Вавилова закон
Вид материала | Закон |
- Н. И. Вавилова аналитический отчет, 217.51kb.
- Урок по общей биологии в 11 классе «Дело академика Вавилова», 851.64kb.
- Селекция- одомашнивание, 126.51kb.
- Уважаемые коллеги!, 64.43kb.
- Українське товариство генетиків І селекціонерів ім. М.І. Вавилова, 45.97kb.
- «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова», 377.27kb.
- Саратовский Государственный Аграрный Университет им. Н. И. Вавилова. Кафедра Акушерства, 248.61kb.
- О. Б. Ширяев Институт общей физики ран, 119991, Москва, ул. Вавилова,, 20.28kb.
- Главное управление образования, 70.84kb.
- Издательский дом, 529.99kb.
Скорость с распространения В. на п. ж. зависит от длины волны Я. При возрастании длины волны скорость распространения гравитационно-капиллярных волн сначала убывает до нек-рого мин. значения c1=
( — поверхностное натяжение, g — ускорение свободного падения, — плотность жидкости). Значению c1 соответствует длина волны 1=2/gp. При >1 скорость распространения зависит преим. от сил тяжести, а при <1 — от сил поверхностного натяжения. Для поверхности раздела воды и воздуха 1=l,72 см.,
Причины возникновения гравитац. волн: притяжение жидкости Солнцем и Луной, движение тел вблизи или по поверхности воды (корабельные волны), действие на поверхности жидкости системы импульсивных давлений (напр., местное возвышение уровня при подводном взрыве). Наиболее распространены в природе ветровые волны.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА, раздел оптики, в к-ром рассматривается передача света и изображения по световодам и волноводам оптич. диапазона, в частности по многожильным световодам и пучкам гибких волокон. В. о. возникла в 50-х гг. 20 в.
В волоконно-оптич. деталях световые сигналы передаются с одной поверхности (торца световода) на другую (выходную) как совокупность
Поэлементная передача изображения волоконной деталью: 1 — изображение, поданное на входной торец; 2 — светопроводящая жила; 3 — изолирующая прослойка; 4 — мозаичное изображение, переданное на выходной торец.
элементов изображения, каждый из к-рых передаётся по своей световедущей жиле (рис.). В волоконных деталях обычно применяют стеклянное волокно, световедущая жила к-рого (сердцевина) окружена стеклом-оболочкой из др. стекла с меньшим показателем преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи, падающие под соответствующими углами, претерпевают полное внутр. отражение и распространяются по световедущей жиле. Несмотря на множество таких отражений, потери в световодах обусловлены гл. обр. поглощением света в массе стекла жилы. При изготовлении световодов из особо чистых материалов удаётся снизить ослабление светового сигнала до неск. десятков и даже единиц дБ/км. Диаметр световедущих жил в деталях разл. назначений лежит в области от нескольких мкм до нескольких мм. Распространение света по световодам, диаметр к-рых велик по сравнению с длиной волны, происходит по законам геометрической оптики; по более тонким волокнам (порядка длины волны) распространяются лишь отд. типы волн или их совокупности, что рассматривается в рамках волновой оптики.
Для передачи изображения в В. о. применяются жёсткие многожильные
световоды и жгуты с регулярной укладкой волокон. Кач-во передачи изображения определяется диаметром световедущих жил, их общим числом и совершенством изготовления. Любые дефекты световодов портят изображение. Обычно разрешающая способность волоконных жгутов составляет 10—50 лин./мм, а в жёстких многожильных световодах и спечённых из них деталей — до 100 лин./мм.
Изображение на входной торец жгута проецируется с помощью объектива. Выходной торец рассматривается через окуляр. Для увеличения или уменьшения действит. изображения применяются фоконы — пучки волокон с плавно увеличивающимся или уменьшающимся диаметром. Они концентрируют на выходном узком торце световой поток, падающий на широкий торец. При этом на выходе возрастают освещённость и наклон лучей. Повышение концентрации световой энергии возможно до тех пор, пока числовая апертура конуса лучей на выходе не достигнет числовой апертуры световода (её обычная величина 0,4—1). Это ограничивает соотношение входного и выходного радиусов фокона, к-рое практически не превосходит пяти. Широкое распространение получили также пластины, вырезанные поперёк из плотно спечённых волокон. Они служат фронтальными стёклами кинескопов и переносят изображение на их внеш. поверхность, что позволяет контактно его фотографировать. При этом до плёнки доходит осн. часть света, излучаемого люминофором, и освещённость на ней создаётся в десятки раз большая, чем при съёмке фотоаппаратом с объективом.
