Идеальная жидкость
Вид материала | Документы |
- Профессор Валерий Кирилович Кедринский Динамика одиночной полости в жидкости (математические, 40.82kb.
- Исследование адсорбции пав на границах раздела жидкость-газ и жидкость-твердое тело, 40.56kb.
- Идеальная пара для стимуляции и синхронизации охоты у коров, 170.7kb.
- Мама, папа, я – идеальная семья, 31.08kb.
- Список принятых докладов, 185.98kb.
- Идеальная модель экономического устройства общества предполагает использование механизма, 26.68kb.
- Назначение фильтров и их место в измерительной системе, 159.98kb.
- Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду, 2392.28kb.
- Алексушин И. Н, 128.72kb.
- В. В. Радаев Рынок как идеальная модель и форма хозяйства, 285.76kb.
ИНДУКЦИОННЫЙ ТОК, ток, возникающий в проводящем контуре, находящемся в перем. магн. поле или движущемся в магн. поле. См. Электромагнитная индукция.
ИНДУКЦИЯ ВЗАИМНАЯ, явление, в к-ром обнаруживается магн. связь двух или более электрич. цепей. Благодаря этой связи возникает эдс индукции в одном из контуров при изменении тока в другом. Количеств. хар-кой магн. связи электрич. цепей явл. индуктивность взаимная. И. в. лежит в основе действия трансформаторов.
ИНДУКЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ, см. Электромагнитная индукция.
ИНДУКЦИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ, см. Электростатическая индукция. ИНДУЦИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, то же, что вынужденное излучение.
ИНЕРТНАЯ МАССА, физ. величина, характеризующая динамич. св-ва тепа. И. м. входит во второй закон Ньютона (и, т. о., явл. мерой инерции тела). Равна гравитац. массе (см. Масса).
ИНЕРЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТСЧЁТА, система отсчёта, в к-рой справедлив закон инерции: матер. точка, когда на неё не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Всякая система отсчёта, движущаяся по отношению к И. с. о. поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также И. с. о. Следовательно, теоретически может существовать любое число равноправных И. с. о., обладающих тем важным св-вом, что во всех таких системах законы физики одинаковы (принцип относительности). В любой И. с. о. справедливы также второй закон Ньютона и законы сохранения кол-ва движения (импульса), момента кол-ва движения и движения центра инерции (центра масс) для замкнутых, не подверженных внеш. воздействиям систем. Система отсчёта, движущаяся по отношению к И. с. о. с ускорением, явл. неинерциальной, и ни закон инерции, ни др. названные законы в ней не выполняются.
Понятие «И. с. о.» явл. научной абстракцией. Реальная система отсчёта всегда связывается с к.-н. конкретным телом (Землёй, корпусом корабля или самолёта и т. п.), по отношению к к-рому и изучается движение тех или иных объектов. Поскольку в природе нет неподвижных тел (тело, неподвижное относительно Земли, будет двигаться вместе с нею ускоренно по отношению к Солнцу и звёздам), то любая реальная система отсчёта может рассматриваться как И. с. о. лишь с той или иной степенью приближении. С очень высокой степенью точности инерциальной можно считать гелиоцентрическую (звёздную) систему с началом в центре масс Солн. системы и с осями, направленными на три звезды. Такая И. с. о. используется гл. обр. в задачах небесной механики и космонавтики. Для решения большинства технич. задач И. с. о. можно считать систему, жёстко связанную с Землёй, а в случаях, требующих большей точности (напр., в гироскопии),— с началом в центре Земли и осями, направленными на звёзды.
При переходе от одной И. с. о. к другой в классич. механике Ньютона для пространств. координат и времени справедливы преобразования Галилея (см. Галилея принцип относительности), а в релятив. механике — Лоренца преобразования.
• См. лит. при ст. Механика, Относительности теория,
С. М. Тарг.
220
ИНЕРЦИИ ЗАКОН, один из осн. законов механики, согласно к-рому при отсутствии внеш. воздействий (сил) или когда действующие силы взаимно уравновешены тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя относительно инерциальной системы отсчёта. В частности, матер. точка в этом случае находится в покое или движется равномерно и прямолинейно. См. Ньютона законы механики, Динамика.
ИНЕРЦИЯ (от лат. inertia — бездействие) (инертность), в механике свойство матер. тел, находящее отражение в 1-м и 2-м Ньютона законах механики. Когда внеш. воздействия на тело (силы) отсутствуют или взаимно уравновешиваются, И. проявляется в том, что тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя по отношению к т. н. инерциальной системе отсчёта. Если же на тело действует неуравновешенная система сил, то И. сказывается в том, что изменение состояния покоя или движения тела, т. е. изменение скоростей его точек, происходит постепенно, а не мгновенно; при этом движение изменяется тем медленнее, чем больше И. тела. Мерой И. тела явл. его масса.
