П падение тела
Вид материала | Документы |
- Тема «кинематика материальной точки», 29.33kb.
- Урок изучения новых знаний в 9-м классе по теме: "Свободное падение тел", 145.66kb.
- Программа вступительных испытаний по физике механика, 48.4kb.
- Тема: строение тела животных, 47.92kb.
- Конспект урока физики в 7 классе Тема : Вес тела, 40.5kb.
- Тема. Малые тела Солнечной системы, 383.39kb.
- Книга о душе, 521.77kb.
- Владимир Данченко принципиальные вопросы общей теории чакр и тантрическая концепция, 1664.57kb.
- Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 76.9kb.
- Беседа – лекция. Прием наркотика – всегда полет, но в конце – всегда падение, 83.01kb.
ПРИВЕДЁННАЯ МАССА, условная характеристика распределения масс в движущейся механич. или смешанной (напр., электромеханич.) системе, зависящая от физ. параметров системы (масс, моментов инерции, индуктивности и т. д.) и от закона её движения. В простейших случаях П. м. определяют из равенства T=v2/2, где Т — кинетич. энергия системы, v — скорость нек-рой характерной точки, к к-рой приводится масса системы. Напр., для тела, совершающего плоскопараллельное движение, при приведении к его центру масс С будет = [1+(c/hс)2]m, где m — масса тела, с— радиус инерции относительно оси, перпендикулярной к плоскости движения и проходящей через центр С, hc— расстояние от центра масс до мгновенной оси вращения (в общем случае величина переменная).
ПРИВЕДЁННЫЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ, параметры термодинамически равновесной системы (давление, объём, темп-ра и др.), отнесённые к их значениям в критическом состоянии. Ур-ние, связывающее П. п. с., напр. Ван-дер-Ваальса уравнение при не слишком низких темп-рах, одинаково для всех газов (закон соответственных состояний), т. к. не содержит физ.-хим. констант, характеризующих индивидуальные в-ва. См. Уравнение состояния, Соответственные состояния.
ПРИГОЖИНА ТЕОРЕМА, теорема термодинамики неравновесных процессов, согласно к-рой при данных внеш. условиях, препятствующих достижению системой равновесного состояния, стационарному (неизменному во времени) состоянию системы соответствует миним. производство энтропии. Если таких препятствий нет, то производство энтропии достигает своего абс. минимума — нуля. Доказана бельг. физиком И. Р. Пригожиным (I. R. Prigogine) в 1947 из соотношений взаимности Онсагера (см. Онсагера теорема); эквивалентна доказанному Онсагером (1931) принципу наименьшего рассеяния энергии. П. т. справедлива, если кинетич. коэфф. в соотношениях Онсагера постоянны; для реальных систем П. т. справедлива лишь приближённо, поэтому минимальность производства энтропии для стационарного состояния не явл. столь общим принципом, как максимальность энтропии для равновесного состояния (см. Второе начало термодинамики).
• Гроот С.,Мазур П., Неравновесная термодинамика, пер. с англ., М., 1964, гл. 5, §3; Пригожин И., Введение в термодинамику необратимых процессов, пер. с англ., М., 1960; Термодинамика необратимых процессов. Лекции в летней Международной школе физики им. Э. Ферми, пер. с англ., М., 1962, с. 213; Дьярмати И.. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы, пер. с англ., М., 1974, гл. 4—5.
Д. Н. Зубарев.
ПРИЁМНИКИ ЗВУКА, акустич. приборы для восприятия звуковых сигналов и преобразования их с целью измерения, передачи, воспроизведения, записи или анализа. Наиболее распространены П. з., преобразующие акустич. сигналы в электрические (см. Электроакустический преобразователь). К ним относятся применяемые в воздухе микрофоны, в воде гидрофоны, в грунте геофоны. Важнейшие хар-ки таких П. з.: чувствительность — отношение электрич. сигнала к акустическому (напр., отношение амплитуды электрич. напряжения к амплитуде звукового давления); частотная хар-ка (зависимость чувствительности от частоты); собственное электрич. сопротивление; направленность.
Наряду с П. з., к-рые дают электрич. сигнал, воспроизводящий изменения во времени соответствующего акустич. сигнала (давления, колебат. скорости ч-ц), существуют также П. з., измеряющие усреднённые хар-ки звуковой волны. К ним относятся, напр., диск Рэлея, радиометры акустические; в УЗ диапазоне частот пользуются заключёнными в звукопоглощающую оболочку термоэлементами, эдс которых пропорциональна интенсивности УЗ. В качестве П. з. можно рассматривать и органы слуха животных и человека, производящие преобразование акустич. сигналов в нервные импульсы, передаваемые в центр головного мозга.
ПРИЁМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, устройства, изменение состояния к-рых под действием потока оптического излучения служит для обнаружения этого излучения. П. о. и. преобразуют энергию оптич. излучения в другие виды энергии (тепловую, электрич., механич. и т. д.), более удобные для непосредств. измерения. Они реагируют на интенсивность излу-
585
чения, усреднённую по мн. периодам колебания поля, т. к. время реакции приёмника независимо от того, на каком физ. явлении он основан, определяется процессами переноса и релаксации, к-рые происходят медленнее, чем колебания светового поля.
Важными параметрами, характеризующими св-ва и возможности разл. типов П. о. и., явл.: п о р о г о в а я ч у в с т в и т е л ь н о с т ь — миним. поток излучения (к-рый может быть обнаружен на фоне собств. шумов П. о. и.), отнесённый к единице полосы рабочих частот (измеряется
в Вт/Гц1/.2); к о э ф ф. п р е о б р а з о в а н и я (интегральная чувствительность, относит. чувствительность), к-рый связывает падающий поток излучения с величиной сигнала на выходе П. о. и.; п о с т о я н н а я в р е м е н и — время, за к-рое сигнал на выходе П. о. и. нарастает до определённого уровня (этот параметр служит мерой способности П. о. и. регистрировать оптич. сигналы миним. длительности); с п е к т р а л ь н а я х а р а к т е р и с т и к а — зависимость чувствительности П. о. и. от длины волны излучения. П. о. и., у к-рых чувствительность слабо зависит от длины волны в широком диапазоне длин волн, наз. н е с е л е к т и в н ы м и, в отличие от с е л е к т и в н ы х П. о. и., имеющих на спектральной хар-ке чётко выраженные максимумы и (или) минимумы.
Разнообразие типов П. о. и. определяется многочисленностью способов преобразования энергии и невозможностью создать П. о. и. одинаково чувствительными во всём оптич. диапазоне. Поглощение энергии оптич. излучения вызывает изменение состояния в-ва его чувствит. элемента. Таким изменением может быть повышение темп-ры, к-рое в свою очередь вызывает изменение разл. параметров вещества: давления газа, электропроводности тв. тела, электрич. поляризации диэлектрика и др. П. о. и., основанные на этом принципе, наз. т е п л о в ы м и. Наиболее распространённые П. о. и. этого типа — металлич. и полупроводниковые болометры и термоэлементы, применяются также мол. радиометры, оптикоакустич., пироэлектрич. приёмники и др. Действие болометров основано на изменении электрич. сопротивления металла или полупроводника при изменении темп-ры, вызванном поглощением падающего потока оптич. излучения. Изменение темп-ры поглощающей поверхности термоэлементов, пропорциональное падающему на неё излучению, приводит к появлению в них соответств. термоэдс. П и р о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. обычно изготавливают из сегнетоэлектриков; при вз-ствии с излучением на их
поверхности появляются статич. электрич. заряды. В о п т и к о-а к у с т и ч е с к и х и п н е в м а т и ч е с к и х (газовых, жидкостных) П. о. и. регистрируется либо увеличение (в результате повышения темп-ры) объёма поглощающей среды, либо акустич. волны (звук), возникающие в ней при поглощении оптич. излучения. Д и л а т о м е т р и ч е с к и е П. о. и. основаны на использовании теплового расширения тв. тел (см. Дилатометр). Тепловые П. о. и., как правило, неселективны и пригодны для измерения эл.-магн. энергии в широкой области спектра (0,2—50 мкм, иногда до 1000 мкм).
Порог чувствительности лучших тепловых П. о. и. 10-11—10-10Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-3 —10-1 с. Сверхпроводящие полупроводниковые болометры, работающие при глубоком охлаждении (3—15 К), имеют порог чувствительности на уровне 10-12 Вт/Гц1/2 и постоянную времени 10-4 с.