Световоды и др. волоконно-оптич. детали применяют в технике, медицине и во многих др. отраслях научных исследований. Жёсткие прямые или заранее изогнутые одножильные световоды и жгуты из волокон диам. 15—50 мкм применяют в медицинских приборах для освещения внутр. полостей носоглотки, желудка, бронхов и т. д. В таких приборах свет от электрич. лампы собирается конденсором на входном торце световода или жгута и по нему подаётся в освещаемую полость. Использование жгута с регулярной укладкой стеклянных волокон (гибкий эндоскоп) позволяет видеть изображение стенок внутр. полостей, диагностировать заболевания и с помощью гибких инструментов выполнять простейшие хирургич. операции без вскрытия полости. Световоды с заданным переплетением применяют в скоростной киносъёмке, для регистрации треков яд. ч-ц, как преобразователи сканирования в фототелеграфировании и телевизионной измерит. технике, как преобразователи кода
89
и как шифровальные устройства. Созданы активные (лазерные) в о л о к н а, работающие как квант. усилители и квант. генераторы света, предназначенные для быстродействующих вычислит. машин и выполнения ф-ций логич. элементов, ячеек памяти и др. Особо прозрачные тонкие волоконные световоды с затуханием в неск. дБ/км применяются как кабели телефонной и телевизионной связи как в пределах объекта (здание, корабль и т. п.), так и на расстоянии от него в десятки км. Волоконная связь отличается помехозащищённостью, малым весом линий передачи, позволяет сэкономить дорогостоящую медь и обеспечивает развязку электрич. цепей.
Волоконные детали изготовляются из особо чистых материалов. Из расплавов подходящих марок стёкол вытягиваются световод и волокно. Предложен новый оптич. материал — кристалловолокно, выращиваемое из расплава. Световодами в кристалло-волокне явл. нитевидные кристаллы, а прослойками — добавки, вводимые в расплав.
• К а п а н и Н.С., Волоконная оптика, пер. с англ., М., 1969; Вейнберг В. Б., С а т т а р о в Д. К., Оптика световодов, 2 изд., Л., 1977; Кучикян Л. М., Физическая оптика волоконных световодов, М., 1979; Саттаров Д. К., Волоконная оптика, Л., 1973; Тидекен Р., Волоконная оптика и ее применение, пер. с англ., М., 1975. См. также лит. при ст. Световоды.
В. Б. Вейнберг.
ВОЛЬТ (В, V), единица СИ электрич. напряжения, электродвижущей силы (эдс), разности электрич. потенциалов. Названа в честь итал. учёного А. Вольты (A. Volta). 1 В — электрич. напряжение, вызывающее в электрич. цепи пост. ток силой 1 А при затрачиваемой мощности 1 Вт. В то же время 1 В равен потенциалу точки электрич. поля, находясь в к-рой заряд в 1 Кл обладает потенц. энергией 1 Дж. 1 В = 108/с ед. СГСЭ=1/300 ед. СГСЭ=108 ед. СГСМ, здесь с — числовое значение скорости света в вакууме, выраженное в см/с (3•1010).
ВОЛЬТ НА МЕТР (В/м, V/m), единица СИ напряжённости электрич. поля. 1 В/м — напряжённость однородного электрич. поля, при к-рой между точками, находящимися на расстоянии 1 м вдоль линии напряжённости поля, создаётся разность потенциалов 1 В. 1 B/M=1/3•10-4 ед. СГСЭ=106 ед. СГСМ.
ВОЛЬТ-АМПЕР (В•A, V•A), единица полной мощности электрич. тока, т. е. мощности, определяемой произведением действующего значения силы тока в электрич. цепи на напряжение на её зажимах. Различают также активную мощность (ед. СИ — ватт) и реактивную мощность (ед.— вар).
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, зависимость тока от приложенного к элементу электрич. цепи напряжения или зависимость падения напряжения на элементе электрич. цепи от протекающего через него тока. Если сопротивление элемента не зависит от тока, то В.-а. х.—прямая линия, проходящая через начало координат. В.-а. х. нелинейных элементов электрич. цепи (электровакуумные, газоразрядные и твёрдотельные приборы) имеют нелинейные участки и разнообразную форму (N-образные В.-а. х., S-образные и т. п.).
ВОЛЬТМЕТР (от вольт и греч. metreo — измеряю), прибор для измерения напряжения в электрич. цепях. В. включается параллельно участку цепи, на к-ром измеряется напряжение. Для уменьшения влияния включённого В. на режим цепи он должен обладать большим входным сопротивлением.