Термин «И.» применяют также по отношению к разл. приборам, понимая под И. прибора его св-во показывать регистрируемую величину с нек-рым запаздыванием.
ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЛАЗЕР, полупроводниковый лазер, в к-ром для создания инверсии населённости используется инжекция избыточных эл-нов и дырок в прямом (пропускном) направлении через нелинейный ПП контакт, обычно через р — n-переход или гетеропереход. Важнейшей разновидностью И. л. явл. гетеролазер, включающий два гетероперехода, между к-рыми находится активный слой с более узкой запрещённой зоной, чем в прилегающих слоях. И. л. имеет в кач-ве оптич. резонатора плоскопараллельные зеркальные грани самого кристалла или выносные зеркала. Хар-ки нек-рых И. л. даны в табл. в ст. Полупроводниковый лазер.
П. Г. Елисеев.
ИНЖЕКЦИЯ носителей (от лат. injectio — вбрасывание), проникновение неравновесных (избыточных) носителей заряда в полупроводник или диэлектрик под действием электрич. поля. Источником избыточных носителей служит контактирующий ПП или металл (см. Электронно-дырочный переход), свет (ф о т и н ж е к ц и я), само электрич. поле (лавинная И.) и т. п. При контактной И. внеш. электрич. поле нарушает равновесие потоков носителей заряда через контакт двух тв. тел с разными работами выхода Ф. При приведении тв. тел в контакт возникают диффузионные потоки носителей, приводящие к тому, что в приконтактной области одно тело заряжается положительно, а другое — отрицательно. Вблизи контакта возникает электрич.
поле, создающее потоки носителей заряда, к-рые компенсируют диффузионные потоки. Если внеш. поле направлено против контактного, то появляется поток избыточных эл-нов из тела с меньшей Ф в тело с большей Ф и поток избыточных дырок в обратном направлении.
И. основных носителей создаёт нескомпенсированный пространств. заряд, поле к-рого препятствует их проникновению в глубь ПП и ограничивает инжекц. ток. И. основных носителей наблюдается в слоях высокоомных полупроводников и диэлектриков, толщина к-рых сравнима с глубиной проникновения неравновесных носителей. Она осуществляется в антизапирающих контактах. В ПП с высокой электропроводностью а (напр., в Ge и Si) И. основных носителей не наблюдается, т. к. глубина их проникновения крайне мала.
При И. неосновных носителей их заряд нейтрализуется основными носителями. Поэтому в ПП с высокой а неосновные носители могут перемещаться за счёт амбиполярной диффузии и амбиполярного дрейфа носителей. Глубина проникновения избыточных носителей ограничивается рекомбинацией. При малой напряжённости электрич. поля она определяется длиной диффузии (D)1/2, где D — коэфф. амбиполярной диффузии, т — время жизни носителей; в достаточно сильном поле Е она ~Е; ( — амбиполярная подвижность). Коэфф. И. наз. отношение тока неосновных носителей через контакт к полному току. И. осуществляется запирающими контактами.
Хотя в ПП с высокой И. основных носителей не происходит, вблизи антизапорных контактов всё же возможно появление неравновесных носителей заряда. Внешне это явление (т.н. аккумуляция) напоминает И., но имеет др. природу. Оно наблюдается при таком направлении поля, когда неосновные носители движутся к контакту. При включении поля ток неосновных носителей через антизапирающий контакт меньше, чем в объёме ПП, и они накапливаются вблизи контакта. Заряд избыточных неосновных носителей нейтрализуется непрерывно натекающими из объёма основными. Глубина области накопления значительно превосходит длину экранирования. В слабых полях она ~(D)1/2, в сильном поле она меньше. И. лежит в основе работы многих ПП приборов.
• Ламперт М., Марк П., Инжекционные токи в твердых телах, пер. с англ., М., 1973; Вопросы пленочной электроники, М., 1966.
В. А. Сабликов.
ИНКЛЮЗИВНЫЙ ПРОЦЕСС (от англ. inclusive — включающий в себя), процесс неупругого вз-ствия ч-ц, при к-ром регистрируется лишь часть ч-ц (одна или несколько), образующихся в реакции. См. Множественные процессы, Глубоко неупругие процессы.
