ФИЗИКА ГЛОССАРИЙ Рахштадт Ю.А.

1
Рахштадт Ю.А.
ГЛОССАРИЙ
К УЧЕБНОЙ ОБЩЕУНИВЕРСИТЕТСКОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
ФИЗИКА
2
ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ФОРМУЛЫ, УРАВНЕНИЯ
РАЗДЕЛ 4.КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
3
РАЗДЕЛ 4. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
ГЛОССАРИЙ
См. в
Понятие
Определение, формула, уравнение
Конспектах лекций
Сем.2
Наибольшее значение А, которого достигает какая-либо величина,
изменяющаяся по гармоническому закону   r , t   A cos(t  kr ) . В
электромагнитной волне амплитуда – наибольшее значение
напряженностей электрического и магнитного полей, в упругой –
наибольшее значение смещения частицы вещества из положения
равновесия. Амплитуда определяется начальным запасом энергии и
не зависит от параметров источника волны.
Амплитуда колебаний Наибольшее значение А, которого достигает какая-либо величина,
совершающая гармонические колебания по
закону   t   A cos 0t    . Для пружинного маятника – наибольшее
значение растяжения (сжатия) пружины; для физического маятника
– наибольшее значения угла отклонения маятника от положения
равновесия, в электрическом колебательном контуре – наибольшее
значения заряда на обкладках конденсатора.
Анализатор
Прибор, служащий для анализа характера поляризации света.
Амплитуда волны
Сем.3 Сем.4
4.4
2.1
4.2
3.2
4
Апериодический
Режим затухающих колебаний, возникающий в таких
режим затухающих
колебательных системах, в которых коэффициент затухания
колебаний
превосходит частоту собственных колебаний осциллятора. В этих
2.2
4.2
системах вследствие больших потерь энергии не могут возникать
собственные колебания - колебательная система, выведенная из
положения равновесия, возвращается в положение равновесия, не
совершая колебаний.
Брюстера закон
Соотношение между относительным показателем преломления на
3.2
границе раздела двух диэлектриков и таким углом падения
светового луча, при котором отраженный от поверхности
диэлектрика свет полностью поляризован:
iБР  arctg (n21 )
В отраженной волне остается только компонента с колебаниями
электрического (светового) вектора, перпендикулярными плоскости
падения.
Вавилова – Черенкова
Электромагнитное излучение, создаваемое электрическим зарядом,
4.3
эффект
движущимся равномерно и прямолинейно в среде с показателем
4.4
преломления
n, если скорость движения Vq заряда находится в
5
пределах
Вектор Пойнтинга
c
 vq  c
n
Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны
j   0 c 2  E , B 
Вектор Умова
Вектор плотности потока энергии упругой волны
j  wu ,
где w – объемная плотность энергии волны, а u – фазовая скорость
волны.
Векторная диаграмма
Графическое представление гармонических колебаний на плоскости, 2.1
при котором проекция конца амплитудного вектора А совершает
гармонические колебания с амплитудой А, равной длине
амплитудного вектора

A,
с циклической частотой, равной угловой
скорости 0 вращения вектора
углу, образуемому вектором
времени.

A

A,
и с начальной фазой , равной
с осью ОХ в начальный момент
4.3
4.4
4.4
6
Волна
Электромагнитная
электромагнитная

 E  Em cos(t  kr ),
,


 B  Bm cos(t  kr )
(свет)
волна
описывается
уравнениями
4.3
4.4
являющимися решениями волновых уравнений
  1
E  2
υ
 