Осн. частью простейших В. явл. электроизмерит. механизм (магнитоэлектрич., эл.-магн., электродинамич., ферродинамич., электростатический — см. соответствующие статьи). В. для измерения малых напряжений представляет собой сочетание измерительного усилителя с электроизмерит. механизмом, воспринимающим выходной сигнал усилителя. Для измерения больших напряжений в В. встраивают добавочные сопротивления или делители напряжения либо используют В. совместно с указанными устройствами или измерит. трансформатором напряжения. Широкое распространение получили цифровые В. (см. Цифровой электроизмерительный прибор). Для измерений в цепях перем. тока на высоких и сверхвысоких частотах широко применяют В., в к-рых перед электроизмерит. механизмом включён преобразователь перем. тока в постоянный (см. Выпрямительный электроизмерительный прибор, Термоэлектрический измерительный прибор). В. с электроизмерит. механизмами без внеш. добавочных устройств характеризуются след. данными: верх. предел измерений — от 0,3 мВ до 300 кВ, осн. погрешность в % от верх. предела измерений — 0,1—2,5%, частотный диапазон — от десятых долей Гц до 20 МГц. Цифровые В. (в осн. пост. тока): верх, предел измерений— от 100 мкВ до 2 кВ, основная погрешность— 0,02—0,5%. Электронные В. с усилителями и преобразователями позволяют измерять напряжения до 10-9 В в диапазоне частот до сотен МГц, В. с трансформаторами напряжения и высоковольтными делителями — до 1 MB.
Техн. требования к В. стандартизованы в ГОСТах 22261—76, 8711—78 и 9781—78.
• Основы электроизмерительной техники, М., 1972; Справочник по электроизмерительным приборам, 2 изд., Л., 1977.
В. П. Кузнецов.
ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТ в теории удара, величина, зависящая от физ. св-в соударяющихся тел и определяющая, какая доля начальной относит. скорости этих тел восстанавливается к концу удара. В. к. характеризует потери механич. энергии соударяющихся тел вследствие появления в них остаточных деформаций и их нагревания. См. также Удар.
ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ твёрдого тела, 1) В. д. вокруг ос и— движение тв. тела, при к-ром к.-л. две его точки А и В остаются всё время неподвижными (рис.).
Прямая АВ, проходящая через эти точки, наз. осью вращения; все точки тела при В. д. описывают окружности в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения и с центрами, лежащими на этой оси. Тело, совершающее В. д., имеет одну степень свободы, и его положение определяется углом между проведёнными через ось вращения неподвижной полуплоскостью н полуплоскостью, жёстко связанной с телом и вращающейся вместе с ним.
Осн. кинематич. хар-ки В. д. тела — его угл. скорость и угл. ускорение . Для любой точки тела, отстоящей от оси на расстоянии h, её линейная скорость v=h, касательное ускорение w = h, нормальное ускорение wn=h2 и полное ускорение w=h(2+w4).
Осн. динамич. хар-ками В. д. тела явл. его кинетич. момент относительно оси вращения Kz=Iz (см. Момент количества движения) и кинетич. энергия T=1/2Iz2, где Iz — момент инерции тела относительно оси вращения z. Закон вращения определяется из основного ур-ния: Iг=Мz, где Мz — вращающий момент.
2) В. д. вокруг точки (или сферич. движение) — движение тв. тела, при к-ром какая-то одна его точка О остаётся неподвижной, а все другие точки движутся по поверхностям сфер, имеющих центр в точке О. При таком В. д. тела любое его элем. перемещение представляет собой элем. поворот вокруг нек-рой оси, проходящей через точку О и наз. мгновенной осью вращения. Со временем эта ось, в отличие от неподвижной, непрерывно изменяет своё направление. В результате В. д. тела слагается из серии элем. поворотов вокруг непрерывно меняющих своё направление мгновенных осей. Пример такого В. д. тела — движение гироскопа.
С. М. Тарг.
ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ (ротационные спектры), молекулярные спектры, обусловленные вращением молекулы как целого. Состоят из отдельных спектр. линий; наблюдаются в поглощении в далёкой ИК области и микроволн. диапазоне, а также в спектрах комбинационного
90
рассеяния света. Подробнее см. в ст. Молекулярные спектры.
ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ, мера внеш. воздействия, изменяющего угл. скорость вращающегося тела. В. м. равен алгебр. сумме моментов всех действующих на вращающееся тело сил относительно осп вращения (см. Момент силы, Вращательное движение). В. м. связан с угл. ускорением тела равенством: Mвp=I, где I — момент инерции тела относительно оси вращения.
ВРАЩЕНИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ света, поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света при его прохождении через в-во (см. Поляризация света). Наиболее простое модельное объяснение явления В. п. п. состоит в следующем. Линейно поляризованный пучок света можно представить как результат сложения (сумму) двух пучков, распространяющихся в одном направлении и поляризованных по кругу с противоположными направлениями вращения. Если два таких пучка распространяются в в-ве с разл. скоростями (т. е. если преломления показатели в-ва для них неодинаковы), то это приводит к повороту плоскости поляризации суммарного пучка. В. п. п. может быть обусловлено либо особенностями внутр. структуры в-ва (см. Оптическая активность), либо вз-ствием в-ва с внеш. магн. полем (см. Фарадея эффект). Как правило, В. п. п. происходит в оптически изотропных средах о пространственной дисперсией (кубич. кристаллы, жидкости, р-ры и газы). Измеряя В. п. п. и его зависимость от длины волны света (т. н. вращательную дисперсию), исследуют особенности строения в-ва и определяют концентрации оптически активных веществ в р-рах. В. п. п. используют в ряде оптич. приборов (оптич. модуляторы, затворы, вентили, квант. гироскопы и др.).
ВРЕМЕНИ ИЗМЕРЕНИЕ. Отсчёт времени связан с периодич. процессами. Система исчисления времени, применяемая в повседневной жизни, основана на солн. сутках, а соответствующая ед. времени — секунда солнечного времени определяется как 1/86400 ср. солн. суток (в году содержится 365,2422 ср. солн. суток). Длительность истинных солн. суток меняется в течение года вследствие неравномерности орбит. движения Земли и наклона земной оси к плоскости орбиты; эти изменения достигают 50 с.
По междунар. соглашению, земная поверхность разделена на 24 часовых пояса, в каждом из к-рых ведётся единый отсчёт времени, отличающийся на 1 ч от времени в соседнем поясе. Отсчёт долгот, а следовательно, и осн. отсчёт времени, ведётся от меридиана, проходящего через Гринвичскую обсерваторию (Великобритания). Единое время, отсчитываемое
внутри данного часового пояса, наз. гражданским временем, а время нулевого часового пояса (гринвичское время) наз. всемирным временем. Москва и Ленинград находятся во 2-м часовом поясе, самые восточные части нашей страны лежат в 12-м часовом поясе. Для рационального использования светлого времени суток во многих странах (в СССР с 1981) часы на лето переводятся вперёд («летнее время»). Кроме того, в СССР с 1930 часы по всей территории страны сдвинуты на 1 ч вперёд относительно времени данного часового пояса (декретное время). Декретное московское время опережает гринвичское время на 3 ч.
Значительные видимые размеры Солнца и большой поток света и теплоты, излучаемый им, делают отсчёт времени по нему неудобным и неточным. Поэтому астр. измерение времени вплоть до сер. 20 в. велось на основе наблюдений видимого движения звёзд, обусловленного суточным вращением Земли. Длительность звёздных суток (промежутка времени между двумя последоват. прохождениями звезды через плоскость меридиана) не содержит вариаций, связанных с неравномерностью орбит. движения Земли и с наклоном земной оси к плоскости орбиты. Тем не менее оказалось неудобным введение звёздных суток для практич. счёта времени. Звёздные сутки приблизительно на 4 мин меньше солн. суток. (Это различие обусловлено тем, что за время каждого оборота Земли вокруг оси Солнце перемещается по небосводу прибл. на 1/365 оборота в направлении вращения Земли.) Отношение между ср. солнечными и звёздными сутками определено с чрезвычайно высокой точностью.
Измерение меньших промежутков времени осуществляется с помощью астр. часов. Их ход определяется маятником (вес 10—12 кг), колеблющимся на спец. подвесе (длиной ок. 1 м) в вакууме. Для достижения высокой точности (относит. погрешность 10-8) маятник максимально защищён от вибраций, внеш. воздействий, изменений темп-ры, а его колебания поддерживаются эл.-магн. устройством.
Большую точность отсчёта времени обеспечивают кварцевые часы, ход к-рых определяется колебаниями пластин из высококачественного крист. кварца. Суточная относит. погрешность таких часов не превышает 10-11, а ошибка, накапливающаяся в течение года, не превышает 10-9 с. Кварцевые часы позволили установить неравномерность суточного вращения Земли. Сравнение длительности звёздных суток с показаниями многих независимых кварцевых часов показало, что длительность звёздных суток может изменяться на величину 10-8 от их ср. величины. Океанские
приливы и деформации земной коры, вызываемые притяжением Солнца и Луны, постепенно замедляют суточное вращение Земли, так что сутки удлиняются в ср. на 0,001 с за столетие. Наблюдаются и др. периодич, изменения скорости вращения Земли, вызванные притяжением Солнца и Луны, наклоном земной осп к плоскости её орбиты, сплющенностью Земли у полюсов. На эти регулярные вариации налагаются хаотич. изменения, вызванные мощными возмущениями атмосферы, связанными с солн. активностью, тектонич. процессами и др. В результате длительность истинных звёздных суток непостоянна. Более регулярным процессом явл. обращение Земли вокруг Солнца, период к-рого весьма постоянен, а его возмущения под влиянием др. планет малы. В 1960 Генеральная конференция по мерам и весам определила секунду как 1/31556925,9747 часть длительности тропич. года (эфемеридная секунда).
