Устаревшая ед частотного интервала. Названа в честь франц физика Ф. Савара (F. Savart). 1 С

Вид материала

Документы

Содержание Рис. 5. Объекты со спиральной симметрией: а — молекула ДНК; б — трубчатый крис­талл белка фосфорилазы (электронно-микро­скопичес Рис. 6. Распреде­ление магнитных моментов (стрел­ки) в элементар­ной ячейке ферримагнитного кристалла, описывае­мое с помощью об Симметрия молекулы В. Г. Дашевский. Структура в виде шестигранных призматиче­ских ячеек (Бенара), устанавливающихся в плоском горизонтальном слое вязкой жид­кости п Синтетические кристаллы Наиболее распространённые синтетические кристаллы Синусов условие Синусоидальные колебания В. Л. Реутов. СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (магнитотормозное излучение) С. И. Сыроватский. Схема устройства сирены: а — осевая; б — радиальная. Система единиц Система отсчета СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ (распределённые си­стемы) З. Ф. Красильник. М. А. Миллер. Скалярное поле Скалярный потенциал ... Полное содержание

Подобный материал:

• Синдром удлинённого интервала qt и проблемы безопасности психофармакотерапии, 109.2kb.
• Товариство з обмеженою, 119.57kb.
• Н. Г. Чернышевского кафедра теоретической и математической физики рабочая программа, 152.3kb.
• Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных, 75.87kb.
• Татьяна Евгеньевна Зыкова. Сюных лет ему была интересна литература, 95.59kb.
• Электронная газета в рамках «Дня науки», посвященного Году российской космонавтики, 85.16kb.
• Лекция Логические основы компьютеров , 369.25kb.
• Игра ) Имя известного ученого, в честь которого названа самая популярная программа, 21.91kb.
• Физика биологических систем, 39.45kb.
• Динамика культурных процессов в современной России, 39.45kb.

а, b, с или любой вектор t=р₁a+p₂b+p₃c, где p₁,p₂, p₃ — любые целые положи­тельные или отрицательные числа, совмещает структуру кристалла с со­бой и, следовательно, является опе­рацией симметрии (трансляционная симметрия).

Вследствие возможности комбини­рования в решётке трансляций и опе­раций точечной симметрии в группах G³₃ возникают операции и соответст­вующие им элементы симметрии с трансляц. компонентой — винтовые оси разл. порядков и плоскости сколь­зящего отражения (рис. 2, д, е). Всего известно 230 пространств. групп симметрии G³₃, любой кристалл отно­сится к одной из этих групп. Транс­ляц. компоненты элементов микро­симметрии макроскопически не про­являются, напр. винтовая ось в ог­ранке кристаллов проявляется как соответствующая по порядку простая поворотная ось. Поэтому каждая из 230 групп G³₃ макроскопически сход­ственна (гомоморфна) с одной из 32 точечных групп. Напр., на точечную группу mmm гомоморфно отобража­ются 28 пространств. групп. Совокуп­ность переносов, присущих данной пространственной группе, есть её трансляционная подгруппа, или Браве решетка; таких решёток существу­ет 14.

Симметрия слоев и цепей. Для опи­сания объектов периодических в 1 или 2 направлениях, в частности фрагмен­тов структуры кристаллов, могут быть использованы группы G³₂ — двумерно периодические m G³₁ — одномерно пе­риодические в трёхмерном пространстве. Эти группы играют важную роль в изучении биол. структур и молекул. Напр., группы g| описы­вают строение биол. мембран, группы G³₁— цепных молекул (рис. 5, а) па­лочкообразных вирусов, трубчатых кристаллов глобулярных белков (рис. 5, б), в к-рых молекулы уложены согласно спиральной (винтовой) сим­метрии, возможной в группах G³₁ (см. биологические кристаллы).