B  1

υ2

2E
t 2
2B
t 2
Электромагнитная волна - есть поперечная волна, в которой
векторы E и B ортогональны по отношению к волновому вектору k
и к вектору плотности потока энергии.
Волна стоячая
Волна, являющаяся результатом интерференции волны, падающей
4.4
на границу раздела двух сред, и отраженной волны. Образовавшаяся
в результате интерференции волна является стоячей – энергия не
переносится через так называемые узлы.
Волна упругая в
ограниченных средах стоячая волна
При распространении упругой волны вдоль натянутой струны
(стержня) или в трубе (волноводе).
 в точках закрепления струны или стержня, а также на
заглушках труб, всегда возникают узлы стоячей волны (в
этих местах волна отражается от более плотной среды);
 на свободных концах стержня и на открытых концах труб
всегда возникают пучности стоячей волны (в этих местах
4.4
7
Волна упругая (звук)
волна отражается от менее плотной среды).
Упругая волна – процесс распространения упругой деформации в
веществе, например, распространение звука. Упругая волна
описывается уравнением
S  Acos(ωt  kr ) , которое является решением дифференциального
волнового уравнения S 
4.4
1 2S
.

u 2 t 2
Волна упругая
Поперечная упругая волна – распространение упругой деформации
поперечная
формы (сдвиг, изгиб, кручение) только в твёрдых телах.
Волна упругая
Продольная упругая волна – распространение упругой деформации
продольная
объёма (растяжение, сжатие) в твердых, жидких и газообразных
4.4
4.4
веществах.
Волновое число
Величина
k=
2π
λ
модуль волнового вектора k . Является
4.4
своеобразным «пространственным» аналогом циклической частоты
колебаний: показывает - сколько волн может уложиться на длине
2π метров.
Волновой вектор
Вектор k  k  n , равный по модулю волновому числу и
направленный по нормали к фронту волны. Фактически показывает
направление луча распространения волны.
4.4
8
Время релаксации при
Величина, обратная коэффициенту затухания,
затухающих
e 
колебаниях
1

2.2
4.2
-
- время, в течение которого амплитуда колебаний уменьшается в е
раз.
Вульфа
-
Брэгга Условие появления интерференционных максимумов
формула
где m = 1, 2, …- при дифракции рентгеновских волн на
кристаллической решетке.
Гармонические волны
Волны, описываемые дифференциальными уравнениями вида
2.3
2d sin   m ,
 
4.4
1  2
, решением которых является гармоническая волна

u 2 t 2
  r , t   A cos(t  kr ) .
Гармонические
Колебания, описываемые дифференциальными уравнениями вида
колебания
  2   0 ,
0
2.1
4.2
2.1
4.2
решением которых является гармоническое колебание
  t   A cos 0t    .
Гармонический
осциллятор линейный
Колебательная система, совершающая собственные колебания по
гармоническому закону
  t   A cos 0t   
называется линейным гармоническим осциллятором (ЛГО
9
Группа волн
Волна, имеющая форму короткого импульса, может быть
3.1
представлена как суперпозиция гармонических волн, частоты
которых заключены в интервале Δω.
Гюйгенса принцип
Каждая точку поля волны можно рассматривать как источник
1.1
вторичных волн, распространяющихся вперед по всем
направлениям, в том числе и в область геометрической тени препятствия.
Гюйгенса—Френеля
принцип
1. Реальный источник излучения можно заменить эквивалентной ему системой
фиктивных (или виртуальных) вторичных источников и возбуждаемых ими
вторичных волн.
2.Вторичные источники, эквивалентные одному и тому же источнику,
когерентны между собой и колеблются в одной фазе.
3.Мощности вторичного излучения равных по площади участков волновой
поверхности одинаковы.
4.Каждый вторичный источник излучает свет преимущественно в направлении
внешней нормали
n
1.1
к волновой поверхности в этой точке: амплитуда
вторичных волн в направлении, составляющем с n угол α, тем меньше, чем
больше угол α, и равна нулю при    .
2
5.В том случае, когда часть волновой поверхности прикрыта непрозрачными
экранами, вторичные волны излучаются только открытыми участками этой
поверхности.
Давление звука
 давл  S    u  g  u . Здесь  S - скорость колебаний частиц, ρ –
плотность вещества, g – объемная плотность импульса.
4.4
10
Давление света
  w  1  R   cos. Здесь w- объемная плотность энергии, R –
4.4
коэффициента отражения, φ – угол падения волны.
Декремент затухания
логарифмический
Логарифмический декремент равен натуральному логарифму
отношения амплитуд соседних колебаний, то есть отличающихся на
один период T :
2.2
4.2
t
A 0  e
  ln
 ln
  T 
 t T  
A t  T 
A 0  e
A t 
Дисперсия света
аномальная
Область дисперсионной кривой, т.е. зависимости показателя
преломления от частоты света, непосредственно примыкающая к
частоте резонансного поглощения ω 0 , соответствующая
зависимости
3.1
dn
0.
d
Дисперсия света
нормальная
Дифракционная
решетка
Область дисперсионной кривой, т.е. зависимости показателя
преломления от частоты света, соответствующая зависимости
3.1
dn
0.
d
Дифракционной решеткой называется совокупность большого числа
одинаковых, отстоящих друг от друга на одно и то же расстояние
щелей . Расстояние d между серединами соседних щелей называется
периодом решетки.
2.2
11
d
b a
d sin