Макроскопич. тела принципиально не могут служить абс. хранителем времени. Причина — неустранимые и неконтролируемые изменения систем, состоящих из огромного числа атомов. Изменение упругости подвеса маятника или упругости кварцевой пластины (рекристаллизация), возникновение микротрещин, разрушение поверхностных слоев и др. неизбежно ведут к изменению периода колебания маятника или пластины. Освободиться от таких медленных, но неизбежных изменений, можно лишь обратившись к ат. системам, состоящим из сравнительно небольшого числа ч-ц. Изменения числа ч-ц или их состояния ведут к резкому квант. изменению св-в системы и могут быть сразу замечены. Атом или молекула избирательно поглощает или излучает эл.-магн. волны определённых частот (см. Спектроскопия). Эти частоты отличаются непревзойдённым постоянством, т. к. зависят от строения атома или молекулы.
Развитие радиоспектроскопии и квантовой электроники привело к созданию двух типов ат. эталонов частоты и времени — цезиевого эталона и водородного генератора, позволяющих измерять и воспроизводить секунду с относит. погрешностью 10-13 (см. Квантовые стандарты частоты, Квантовые часы). Взаимные сравнения цезиевых и водородных стандартов частоты разл. конструкций показали расхождение в 3•10-13. Генеральная конференция по мерам и весам приняла в 1967 новую ед. времени — атомную секунду, определив её как 9192631770,0 периодов эл.-магн. колебаний, соответствующих определ. квант. переходу атома 137Cs. Нуль после запятой означает, что эта величина, полученная из сравнений с эфе-
91
меридной секундой, принята за определение и не подлежит дальнейшему уточнению (если последующие астр. наблюдения этого потребуют, то должна быть уточнена величина эфемеридной секунды). Частота, фиксируемая водородным генератором, определена из сравнений с цезиевым эталоном с погрешностью 30•10-12 и равна 1420405751,7860±0,0046 Гц.
Создание оптических стандартов частоты позволит объединить в одном физ. процессе эталоны времени и длины. Период эл.-магн. колебаний, соответствующий избранной спектр. линии, станет основой эталона времени, а длина волны этой спектр. линии — основой эталона длины. Однако создание любого нового эталона времени должно послужить лишь уточнению измерит. процедуры, но не должно изменять значения секунды, определённой при помощи цезиевого эталона.
Совр. состояние науки требует измерения отрезков времени от 10-12 с до 1010 лет. Этот огромный диапазон не может быть реализован в единой методике и аппаратуре. Пока не существует методов для точного измерения сверхкоротких импульсов, генерируемых нек-рыми лазерами. Процессы, длительность к-рых превосходит доли нс, могут изучаться при помощи скоростных электроннолучевых осциллографов. Несколько более медленные процессы фиксируются при помощи хронографов. Измерение длительности геол. и астрофиз. процессов основано на изучении явлений, связанных с распадом и синтезом ат. ядер. Возраст горных пород определяется по измерению относительного содержания в них продуктов радиоакт. распада. Возраст археол. объектов определяется по относит. содержанию радиоакт. изотопа углерода 13С или по намагниченности обожжённых глиняных черепков, соответствующей величине магн. поля Земли в месте и в момент обжига. Возраст звёзд определяется по относит. содержанию гелия и водорода в их атмосфере, а возраст Метагалактики характеризуется величиной красного смещения в спектрах наиб. удалённых астр. объектов. Новейшие данные о возрасте Метагалактики получены из наблюдения реликтового излучения.
• Б а к у л и н П. И., Блинов Н. С., Служба точного времени,. 2 изд., М., 1977; Константинов А. И..Ф л е е р А. Г., Время, М., 1971; Время и частота. Сб. статей, под ред. Дж. Д ж е с п е р с е н а, М., 1973; Ильин В. Г., Сажин В. В., Новый Государственный эталон времени и частоты, СССР, «Природа», 1977, № 8. См. также лит. при ст. Квантовые стандарты частоты.
М. Е. Жаботинский.