ИНСТАНТОН, особый вид колебаний вакуума, при к-ром в нём спонтанно вспыхивает и гаснет сильное глюонное поле. Этот процесс, будучи квант. явлением, не противоречит закону сохранения энергии в силу принципа неопределённости. Поле внутри И. имеет нетривиальную топологию, т. е. не может быть сведено к нулю непрерывной деформацией.
Для матем. описания И. используется формальный приём, приводящий к важной физ. аналогии. Доказано, что распространение инстантонных флуктуации, происходящее с дефицитом энергии, можно описывать как классич. движение, если время считать мнимым. При этом исходное пространство-время Минковского (четырёхмерное пространство-время спец. теории относительности) становится математически эквивалентным евклидову пр-ву и задача в вакууме сводится к задаче классич. статистич. механики нек-рых четырёхмерных «частиц». Такие псевдочастицы могут быть разных типов; не все из них до конца изучены, однако уже учёт известных псевдочастиц — И. приводит к важным физ. явлениям. Напр., при введении кварков внутрь газа (или жидкости) из псевдочастиц (т. е. при рассмотрении кварков в вакууме) псевдочастицы «сжимают» кулоновское глюонное поле кварков, сосредоточивая его в струноподобной области, что может привести к т. н. «пленению» кварков (см. Удержание «цвета», Квантовая хромодинамика). Пока неясно, являются ли И. доминирующими псевдочастицами, но их существ. роль в сильном вз-ствии несомненна.
Другое применение идея И. находит в теории гравитации. Благодаря рождению гравитационных И. пр-во приобретает сложную топологич. структуру (оказывается изрытым «кротовыми норами» и др. топологич. образованиями). Такая пространственно-временная «пена» приводит к необычным следствиям (напр., к нарушению закона сохранения барионного заряда) на расстояниях порядка планковской длины (~10-33 см) и должна играть важную роль в будущих попытках объединения всех фундам. вз-ствий (включая гравитационное).
• PolyakovA., Compact gauge fields and the infrared catastrophe, «Physics letters», 1975, v. 59B, № 1, p. 82—84; В е 1 a v i n A. (et al.), Pseudoparticle solutions of the Yang-Mills equations, «Physics Letters», 1975, v. 59 B, № 1, p. 85; Белавин А. А., Поляков А. М., Метастабильные состояния двумерного изотропного ферромагнетика, «Письма в ЖЭТФ», 1975, т. 22, с. 503.
А. М. Поляков.
ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОПТИКА, раздел совр. оптики, осн. задачей к-рого явл. изучение и использование особенностей генерации, распространения и преобразования световых волн в тонких слоях прозрачных материалов, а
221
также разработка принципов и методов создания и интеграции оптич. и оптоэлектронных волноводных элементов, способных эффективно управлять световыми потоками. И. о. возникла в 70-х гг. 20 в.
Важнейшими элементами И. о. явл. тонкоплёночные и диффузные диэлектрич. микроволноводы, образующиеся за счёт резкого или плавного изменения показателя преломления среды. Они изготовляются путём напыления тонких плёнок на подложки из материала с более низким показателем преломления, а также с помощью диффузии, ионной имплантации, эпитаксиального наращивания и др. методами.
Локализация световых потоков в оптич. микроволноводах, имеющих толщину порядка длины световой волны, приводит к ряду эффектов, не имеющих аналогов в обычной оптике, использующей, как правило, световые пучки с поперечными размерами, значит. превышающими длину волны.
В оптич. микроволноводах осуществляется волноводный режим (см. Волновод), т. е. распространяется поверхностная световая волна. Это приводит к таким эффектам, как существование собств. волноводных мод с дискр. спектром фазовых скоростей; изменение эфф. показателя преломления среды с изменением геом. размеров микроволноводов; концентрация световой энергии на большом протяжении без дифракц. расходимости; возможность фазового синхронизма волн разл. частот в изотропном материале; резонансная связь световых потоков неск. волноводов и т. п. Эти волноводные эффекты дают возможность реализовать на единой подложке конструкции интегр. оптич. схем из отд. волноводных элементов, таких, как тонкоплёночные генераторы, модуляторы и дефлекторы света, частотные фильтры, направленные ответвители и др. Интегр. оптич. схемы позволяют также на неск. порядков снизить мощность, необходимую для электронного управления световыми потоками. Существ. роль в создании интегр. оптич. схем играют ПП структуры с гетеропереходами.
И. о. расширяет функциональные возможности оптич. и оптоэлектронных устройств, открывает широкие перспективы для их миниатюризации, позволяет на принципиально новом уровне решать задачи создания оптич. линий связи, систем оптич. обработки информации, быстродействующих ЭВМ.