Дифракция
Дифракция волн – отклонение от прямолинейного распространения
2.1-
волн
при движении волн в среде с неоднородностями.
2.3
Длина волны
Пространственный период волны
4.4
λ=
2π
 u T
k
- расстояние, проходимое волной с фазовой скоростью u за один
период Т.
Добротность
Добротность колебательной системы, находящейся в режиме
рез
колебательной
вынужденных колебаний
системы с
где 0,7 – ширина резонансной кривой на уровне половинной
мощности внешнего источника вынуждающей силы
вынужденными
Добротность
есть
Q
0,7
отношение
2.2
,
резонансной
амплитуды
к
4.2
12
колебаниями
статической, т.е. коэффициент усиления:
Q
Aрез
Aстат
.
13
Добротность
колебательной
системы с
затухающими
колебаниями
Величина, обратно пропорциональная логарифмическому декременту
затухания:
Q
2.2
4.2

 N e .

При слабом затухании:
Q
0
E0
,
 2
2
 E 
где Е0 – запасенная энергия;
E – потери энергии за один период.
Доплера эффект для
упругих волн (в
акустике)
Эффект Доплера заключается в том, что при относительном движении
источника и приемника в среде частота  принимаемой упругой волны
отличается от частоты 0 испускаемой упругой волны.
1. Движется источник, приемник покоится.    0 

1
υ
1  cos 
u

.

2. Движется приемник, источник покоится.   0  1   сos  
 u


Здесь  – угол между вектором υ скорости движения источника и вектором R ,
соединяющим источник с приемником волн.
4.4
14
Доплера эффект для
электромагнитных
Частота электромагнитной волны, воспринимаемой приемником,
зависит только от относительного движения (сближения или удаления)
источника и приёмника:
волн (в оптике)
  0
здесь

1
1  2
4.4
1
1

,
 1   cos 
– релятивистский фактор;

 – угол между вектором υ и вектором R , соединяющим источник с
приемником;
u
  , где u – модуль скорости относительного движения источника
c
и приемника; с – скорость света в вакууме.
Доплера эффект
поперечный
Эффект наблюдается для электромагнитных волн при
  0 
=
π
2
4.4
1

и имеет чисто релятивистский характер.
Закон ЛамбертаБугера
Отношение интенсивности прошедшего излучения I к интенсивности
падающего I0
I
 exp  α  d  ,
I0
где α - коэффициент поглощения и d - толщина слоя,
3.1
15
Закон Малюса
Интенсивность поляризованного света, прошедшего поляризатор и
3.2
анализатор, равна
I А  I П  cos 2  
1
I 0 cos 2  ,
2
где I0 – интенсивность естественного света, IП - интенсивность света
после поляризатора, IА - интенсивность света после анализатора, φ –
угол между плоскостями анализатора и поляризатора.
Закон преломления
Отношение синуса угла падения световой волны на границу раздела
света (закон
двух сред к синусу угла преломления равно относительному
Снеллиуса)
показателю преломления двух сред, т.е отношению показателей
3.2
преломления второй и первой сред:
sin i1 n2