Ф о т о э л е к т р и ч е с к и е П. о. и. непосредственно преобразуют эл.-магн. энергию в электрическую. Их разделяют на П. о. и. с внеш. и внутр. фотоэффектом. К ним относятся фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, фоторезисторы, фотодиоды, электронно-оптические преобразователи, П. о. и. с фотоэлектромагн. эффектом, квантовые усилители оптич. диапазона. Эти П. о. и. селективны, и их реакция зависит от величины энергии отд. поглощённых квантов. Спектральная хар-ка П. о. и. с внеш. фотоэффектом имеет характерную длинноволновую (красную) границу в области 0,6—1,2 мкм, определяемую природой в-ва чувствит. элемента приёмника (см. Работа выхода). Фотоэлектрич. П. о. и. с внутр. фотоэффектом в зависимости от типа чувствительны и в далёкой ИК области спектра (до 10—30 мкм). Порог чувствительности П. о. и. с внеш. фотоэффектом может быть доведён до 10-12—10-15 Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-9 с. Порог чувствительности т.н. с ч ё т ч и к о в ф о т о н о в (полупроводниковых лавинных фотодиодов) ещё выше — до 10-17 Вт/Гц1/2. Предельная чувствительность фоторезисторов 10-10—10-12 Вт/Гц1/2 при постоянной времени 10-5—10-7 с.
Для регистрации сверхкоротких импульсов лазерного излучения ИК диапазона разработаны новые П. о. п., основанные на увлечения эффекте светом носителей заряда. При наличии у эл.-магн. волны конечного импульса при вз-ствии излучения с в-вом (внутризонное поглощение на свободных носителях, переходы между подзонами в валентной зоне) возникает направленное движение носителей, к-рое регистрируется в виде тока или напряжения. П. о. и. такого типа имеют постоянную времени 10-11—10-10 с,
не требуют принудит. охлаждения в использования источников питания. Ещё большее временное разрешение, до 10-14—10-13 с, может быть получено при использовании приёмников с микроантенной на основе структур металл — окисел—металл, работающих как туннельный диод. Недостатком приёмников этого типа явл. их малая чувствительность.
П о н д е ро м о т о р н ы е (механические) П. о. и. реагируют на световое давление, для измерения к-рого можно использовать разл. типы датчиков (ёмкостный, пьезоэлектрический), но чаще всего используют крутильные весы. Применение приёмников этого типа ограничено, т. к. они очень чувствительны к вибрациям и тепловому излучению окружающей среды.
К фотохимическим П. о. и. относятся все виды фотослоев, используемых в совр. фотографии. В отличие от фотоэлектрич. и тепловых П. о. и. фотослой не только суммирует фотохим. действие излучения, но и обладает способностью сохранять его в течение длит. времени. Мерой величины поглощённой энергии служит оптическая плотность проявленного фотослоя.
К П. о. и. могут быть отнесены и глаза живых существ. Область спектра, в к-рой чувствителен глаз человека (0,4—0,8 мкм), наз. в и д и м о й о б л а с т ь ю. Человеческий глаз — селективный приёмник с макс. чувствительностью ок. 555 нм. Адаптированный в темноте глаз человека (см. Адаптация глаза) имеет пороговую чувствительность 10-17 Вт/с, что соответствует неск. десяткам фотонов в 1 с. Глаза др. животных отличает большое разнообразие; так, глаза нек-рых насекомых реагируют на поляризацию света.
Для получения двумерного изображения излучающего объекта применяются м н о г о э л е м е н т н ы е П. о. и. с дискретно или непрерывно распределёнными по поверхности приёмными элементами. К ним относятся фотопластинки, фотоплёнки, электронно-оптические преобразователи, многоплощадочные полупроводниковые болометры и фоторезисторы, эвапорографы (см. Эвапорография).
П. о. и. применяются в спектроскопии, квантовой электронике, астрономии, в автоматич. системах управления и т. д.
• Справочник по лазерам, пер. с англ., под ред. А. М. Прохорова, т. 2, М., 1978; К р и к с у н о в Л. 3., Справочник по основам инфракрасной техники, М., 1918; Марков М. Н., Приемники инфракрасного излучения, М., 1968; Росс М., Лазерные приемники, пер. с англ., М., 1969.
Л. К. Капорский.
ПРИЗМЫ ОПТИЧЕСКИЕ, призмы из материалов, прозрачных для оптического излучения в нек-ром интервале его частот. Они могут быть и не призмами в строго геом. смысле. П. о. подразделяются на три обширных и резко различающихся по назначению клас-
586
са: спектральные призмы (или дисперсионные призмы), отражательные призмы и поляризационные призмы.
ПРИМЕСНЫЕ УРОВНИ, энергетич. состояния ПП, расположенные в запрещённой зоне и обусловленные присутствием в нём примесей и структурных дефектов. В зависимости от того, мало или сравнимо с шириной запрещённой зоны расстояние от П. у. до ближайшей разрешённой зоны, различают м е л к и е и г л у б о к и е П. у. По способности примесного атома отдавать эл-н в зону проводимости либо принимать его из валентной зоны П. у. подразделяют на донорные и акцепторные. Мелкие П. у., соответствующие «примесям замещения» (замещение атома кристалла примесным атомом), проявляют донорный характер, если валентность примесного атома превышает валентность атомов основного кристалла, и акцепторный — при обратном соотношении. Глубокие П. у. обычно образуются при замещении атомов матрицы атомами, отличающимися по валентности более чем на ±1. Такие примеси иногда способны образовывать неск. П. у., соответствующих разл. зарядовым состояниям, напр. атомы Cu в Ge создают три П. у., соответствующих ионам Cu-, Cu2-, Cu3-. Глубокие П. у., отвечающие разным ионам, могут иметь разл. характер (одни быть донорными, другие — акцепторными).