• Гончаренко А. М., Р е д ь к о В. П., Введение в интегральную оптику, Минск, 1975; К и с е л е в В. А., Прохоров А. М., Оптические процессы в тонкопленочных лазерах и волноводах с произвольным распределением показателя преломления, «Квант. электрон.», 1977, т. 4, no 3, с. 544; Интегральная оптика, под ред. Т. Тамира, пер. с англ., М., 1978.
Е. Л. Портной.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ (от лат. intensio — напряжение, усиление), величина, определяющая вызванное деформацией изменение угла между выбранными направлениями, одинаково наклонёнными к гл. осям деформации в точке (октаэдрич. сдвиг). Через компоненты тензора деформации ij (см. Деформация механическая) И. д. и выражается ф-лой:
Применяется в Пластичности теории.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ЗВУКА (сила звука), средняя по времени энергия, переносимая за ед. времени звук. волной через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны. Для периодич. звука усреднение производится либо за промежуток времени, большой по сравнению с периодом, либо за целое число периодов. Для плоской синусоидальной бегущей волны И. з. I равна: I=pv/2=p2/2c, где р — амплитуда звукового давления, v — амплитуда колебательной скорости, — плотность среды, с — скорость звука в ней. В сферической бегущей волне И. з. обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника. В стоячей волне I=0, т. е. потока звук. энергии в среднем нет.
И. з. измеряется в СИ в Вт/м2 [в системе ед. СГС — в эрг/(с•см)2] И. з. оценивается также уровнем интенсивности по шкале децибел; число децибел N=10lg(I/I0), где I — интенсивность данного звука, I0=10-12 Вт/м2.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ (интенсивность лучистого потока), полный поток энергии излучения, проходящий за ед. времени через единичную площадку в направлении нормали к ней и рассчитанный на ед. телесного угла. Понятие «И. и.» применяется в теории равновесного излучения, в теории переноса излучения, в теории лучистого теплообмена, в фотометрии. Вместо термина «И. и.» используется также термин «яркость излучения». В системе световых величин аналогичная величина наз. интенсивностью светового потока (интенсивностью света)
М. А. Ельяшевич.
ИНТЕНСИВНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЙ, величина, определяющая касат. напряжение на элем. площадке, одинаково наклонённой к гл. осям напряжений в точке (октаэдрич. касат. напряжение). Через компоненты тензора напряжений ij И. н. ij выражается ф-лой:
Применяется в пластичности теории.
ИНТЕНСИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ в термодинамике, параметры (давление, темп-pa, концентрация и др.), не зависящие от массы системы, т. е. имеющие одинаковые значения для любой макроскопич. части однородной термодинамич. системы, находящейся в равновесии.
ИНТЕРВАЛ четырёхмерный (интервал), в теории относительности — величина, характеризующая связь между пространств. расстоянием и промежутком времени, разделяющими два события. С матем. точки зрения И. есть «расстояние» между двумя событиями в четырёхмерном пространстве-времени.
В специальной (частной) теории относительности квадрат И. (sab) между двумя событиями А и В равен:
sAB=с2(t)2-(r)2, где t и r — соотв. пространств. расстояние и промежуток времени между этими событиями. И. между событиями остаётся неизменным при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, т. е. инвариантен относительно Лоренца преобразований (тогда как r и t зависят от выбора системы отсчёта). Если s2AB>0, то И. наз. времен и подобным; в этом случае существует система отсчёта, в к-рой события происходят в одной пространств. точке (r=0) и sab=ct, т. е. И. равен промежутку времени между событиями в этой системе, умноженному на скорость света. Если s2AB<0, то И. наз. пространственноподобным; в этом случае существует система отсчёта, в к-рой события происходят одновременно (t=0) и расстояние между ними r=isAB. При sAB=0 И. наз. нулевым; в этом случае r=сt всегда, т. е. события в любой системе отсчёта могут быть связаны световым сигналом (см. Относительности теория).
В общей теории относительности, рассматривающей искривлённое пространство-время при наличии тяготения, всё сказанное об И. справедливо для бесконечно близких событий (см. Тяготение).
И. Д. Новиков.
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ КАРТИНА, регулярное чередование областей повыш. и пониж. интенсивности света, получающееся в результате наложения когерентных световых пучков, т. е. в условиях постоянной (или регулярно меняющейся) разности фаз между ними (см. Интерференция света). Для сферич. волны макс. интенсивность наблюдается при разности фаз, равной чётному числу полуволн, а минимальная — при разности фаз, равной нечётному числу полуволн. См. также Полосы равной толщины.