Обобщённая симметрия. В основе определения симметрии лежит понятие равенства (1, б) при преобразовании (1, а). Однако физически (и математически) объект может быть равен себе по одним признакам и не равен по другим. Напр., распределение ядер и электронов в кристалле антиферромагнетика можно описать с помощью обычной пространств. симметрии, но если учесть распределение

нём магн. моментов (рис. 6), то обычной», классич. симметрии уже

недостаточно. К подобного рода обоб­щениям симметрии относятся анти­симметрия и цветная сим­метрия. В антисимметрии в до­полнение к трём пространств. пере­менным x₁, х₂, x₃ вводится добавочная 4-я переменная x₄=±1. Это можно



^ Рис. 5. Объекты со спиральной симметрией: а — молекула ДНК; б — трубчатый крис­талл белка фосфорилазы (электронно-микро­скопический снимок, увеличение 220000).


истолковать таким образом, что при преобразовании (1, а) ф-ция F может быть не только равна себе, как в (1, б), но и «антиравна» — изменить знак. Условно такую операцию можно изобразить изменением цвета (рис. 7).




^ Рис. 6. Распреде­ление магнитных моментов (стрел­ки) в элементар­ной ячейке ферримагнитного кристалла, описывае­мое с помощью обобщённой сим­метрии.


Существует 58 групп точечной анти­симметрии C³₀^,а и 1651 пространств.

группа антисимметрии G³₃^,a (Ш у б н и к о в с к и х г р у п п). Если до­бавочная переменная приобретает не два значения, а неск. (возможны числа 3, 4, 6, 8, . . ., 48), то возникает

цветная симметрия Бело­ва. Так, известна 81 точечная группа G³₀^,ц и 2942 группы С³₃^,ц. Основные приложения обобщённой симметрии в кристаллографии— описание магн. струк­тур.



Рис. 7. Фигура, описываемая то­чечной группой антисимметрии.



Рис. 8. Фигура, об­ладающая симметри­ей подобия.


Др. обобщения симметрии: симмет­рия подобия, когда равенство частей фигуры заменяется их подобием (рис. 8), криволинейная симметрия, статистич. симметрия, вводимая при описании структуры разупорядоченных кристаллов, твёрдых растворов, жидких кристаллов, и др.

• Шубников А. В., Копцик В. А., Симметрия в науке и искусстве 2 изд., М., 1972; В ей ль Г., Симметрия, пер. с англ., М., 1968; Федоров Е. С., Симметрия и структура кристаллов, М., 1949; Шубников А. В., Симметрия и антисимметрия конечных фигур, М., 1951; Современная кристаллография, т. 1, М.» 1979.

Б. К. Вайнштейн.

^ СИММЕТРИЯ МОЛЕКУЛЫ, хар-ка молекулы, определяемая совокупно­стью возможных операций точечной симметрии для её равновесной конфи­гурации. Четыре операции точечной симметрии (вращение вокруг оси на нек-рый угол, меньший или равный 360°; отражение от плоскости; ин­версия в точке; вращение вокруг оси с последующей инверсией в точке, лежащей на этой оси) приводят к след. элементам симметрии молекулы: ось симметрии n-го порядка (ось вращения n-го порядка), если при повороте вокруг этой оси на угол 360°/n (n — целое число) она совме­щается сама с собой; зеркаль­ная плоскость, или плос­кость симметрии, если такое совмещение наблюдается при отраже­нии от плоскости; центр инвер­сии, или центр симметрии, если молекула совмещается сама с собой при проектировании её атомов по линиям, проходящим через центр симметрии в положение, находящееся на противоположной стороне от него и на том же расстоянии, что и исход­ный атом; зеркально-пово­ротная ось n-го порядка, когда молекула совмещается сама с собой в результате поворота её вокруг нек-рой оси с последующей инверсией в точке, лежащей на этой оси. Так, элемен-

685


тами симметрии молекулы воды



являются 2 плоскости симметрии (одна из них лежит в плоскости молекулы, другая проходит перпендикулярно к ней через биссектрису угла Н—О—Н, равного 104,5°) и ось симметрии 2-го порядка (биссектриса угла Н—О—Н). Молекула дифенила (рис.) в крист.



Углеродный скелет молекулы дифенила.