В случае «примесей внедрения» донорный или акцепторный характер П. у. не зависит от их валентности, а определяется величиной электроотрицательности. Если электроотрицательность у примесных атомов больше, чем у атомов матрицы, то П. у. наз. акцепторными, в обратном случае — донорными. Одна и та же примесь может быть донором при замещении и акцептором при внедрении (напр., О в Si) либо наоборот.
П. у. локализованы вблизи дефектов. При очень высоких концентрациях примесей волновые ф-ции, соответствующие П. у., перекрываются, что приводит к «размыванию» П. у. в примесные зоны (см. Сильнолегированный полупроводник).
Э. М. Эпштейн.
ПРИСОЕДИНЕННАЯ МАССА, величина, имеющая размерность массы, к-рая прибавляется к массе тела, движущегося неравномерно в жидкой среде, для учёта воздействия среды на это тело. Напр., если тело с массой m движется поступательно в идеальной жидкости под действием силы F, то сопротивление среды пропорц. ускорению w тела и по основному закону динамики mw=F-w или (m+)w=F, где коэфф. пропорциональности и наз. П. м. Таким образом, тело в жидкости движется так же, как оно двигалось бы в пустоте, имея массу, равную m+. Значение П. м. зависит от формы тела, направления движения и плотности среды. Так, для шара =2/3r3, где r — радиус шара. Для
эллиптич. цилиндра (основание — эллипс), движущегося в направлении, перпендикулярном одной из осей эллипса, =а2h, где а — 1/2 длины этой оси, h — высота цилиндра.
Определение П. м. имеет существенное значение при изучении неустановившихся движений тел, полностью погружённых в воду, при изучении удара о воду, входа тел в воду, качки судов и т. д. При подсчёте П. м. жидкость считают лишённой вязкости и обычно пренебрегают её сжимаемостью.
• Седов Л. И., Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики, 2 изд., М., 1966; Л а м б Г., Гидродинамика, пер. с англ., М.—Л., 1947; Р и м а н И. С., К р е п с Р. Л., Присоединенные массы тел различной формы, М., 1947.
С. М. Тарг.
ПРИСОЕДИНЁННЫЙ ВИХРЬ, условный вихрь, к-рый считается неподвижно связанным с телом, обтекаемым потоком жидкости или газа, и заменяет по величине циркуляции скорости ту действит. завихренность, к-рая образуется в пограничном слое вследствие вязкости.
При вычислении подъёмной силы крыла бесконечно большого размаха можно заменить крыло П. в. с прямолинейной осью, к-рый создаёт в окружающей среде ту же циркуляцию скорости, что и действит. крыло. У крыла конечного размаха П. в. продолжается в окружающую среду в виде свободных вихрей. Знание вихревой системы крыла позволяет вычислить действующие на него аэродинамич. силы. В частности, от вз-ствия присоединённых и свободных вихрей возникает индуктивное сопротивление крыла. Идея П. в. была использована Н. Е. Жуковским в теории крыла и гребного винта,
• Жуковский Н. Е., О присоединенных вихрях. Собр. соч., т. 4, М.—Л., 1949, с. 69; его же, Вихревая теория гребного винта, там же, с. 395; Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 5 изд., М., 1978.
ПРИЦЕЛЬНЫЙ ПАРАМЕТР (прицельное расстояние, параметр удара), в классич. теории рассеяния ч-ц — расстояние между рассеивающим силовым центром и линией первонач. движения рассеивающейся частицы (см. рис. 1 в ст. Рассеяние микрочастиц).
ПРИЧИННОСТИ ПРИНЦИП, один из наиб. общих принципов, устанавливающий допустимые пределы влияния физ. событий друг на друга: П. п. исключает влияние данного события на все прошедшие события («будущее не влияет на прошлое», «событие-причина предшествует по времени событию-следствию»). П. п. требует также отсутствия взаимного влияния таких событий, применительно к к-рым понятия «раньше», «позже» не имеют смысла: более раннее для одного наблюдателя событие представляется др. наблюдателю более поздним; согласно спец. теории относительности, именно такая ситуация возникает, когда пространств. расстояние между событиями столь велико, а временной интервал между ними столь мал, что эти события могли бы быть связаны лишь сигналом, распространяющимся быстрее света. Требование отсутствия причинной связи между ними, к-рую мог бы осуществить соединяющий их сигнал, и ведёт к известному выводу о невозможности движений со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.