 n21
sin i2 n1
Зонная пластинка
Пластинка, перекрывающая все четные или все нечетные зоны
Френеля. В центре экрана амплитуда световых волн будет в N
превосходить амплитуду волны от одной первой зоны, а интенсивность
света будет больше в N 2 раз. Такая пластинка действует подобно
собирающей линзе.
2.1
16
Зоны Френеля
Кольцевые равновеликие зоны на открытой части фронта сферической
2.1
волны при наблюдении дифракции Френеля, играющие роль вторичных
источников.. Эти зоны строятся так, что расстояния от краев каждой зоны
до центра экрана отличаются на  2 (λ – длина волны в той среде, в
которой распространяется волна).
Зоны Шустера
Элементарные равновеликие зоны на открытом участке фронта плоской
2.2
волны при наблюдении дифракции Фраунгофера, играющие роль
вторичных источников.
Интенсивность
упругой волны
Интенсивность упругой волны – модуль усредненного за период
значения вектора Умова:
1
I  j  w  u   A2 2u ,
2
где w -средняя объемная плотность энергии, u - модуль вектора
фазовой скорости, ρ – плотность вещества, в котором распространяется
волна, А – амплитуда волны, ω – частота волны.
4.4
17
Интенсивность
Интенсивность электромагнитной волны – модуль усредненного за
период значения вектора Пойнтинга.
электромагнитной
волны
I  j  wc
1

4.4
,
где w -средняя объемная плотность энергии, с – скорость света в
вакууме, ε – диэлектрическая проницаемость вещества, в котором
распространяется волна.
Интерференция волн
Явление
суперпозиции
когерентных
волн,
характеризуемое
1.1
перераспределением энергии (интенсивности). В результате этого в
1.2
одних точках пространства возникают максимумы, а в других –
минимумы интенсивности.
Когерентность
Кольца Ньютона
Монохроматические волны, обладающие постоянной во времени и в
1.1
пространстве разностью фаз.
Интерференционные полосы равной толщины в виде концентрических
1.2
колец, образующиеся в результате интерференции волн, отраженных от
участков клина одинаковой толщины.
Коэффициент
затухания
Скорость затухания колебаний. Для колебательного контура

R
, где R – электрическое
2L
сопротивление контура, L – индуктивность
2.2
4.2
18
контура. Для пружинного маятника

r
, где r
2m
- коэффициент трения,
m – масса маятника.
Критический режим
затухающих
колебаний
Режим, возникающий при условии β = ω0, когда период колебаний
обращается в бесконечность, то–есть движение перестает быть
периодическим.
Условие критического режима:
для пружинного маятника:
rкр  2 km ;
для электрического колебательного контура:
Rкр  2
Лиссажу фигуры
L
C
2.2
4.2
2.1
4.2
.
Траектории результирующих движений, возникающих при сложении
взаимно перпендикулярных колебаний кратных частот.
19
Монохроматические
Волны одинаковых частот (длин волн)
4.4
волны
Оптическая
длина
пути
Длина пути света, определяемая формулой L   n  ds , где n – показатель
1.1
преломления среды, а s – геометрическая длина пути, т.е. длина пути
света в вакууме.
Оптическая
Свойство среды, характеризуемое показателем преломления среды. Чем
1.1
плотность среды
выше показатель преломления, тем больше оптическая плотность
1.2
среды.
Оптическая
Величина, равная разности оптических длин путей, проходимых
1.1
разность хода
светом.
1.2
20
Период волны
Временной период T 
Плотность потока
См. Вектор Умова
2

