение среды при этом не рассматривается, она считается сплошной.

Колебания частиц в зависимости от частоты f разделяют на:

– инфразвуковые – с частотой до 20 Гц;

– звуковые – от 20 Гц до 20 кГц;

– ультразвуковые – от 20 кГц до 1 ГГц;

– гиперзвуковые – от 1 ГГц до 100 ГГц;

– тепловые – свыше 100 ГГц.

Таким образом, звуком называются колебательные движения частиц упругой сре­ды, происходящие с частотой в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Эти частоты считаются соответственно нижним и верхним пределами слышимости звуков в воздухе человеческим ухом, например, писк комара »10 кГц.

Инфразвук– упругие колебания, имеющие частоты ниже слышимых человеком частот. Инфразвук содержится в шуме леса, моря. Источниками инфразвуковых колебаний являются грозовые разряды (гром), взрывы, орудийные выстрелы. В земной коре наблюдаются инфразвуковые колебания, возбуждаемые самыми разнообразными источниками, в том числе землетрясениями, взрывами, обвалами и даже транспортными средствами. Поскольку инфразвук слабо поглощается в различных средах, он может распространяться на очень большие расстояния в воздухе, воде и земной коре. Это находит практическое применение при определении местоположения эпицентра землетрясения, сильного взрыва или стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказывать стихийные бедствия, например, цунами. Взрывы, порождающие большой спектр инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоёв атмосферы, свойств водной среды.

Инфразвук не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях есть очень длинные органные трубы, которые издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства — тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками.

В конце 60-х гг. ХХ века учеными обнаружено, что инфразвуки определённых частот могут вызывать у человека тревожность и беспокойство, головную боль, снижать внимание и работоспособность, даже нарушать функцию вестибулярного аппарата и вызывать кровотечение из носа и ушей. Инфразвук частотой 7 Гц смертелен. Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира: для разгона толпы включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5–9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют инфразвуковую частоту и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти из этого места. Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Возможно, что оно связано с возбуждением резонансных колебаний в организме. Так, собственная частота нашего вестибулярного аппарата близка к 6 Гц, и многим знакомы неприятные ощущения при длительной езде в автобусе, поезде, при плавании на корабле или качании на качелях. При воздействии инфразвука могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начинает «ломаться» горизонт, возникают проблемы с ориентацией в пространстве, приходят необъяснимые тревога и страх.

Тигры и слоны используют для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев, но также и инфразвук. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов почти не чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности, и мало зависит от погодных и климатических факторов вроде влажности воздуха.

Ультразвук – это упругие колебания с частотой от 20 кГц до 1 ГГц. Эти колебания имеют частоты выше слышимых человеком частот. Нижняя граница области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слышимого звука, определяется субъективными свойствами человеческого слуха и является условной, так как верхняя граница слухового восприятия у каждого человека своя. В научной литературе, во избежание неопределенности, за пороговое значение частоты ультразвука обычно принимают частоту 20 кГц. Верхняя граница ультразвуковых частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться лишь в материальной среде, т.е. при условии, что длина волны значительно больше длины свободного пробега молекул в газе или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. В газах верхний предел составляет »10 9 Гц, в жидкостях и твёрдых телах »10 10 Гц. Как правило, ультразвуком называют частоты до 1 ГГц.

Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упругих волн слышимого диапазона. Распространение ультразвука подчиняется основным законам, общим для акустических волн любого диапазона частот. К основным законам распространения относятся законы отражения звука и преломления звука на границах различных сред, дифракции звука и рассеяния звука при наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на границах. При распространении ультразвуковых волн в среде происходит их затухание вследствие поглощения и рассеяния. Хотя физическая природа ультразвука и определяющие его распространение основные законы те же, что и для звуковых волн любого диапазона частот, он обладает рядом специфических особенностей. Эти особенности обусловлены относительно высокими частотами ультразвука и соответственно малыми длинами волн.

Вследствие малости длины волны процесс распространения ультразвуковых волн носит лучевой характер. Вблизи излучателя волны распространяются в виде пучков, поперечный размер которых сохраняется близким к размеру излучателя. Попадая на крупные препятствия, такой пучок испытывает отражение и преломление. При попадании пучка на малые препятствия возникает рассеянная волна, что позволяет обнаруживать в среде малые неоднородности. Эта особенность ультразвука нашла широкое применение в ультразвуковой диагностике и дефектоскопии.