состоянии плоская, и её элементы сим­метрии — 2 взаимно перпендикуляр­ные плоскости, проходящие через центр инверсии (середину центр. связи С—С), сам центр инверсии и ось 2-го порядка (центр. связь С—С). В га­зовой фазе углеродные кольца этой молекулы повёрнуты друг к другу под углом ~35° (за счёт их поворота вокруг центр. связи С—С), и из перечисленных выше элементов С. м. остаётся только центр инверсии.

Совокупность операций точечной С. м. образует матем. точечную группу симметрии. Элементы симметрии долж­ны быть согласованы. Так, две зер­кальные плоскости могут распола­гаться лишь под определ. углами друг к другу, а если они взаимно перпендикулярны, то линия их пере­сечения является осью симметрии 2-го порядка (как это имеет место у молекулы воды или у плоской моле­кулы дифенила). Операции С. м. не всегда обладают св-вом коммутатив­ности (т. е. может быть существенна их последовательность).Точечные груп­пы симметрии используют также для описания кристаллов (см. Симметрия кристаллов), обозначения, использу­емые для С. м., заимствованы из кристаллографии.

С. м. обусловливает симметрию вол­новой функции и потенциальной по­верхности (см. Молекула) и проявля­ется в разл. физ. и хим. св-вах со­единений. Так, С. м. приводит к вы­рождению определ. электронных, ко­лебат. и вращат. уровней, а также обусловливает запреты определ. квант. переходов (см. Отбора правила). Мо­лекулы, обладающие центром инвер­сии, не имеют пост. дипольного мо­мента, что проявляется в их ди­электрич. св-вах (см. Поляризуемость). Если молекулы не имеют ни плоско­сти, ни центра симметрии, то они, как правило, существуют в правой и левой формах, т. е. являются опти­чески активными веществами. % См. при ст. Молекула.

^ В. Г. Дашевский.

СИНГЛЕТЫ (от англ. single — оди­ночный), одиночные спектральные ли­нии в ат. спектрах, соответствующие квантовым переходам между синглетными уровнями энергии (см. Мультиплетностъ).

СИНГОНИЯ (от греч. syn — вместе и gonia — угол) кристаллографическая, подразделение кристаллов по конфи­гурации их элементарной ячейки. С. к. характеризуется соотношением между длинами рёбер а, b, с ячейки и углами , ,  между ними. Существует 7 С. к.: кубическая (а=b=с, === 90°); тетрагональная (а=bс, ===90°); гексагональная (а=bс, ==90°, =120°);тригональная (а=b=с, ==90°); ромбическая (аbс, ===90°); моноклинная (аbс, ==90°, 90°); триклинная (аbс, 90°). Являясь наиболее крупным классификацион­ным подразделением в симметрии кристаллов, каждая С. включает неск. точечных групп симметрии кристаллов и Браве решёток и пространственных групп симметрии.

СИНЕРГЕТИКА, область науч. ис­следований, целью к-рых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоч. временных и пространств. структур в сложных неравновесных системах разл. при­роды (физ., хим., биол., экологич. и др.). Возникновение организован­ного поведения может обусловливать­ся внеш. воздействиями (вынужден­ная организация) или являться ре­зультатом развития собств. (внутр.) неустойчивостей в системе (самоор­ганизация). В последнем случае про­цесс упорядочения связан с коллек­тивным поведением подсистем, об­разующих систему. Наряду с про­блемой самоорганизации С. рассмат­ривает также и вопросы самодезор­ганизации — возникновения хаоса (сложного поведения) в динамич. си­стемах. Как правило, исследуемые системы являются диссипативными от­крытыми системами.

Термин «С.» происходит от греч. synergetikos — совместный, согласо­ванно действующий. С. возникла в нач. 70-х гг. 20 в. Основой С. служит единство явлений, моделей и методов, с к-рыми приходится сталкиваться при исследовании процессов «возник­новения порядка из беспорядка» в химии (реакции Белоусова — Жаботинского), космологии (спиральные галактики), экологии (организация сообществ) и т. д. Примером самоор­ганизации в гидродинамике служит образование в подогреваемой жид­кости (начиная с нек-рых градиентов темп-ры) шестиугольных ячеек Бенара (рис.) или возникновение торои­дальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися цилиндрами. Пример вынужденной организации -синхронизация мод в многомодовом лазере с помощью внеш. периодич. воздействия.