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ (метод интерференционного контраста), основана на интерференции световых пучков, прошедших через прозрачную или слабопоглощающую ч-цу в-ва и миновавших её. Световая волна, прошедшая через ч-цу, за-
222
паздывает по фазе — возникает разность хода лучей , к-рая может быть измерена компенсатором оптическим. Пользуясь ф-лой =N= (n0-nm)d (где n0, nm— показатели преломления ч-цы и окружающей среды, d — толщина ч-цы, N — порядок интерференции, — длина волны света), можно определять размеры и показатели преломления разл. объектов исследования (гл. обр. биологических), И, м. в отличие от метода фазового контраста даёт возможность, используя компенсаторы, измерять б с высокой точностью ~(1/300). Это открывает возможности количеств. исследований структуры живой клетки. К И. м. относят также методы измерения неровностей на поверхностях, определения толщины плёнок, величины малых перемещений с помощью микроинтерферометра .
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН (от лат. inter — взаимно, между собой и ferio— ударяю, поражаю), сложение в пр-ве двух (или нескольких) волн, при к-ром в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Интерференция характерна для волн любой природы; волн на поверхности жидкости, упругих (напр., звуковых), эл.-магн. (напр., радиоволн или световых).
При И. в. результирующее колебание в каждой точке представляет собой геом. сумму колебаний, соответствующих каждой из складывающихся волн. Этот т. н. суперпозиции принцип соблюдается обычно с большой точностью и нарушается только при распространении волн в к.-л. среде, если амплитуда (интенсивность) волн очень велика (см. Нелинейная оптика, Нелинейная акустика). И. в. возможна, если они когерентны (см. Когерентность).
Простейший случай И. в.— сложение двух гармонических волн одинаковой частоты при совпадении направления (поляризации) колебаний в складывающихся волнах. В этом случае амплитуда А результирующей волны в к.-л. точке пр-ва равна:
A = (A21+A22+2A1A2cos) ,
где а1 и А2— амплитуды складывающихся волн, а — разность фаз между ними в рассматриваемой точке. Если волны когерентны, то разность фаз остаётся неизменной в данной точке, но может изменяться от точки к точке и в пространстве получается нек-рое распределение амплитуд результирующей волны с чередующимися максимумами и минимумами. Если амплитуды складывающихся волн одинаковы: A1=A2, то макс. амплитуда равна удвоенной амплитуде каждой волны, а минимальная равна нулю. Геом. места равной разности фаз, в частности соответствующей максимумам или минимумам, представляют собой поверхности, зависящие от св-в и расположения источников, излучающих складывающиеся волны. Напр., в случае двух точечных источников, излучающих сферич. волны, эти поверхности — гиперболоиды вращения.
Другой важный случай И. в.— сложение двух плоских волн одинаковой частоты, распространяющихся в противоположных направлениях (напр., прямой и отражённой), приводящее к образованию стоячих волн,
При И, в. происходит также перераспределение потока энергии волны в пр-ве. Характерное для И. в. распределение амплитуд с чередующимися максимумами и минимумами остаётся неподвижным в пр-ве (или перемещается столь медленно, что за время, необходимое для наблюдений, максимумы и минимумы не успевают сместиться на величину, сравнимую с расстоянием между ними), и его можно наблюдать только в случае, если волны когерентны. Если волны не когерентны, то разность фаз быстро и беспорядочно изменяется, принимая все возможные значения, так что cos =0. В этом случае ср. значение амплитуды результирующей волны оказывается одинаковым в разл. точках, максимумы и минимумы размываются и интерференц. картина исчезает. Ср. квадрат результирующей амплитуды при этом равен сумме ср. квадратов амплитуд складывающихся волн, т. е. при сложении волн происходит сложение потоков энергии или интенсивностей.
Явление И. в. используется, напр., для создания в радиотехнике и акустике сложных антенн, в к-рых нужные св-ва направленности получают за счёт И. в. от различных «элементарных» излучателей. Особенно большое значение И. в. имеет в оптике (см. Интерференция света). И. в. лежит в основе оптич. и акустич. голографии. Поскольку между длиной волны, разностью хода интерферирующих лучей и расположением максимумов и минимумов существует вполне определ. связь, можно, зная разности хода интерферирующих волн, по расположению максимумов и минимумов определить длину волны, и наоборот, зная длину волны, по расположению максимумов и минимумов определять разность хода лучей, т. е. измерять расстояния. И. в. используется в оптич. интерферометрах, радиоинтерферометрах, интерференц. радиодальномерах и т. д.
• Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; П е й н Г., Физика колебаний и волн, пер. с англ., М., 1979.