Нормальні хвилі
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Нормальні хвилі

Нормальні хвилі , власні хвилі, гармонійні хвилі тієї або іншої фізичної природи (електромагнітні, пружні і ін.), що зберігають при своєму прямолінійному поширенні поперечну структуру поля і (або) поляризацію. Цим Н. ст відрізняються від всіх інших хвиль, здатних поширюватися в даній системі. Наприклад, при поширенні між паралельною металевою плоскістю ( мал. 1 ) електромагнітних Н. ст поперечна (по відношенню до напряму поширення) структура електричного поля Н. ст однакова у всіх перетинах. Поперечна ж структура будь-яких інших хвиль, відмінних від Н. ст, при поширенні не зберігається. Так, форма хвилі, отриманої в результаті накладення два Н. ст, змальованих на мал. 1 , а і б, міняється від перетину до перетину ( мал. 1 , в).

загрузка...

  Найбільший практичний інтерес представляють електромагнітні Н. ст в хвилеводних системах, використовуваних для передачі повідомлень або електромагнітної енергії. До них відносяться радіохвилеводи СВЧ(надвисокі частоти), коаксіальні кабелі, плазмові хвилеводи, іоносферні і тропосферні канали далекого радіозв'язку, світлопроводи, виконані у вигляді скляних волокон, т.з. квазіоптичні лінії передачі хвиль міліметрового і субміліметрового діапазонів і т.д.

  Важливі вживання знаходять Н. ст у акустичних хвилеводних системах (акустичні труби, звукові канали в океані і тропосфері), пружні Н. ст — в пластинах (хвилі Лемба, т.з. поперечні Н. ст) і стрижнях (подовжні, вигинисті і крутильні Н. ст). Пружні Н. ст застосовуються, зокрема, для створення ультразвукових ліній затримки і для визначення пружних і ін. параметрів твердих тіл.

  Число Н. ст N , здатних поширюватися в перерахованих вище системах, залежить від співвідношення між довжиною хвилі l і поперечними розмірами системи d . Для хвиль з фіксованою частотою це число завжди звичайно, при цьому чим більше відношення d /l, тим більше N . На дуже низьких частотах (тобто при d /l << 1/2) може поширюватися лише одна Н. ст певного типа, а в деяких системах, наприклад в порожнистих радіохвилеводах, поширення низькочастотних Н. ст взагалі неможливо. Фазові і групові швидкості Н. ст різних типів відрізняються один від одного (цим, зокрема, пояснюється спотворення поперечної структури поля при накладенні декілька Н. ст, мал. 1 ). Тому для передачі інформації бажано використовувати лише один типа Н. ст

  Фізичне значення Н. ст визначається тим, що в області, вільній від джерел, будь-яке обурення може бути представлене у вигляді суперпозиції Н. ст, причому результуючий потік енергії (пружною або електромагнітною) дорівнює сумі потоків у всіх Н. ст В цьому відношенні поняття Н. ст в хвилевій теорії грає роль, аналогічну поняттю нормальних коливань в теорії коливальних систем.

  Уздовж кордону розділу двох середовищ можуть поширюватися поверхневі Н. ст, наприклад релєєвськие хвилі на кордоні пружного тіла ( мал. 2 ), т.з. повільні електромагнітні хвилі в уповільнюючих структурах і ін. В разі Н. ст в багатопровідних зв'язаних лініях передачі, використовуваних в техніці зв'язку, у напрямі поширення зберігається не поперечний розподіл поля, а відношення амплітуд коливань на окремих дротах.

  Нарешті, Н. ст в безмежних і однорідних суцільних середовищах — це плоскі хвилі, що зберігають при поширенні свою поляризацію. Н. ст є, наприклад, звичайна і незвичайна хвилі в одноосних кристалах. Ці хвилі лінійно поляризовані у взаємно перпендикулярних напрямах, причому поляризація цих хвиль зберігається у напрямі поширення ( мал. 3 ), тоді як поляризація довільно поляризованої хвилі міняється від крапки до крапки. Ін.(Древн) прикладами Н. ст в суцільних середовищах є плоскі пружні хвилі, еліптично поляризовані електромагнітні хвилі в магнітоактівной плазмі, циркулярно поляризовані хвилі в оптично активних середовищах.

  Літ.: Горелік Р. С., Коливання і хвилі, 2 видавництва, М., 1959; Бріллюен Л. і Пароді М., Поширення хвиль в періодичних структурах, пер.(переведення) з франц.(французький), М., 1959; Бреховських Л. М., Хвилі в шаруватих середовищах, М., 1973; Вайнштейн Л. А., Електромагнітні хвилі, М., 1957; Бергман Л., Ультразвук і його вживання в науці і техніці пер.(переведення) з йому.(німецький), М., 1956; Вікторів І. А., Фізичні основи вживання ультразвукових хвиль Релея і Лемба в техніці, М., 1966.

  Ю. А. Кравцов.

Мал. 1. Схема поширення двох нормальних хвиль а і б і хвилі в, отриманою в результаті них накладення. У перетинах 1 і 3 різниця фаз нормальних хвиль j = 0 і вони складаються, а в перетині 2 j = —p і хвиля віднімається.

Мал. 3. Схема поширення звичайної і незвичайної хвиль в одноосних кристалах.

Мал. 2. Схема поширення релєєвськой хвилі на кордоні пружного тіла.