В аппарате физ. теории П. п. используется прежде всего для выбора граничных условий к соответствующим ур-ниям динамики, что обеспечивает однозначность их решения. Так, при решении Максвелла уравнений П. п. делает выбор между опережающими и запаздывающими потенциалами в пользу последних. Аналогично в квант. теории поля П. п. делает однозначной технику Фейнмана диаграмм — важный инструмент теор. описания взаимодействующих полей или ч-ц. Кроме того, П. п. позволяет установить общие св-ва величин, описывающих реакцию физ. системы на внеш. воздействия. Сюда относятся аналитич. св-ва диэлектрич. проницаемости системы как ф-ции частоты (дисперс. соотношения Крамерса — Кронига). Др. важный пример — дисперсионные соотношения в теории рассеяния адронов. Эти соотношения — уникальный образец точной зависимости между непосредственно наблюдаемыми величинами (амплитудой упругого рассеяния вперёд и полным сечением рассеяния), выведенной без использования к.-л. модельных представлений об элем. ч-цах. Особенно возросла роль П. п. в теории элем. ч-ц с возникновением аксиоматич. подхода, ставящего своей целью описание вз-ствий ч-ц непосредственно на основе общих принципов (постулатов) теории. В аксиоматич. подходе П. п. отводится конструктивная роль одного из главных (наряду с требованиями теории относительности и квантовой теории) постулатов.
П. п. подтверждается экспериментом в макроскопич. области и общечеловеческой практикой. Однако его справедливость в области субъядерных масштабов, изучаемой в физике элем. ч-ц, не очевидна. Это связано с тем, что под событием в формулировке П. п. понимается «точечное» событие, происходящее в данной точке пр-ва в данный момент времени; соответственно П. п., о к-ром до сих пор шла речь, наз. также принципом микроскопич. причинности (см. Микропричинности условие). Между тем ограничения, вытекающие из квант. теории и теории относительности, делают невозможной физ. реализацию точечного события: любое событие, т. е. любой акт вз-ствия ч-ц, неизбежно имеет конечную протяжённость в пр-ве и времени. Поэтому в обл. малых мас-
587
штабов П. п. теряет своё непосредств. физ. содержание и становится формальным требованием. Это позволяет говорить о возможном нарушении П. п. «в малом», разумеется, при сохранении его справедливости в больших масштабах пространства-времени. Такой «ослабленный» П. п. наз. принципом макроскопич. причинности; его количеств. формулировки, адекватно отражающей указанные выше ограничения, ещё нет. Этот принцип лежит в основе многочисл. попыток обобщения квант. теории поля, относящихся к нелокальной теории поля.
П. п. в совр. физике явл. конкретно-физ. утверждением, существенно более узким по своему содержанию, чем общее философское понятие причинности — взаимной обусловленности, детерминированности последовательности событий. Проблема причинности приобрела большую остроту в период становления квант. механики, когда широко обсуждался вопрос, противоречит ли детерминизму вероятностное описание микроявлений. К отрицат. ответу на этот вопрос привело понимание необходимости отказаться от прямолинейного детерминизма классич. механики при рассмотрении статистич. закономерностей микромира. Кажущееся противоречие с общим П. п. объясняется непригодностью классич. физики для описания микрообъектов. Переход к адекватному описанию на языке волновых функций приводит к тому, что и в квант. механике нач. состояние системы (при известных вз-ствиях системы) полностью определяет всю последующую её эволюцию.
Проблема соблюдения причинности в философском смысле («общего П. п.») и поныне сохраняет свою остроту при анализе возможных форм нарушения физ. П. п. «в малом»; такой анализ стимулируется разработкой нелокальной теории поля, исследованием проблемы движения со сверхсветовыми скоростями, а также спец. экспериментами с целью проверки П. п. Этот анализ должен выяснить, какие формы нарушения П. п. ведут к непривычной, а какие — к недопустимой с точки зрения общего П. п. ситуациям.
С П. п. в совр. физике связан комплекс сложных и глубоких проблем, к-рые ещё ждут своего решения.
• Киржниц Д. А., Сазонов В. Н., Сверхсветовые движения и специальная теория относительности, в кн.: Эйнштейновский сборник. 1973, М., 1974.
Д. А. Киржниц.