4.4
энергии упругой
волны
Плотность потока
См. вектор Пойнтинга
энергии
электромагнитной
волны
Показатель
Отношение скорости волны света в вакууме к фазовой скорости света в
преломления
некоторой среде:
абсолютный
n
c
V
3.2
21
Поляризатор
Прибор для получения плоско-поляризованного света из естественного.
Поток энергии
Мощность источника упругой волны
упругой волны
Ф
W
t
3.2
4.4
,
где W – полная энергия, переносимая волной через поперечную
площадку
S
за время t.
Принцип
Принцип независимого наложения волн: если в пространстве
суперпозиции волн
одновременно распространяются несколько волн, то колебание в
3.1
каждой точке оказывается геометрической суммой колебаний, которые
совершались бы при распространении каждой волны в отдельности.
Резонанс
Явление резкого увеличения амплитуды вынужденных колебаний при
2.2
4.2
2.2
4.2
2.2
4.2
приближении частоты вынуждающей силы к частоте собственных
колебаний (  0).
Резонансная частота
Частота вынуждающей силы, при которой функция A() достигает
экстремума, рез  02  22 ,
Резонансные кривые
Амплитудно-частотные характеристики A = A()
22
Свет линейно-
Свет, в котором колебания светового вектора E происходят только в
поляризованный
одной плоскости.
Свет плоско-
См. Свет линейно- поляризованный
3.2
Свет, у которого направления колебаний светового вектора E
3.2
3.2
поляризованный
Свет поляризованный
упорядочены каким-либо образом.
Свет частично-
Свет, в котором колебания одного направления преобладают над
поляризованный
колебаниями других направлений. Он рассматривается как смесь
3.2
естественного и плоско-поляризованного света.
Световой вектор
Вектор напряженности электрического поля E электромагнитной
4.4
волны.
Скорость групповая
Скорость группы волн.
3.1
23
Скорость света
Скорость электромагнитной волны в общем случае равна
1
.
u
ε 0μ 0με
4.3
4.4
В вакууме (а также в воздухе)
u = c
1
м
 3 108 .
с
00
В прозрачных диэлектриках u 
где
Скорость упругих
волн в газах
Скорость упругих
волн поперечных в
твердых телах
ε= n
c

,
– показатель преломления.
P
RT
,
u
 


где R – универсальная газовая постоянная;
μ – молярная масса;
Т – абсолютная температура,
γ – коэффициент Пуассона.
u
G

, где ρ – плотность вещества,
G– модуль сдвига.
4.4
4.4
24
Скорость упругих
волн продольных в
твердых телах
Скорость упругих
волн в жидкостях
u
E

, где ρ – плотность вещества,
4.4
Е– модуль упругости Юнга.
u
K

, где ρ – плотность вещества,
4.4
К – модуль объемной упругости.
Скорость фазовая
Скорость перемещения фронта волны (фазовой поверхности).
Суперпозиция
См.Принцип суперпозиции
4.4
1.1
волн
Фаза колебаний
Аргумент гармонической функции, описывающей колебания линейного 2.1
4.2
гармонического осциллятора,   t  
Фаза волны
Аргумент гармонической функции, описывающей гармоническую
волну-

Ф  t  kr

4.4
25
Фронт волны
Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту
4.4
времени t.
Частота
затухающих
колебаний
 
2
 2   2 ,
0
T
2.2
где ω0 – частота собственных колебаний, β – коэффициент затухания.
Частота основная
Наименьшие возможные частоты стоячих волн (при m = 1).
Частота собственных
Частота, определяемая только параметрами данного гармонического
колебаний
осциллятора.
Частота собственных
колебаний
математического
маятника
4.2
0 
g
, где

маятника.
g –ускорение свободного падения,
- длина подвеса
4.4
2.1
2.1
26
Частота собственных
колебаний
k
, где k – жесткость пружины, m- масса маятника.
0 
m
2.1
пружинного
маятника
Частота собственных
колебаний
0 
mg
ф

, где m - масса маятника, g - ускорение свободного падения,
физического
момент инерции,
маятника
точки подвеса до центра инерции.
Частота собственных
колебаний в
0 
ф-
2.1
длина физического маятника - расстояние от
1
, где L – индуктивность контура, C –емкость конденсатора.
LC
4.2
электрическом
колебательном
контуре
Шкала упругих волн
Инфразвук
частота <20 Гц
Слышимый звук
202104 Гц
Ультразвук
21042109 Гц
Гиперзвук
210921022 Гц
4.4
27
3105  5 104 м
Шкала
Радиоволны
электромагнитных
Оптическое
излучение
длина волны
510–4  210–9 м
Рентгеновское излучение
длина волны
2 109  6 1012 м
 -излучение
длина волны
 1010 м
волн
длина волны
4.3
4.4