Отражение и рассеяние ультразвука на неоднородностях среды позволяют формировать в оптически непрозрачных средах звуковые изображения предметов, используя звуковые фокусирующие системы, подобно тому, как это делается с помощью световых лучей. Для фокусировки ультразвука применяют акустические линзы, рефлекторы, излучатели вогнутой формы; размеры этих устройств должны быть много больше длины волны. Фокусировка позволяет не только получать звуковые изображения (акустическая голография), но и концентрировать звуковую энергию. С помощью ультразвуковых фокусирующих систем можно формировать заданные характеристики направленности излучателей и управлять ими.

Мощная ультразвуковая волна способна дробить тела, помещенные в жидкость (кусочки металла превращаются в тонкую взвесь). Ультразвук оказывает сильное биологическое воздействие. Микробы в поле ультразвука погибают. С помощью ультразвука можно стерилизовать молоко и другие продукты.

В жидкостях ультразвуковые волны затухают слабее, чем в воздухе. Поэтому ультразвук применяется в гидроакустике. Наиболее важным прибором в гидроакустике является эхолот, или гидролокатор. Посылая короткие импульсы ультразвуковых волн, можно уловить импульсы, отраженные от дна или других твердых предметов. По времени запаздывания отраженного сигнала можно судить о расстоянии до препятствия. Так измеряют глубину моря, обнаруживают косяки рыб, встречный айсберг или подводную лодку. С помощью эхолота отечественными учеными был открыт подводный хребет в Северном Ледовитом океане.

Разнообразное практическое применение ультразвука различных частотных диапазонов представлено в таблице 1.

В природе ультразвук встречается как в качестве компонента многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т.д.), так и среди звуков животного мира.

Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве. Чрезвычайно совершенные ультразвуковые локаторы имеют дельфины и летучие мыши. Дельфины в мутной воде уверенно ориентируются, посылая ультразвуковые импульсы и улавливая импульсы, отраженные от предметов или добычи. В полной темноте летучие мыши способны летать в комнате, в которой по всевозможным направлениям натянуто множество веревок, не задевая их. Уши с успехом заменяют им глаза. Летучая мышь испускает при этом ртом (кожановые) или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием (подковоносые) импульсы ультразвуковых колебаний (рисунок 11). Частота колебаний в импульсе составляет 25–50 кГц. Длительность каждого импульса не превышает 0,015 секунд. При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются высокие ультразвуковые помехи. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен. Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха, что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами. Понижая во время полета эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отраженного ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их «слуховых» центров, они могут определить скорость собственного перемещения.

У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых. Не менее умелые навигаторы – козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки – от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Самый большой подарок природы – это способность гуахаро к эхолокации. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 кГц). Каждый щелчок длится одну-две милисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чуткой птицей.

В поле ультразвуковых колебаний в живых тканях ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма. Ультразвук оказывает выраженное обезболивающее, спазмолитическое, противовоспалительное и общетонизирующее действие, стимулирует крово- и лимфообращение, ускоряет регенеративные процессы. Время воздействия на болевую зону 3–5 мин, а в сумме на несколько зон – не более 12–15 мин на всю процедуру и не более 10–12 процедур раз в 3 месяца. Так как ультразвук полностью отражается от тончайших прослоек воздуха, к телу его подводят через безвоздушные контактные среды.

Процесс распространения ультразвука в пространстве является волновым. Распространяясь от источника колебаний, волновой процесс охватывает все новые и новые части пространства.

Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется фронтом волны. Также можно дать другое определение, фронт волны – это совокупность точек, колеблющихся в одной фазе, до которых в данный момент времени дошел волновой процесс. Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. Фронт волны один, и он движется со скоростью волны. Можно сказать, что фронт волны – это самая дальняя от источника колебаний в данный момент времени волновая поверхность (рисунок 12).

Очевидно, что фронт волны является частным случаем волновой поверхности. В случае синусоидальных волн фронт — одна из волновых поверхностей.

Геометрическое место точек, колеблющихся в одинаковой фазе, называется волновой поверхностью. Также можно дать другое определение, волновая поверхность – поверхность, проведенная через равновесные положения частиц среды, совершающих колебания в одинаковой фазе. Волновую поверхность можно провести через любую точку пространства, охваченного волновым процессом. Следовательно, волновых поверхностей существует бесконечное множество, в то время как волновой фронт каждый момент времени только один.

Таким образом, волновые поверхности остаются неподвижными, а волновой фронт все время перемещается. Волновые поверхности могут быть любой формы. В простейших случаях они имеют форму плоскости или сферы. Соответственно волна в этих случаях называется плоской или сферической (излучаемой точечным источником в изотропной среде, причем размер излучателя меньше длины волны). Линия, перпендикулярная волновой поверхности называется лучом. Луч указывает направление распространения волны.

Источник