Модели С.— это модели нелиней­ных неравновесных систем, подвер­гающихся действию флуктуации. В мо­мент перехода упорядоченная и не­упорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно

флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно неск. устойчивых состояний, то флук­туации отбирают лишь одно из них. При анализе сложных систем, напр. в биологии или экологии, С. ис­следует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделить наиболее существ. механизмы «органи­зации порядка» (избирательную не­устойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию под­систем и др.).



^ Структура в виде шестигранных призматиче­ских ячеек (Бенара), устанавливающихся в плоском горизонтальном слое вязкой жид­кости при подогреве снизу.


Понятия и образы С. связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности поведения. Это пространств. корреляция, параметр порядка, взаимная координация (син­хронизация) подсистем, энтропия и др. Методы С. в значит. степени пе­рекрываются с методами колебаний и волн теории, термодинамики не­равновесных процессов, теории фазовых переходов, статистич. механики и др. Для многих задач С. построение тео­рии сводится к созданию и анализу вероятностной модели; здесь С. за­имствует методы из матем. теории стохастич. процессов.

• X а к е н Г., Синергетика, пер. с англ., М., 1980; Рязанов А. И., Вве­дение в синэргетику, «УФН», 1979, т. 129, в. 4.

М. И. Рабинович, А. Г. Сазонтов.

^ СИНТЕТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ, кристаллы, выращенные искусственно в лабораториях или в заводских ус­ловиях. Известно более 10⁵ С. к. неорганич. веществ. Нек-рые из них не встречаются в природе, в частности наиболее применяемые кристаллы по­лупроводников, пьезоэлектриков, а также оптич. и оптоэлектрич. кри­сталлы, кристаллы, имитирующие дра­гоценные камни на основе алюмоиттриевых гранатов (г р а н а т и т ы) и двуокисей Zr и Hf (ф и а н и т ы). Органических С. к. известно ~10⁵ разнообразных составов, не встре­чающихся в природе. Среди них наи­большее применение находят органич. сцинтилляторы (нафталин, антрацен) и сегнетоэлектрики (триглицинсульфат). С др. стороны, из 3000 кри­сталлов, составляющих многообразие природных минералов, искусственно

686


^ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЁННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ



удаётся выращивать пока только неск. сотен, из к-рых для практич. приме­нений существенное значение имеют лишь 20—30 (см. табл.).

• Ц и н о б е р Л. И. [и др.], Условия роста и реальная структура кварца, в сб.: IV Всесоюзное совещание по росту кристал­лов, [т.] 2, ч. 2, Ереван, 1972, с. 186; Мильвидский М. Г., Освенский В. Б., Получение совершенных монокристаллов полупроводников при кристаллизации из расплава, там же, с. 50; Багдасаров X. С., Проблемы синтеза крупных тугоплав­ких оптических монокристаллов, там же, с. 6—25; Яковлев Ю. М., Гендельев С. Ш., Монокристаллы ферритов в ра­диоэлектронике, М., 1975; Современная кристаллография, под ред. Б. К. Вайнштейна, М., 1979.

В. А. Тимофеева.

^ СИНУСОВ УСЛОВИЕ в оптике, вы­ражается формулой sinu/sinu'=n'/n, где u и u' — углы, образуемые с оптич. осью лучом, проходящим через



находящиеся на оси точки предмета и его изображения, соответственно; n и n' — показатели преломления сред по обе стороны оптич. системы;

=y'/y — линейное увеличение оп­тич. системы. С. у. должно соблю­даться, чтобы оптич. система, исправ­ленная в отношении сферической абер­рации, давала неискажённое (без­аберрационное) изображение у' малого линейного элемента у, расположенного на оптич. оси системы и перпендику­лярного этой оси (рис.).

^ СИНУСОИДАЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, колебания, при к-рых изменения ко­леблющейся величины происходят по синусоиде; то же, что гармонические колебания.

СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ, установление и поддержание такого режима колебаний двух или неск. связанных систем, при к-ром их ча­стоты равны, кратны или находятся в рациональном отношении друг с другом. В отсутствие взаимодействия частоты колебаний этих систем могут быть любыми. Различают взаимную С. к. связанных систем, при к-рой каждая из систем действует на другие и частота С. к. отличается от исходных частот, и принудительную С. к., или захватывание частоты, при к-рой связь между системами такова, что одна из них (синхронизирующая) влияет на другую (синхронизируемую), а обратное влияние исключено; в этом случае устанавливается колебание с частотой синхронизирующей системы. При взаимной С. к. двух связанных генераторов, сильно различающихся по мощности, более мощный генератор играет роль синхронизирующего, а менее мощный — синхронизируемого. Этот случай является переходным от взаимной С. к. к принудительной.

С. к. двух связанных систем, име­ющих в отсутствие взаимодействия частоты ₁ и ₂, обычно происходит при значениях разности частот =₁-₂, находящихся внутри опре­делённого интервала. Ширину этого интервала наз. полосой синхрони­зации (захватывания). При С. к. двух автоколебательных систем по­лоса синхронизации тем меньше, чем слабее связь между системами.

Применения С. к. обширны. Так, С. к. позволяет генераторам перемен­ного тока, синхронным моторам и др. нелинейным системам входить в син­хронный режим и устойчиво работать в пределах конечной полосы частот, а также позволяет неск. генераторам устойчиво работать на общую сеть энергосистемы или неск. радиопере­датчикам на одну антенну. С. к. ис­пользуется при создании умножите­лей и делителей частоты. В сложных нелинейных системах, генерирующих неск. частот, возможна С. к. на раз­личных комбинац. частотах системы. Напр., С. к. на разностной частоте применяется при синхронизации мод лазера. Больным с нарушением ритма сердца вживляют электронный син­хронизатор сердечного ритма (т. н.

687


кардиостимулятор). С. к. лежит в основе объяснения многих физ. яв­лений. Так, с классич. точки зрения вынужденное излучение физ. системы, состоящей из набора осцилляторов, есть результат С. к. этих осцилля­торов коллективным полем излучения.

• Теодорчик К. Ф., Автоколе­бательные системы, 3 изд., М.— Л., 1952; Блехман И. И., Синхронизация дина­мических систем, М., 1971; Хаяси Т., Нелинейные колебания в физических систе­мах, пер. с англ., М., 1968.

^ В. Л. Реутов.

СИНХРОТРОН (от греч. synchronos — одновременный и электрон), циклич. резонансный ускоритель электронов с орбитой почти постоянного радиуса, в к-ром управляющее магн. поле из­меняется во времени, а частота уско­ряющего электрич. поля постоянна. См. Ускорители.

^ СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (магнитотормозное излучение), излуче­ние эл.-магн. волн заряж ч-цами, движущимися с релятив. скоростями в однородном магн. поле. Излучение ч-ц, движущихся в перем. электрич. и магн. полях, наз. ондуляторным излучением. С. и. обусловлено уско­рением, связанным с искривлением траекторий ч-ц в магн. поле. Анало­гичное излучение нерелятив. ч-ц, дви­жущихся по круговым или спираль­ным траекториям, наз. циклотронным излучением; оно про­исходит на осн. гиромагнитной ча­стоте и ее первых гармониках. С уве­личением скорости ч-цы роль высоких гармоник возрастает; при прибли­жении к релятив. пределу излучение в области наиб. интенсивных высоких гармоник обладает практически непре­рывным спектром и сосредоточено в направлении мгновенной скорости в узком конусе с углом раствора ~mс²/ξ, где m и ξ — масса и энергия ч-цы.

Полная мощность излучения ч-цы с энергией ξ>>mc² равна:



где е — заряд ч-цы, Н — составля­ющая магн. поля, перпендикулярная скорости ч-цы. Сильная зависимость излучаемой мощности от массы ч-цы делает С. и. наиб. существенным для лёгких ч-ц—эл-нов и позитронов. Спектральное (по частоте ) распре­деление излучаемой мощности опре­деляется выражением:



K_5/3() — цилиндрич. ф-ция второго рода мнимого аргумента. График ф-ции



представлен на рис. Характерная частота, на к-рую приходится максимум в спектре излу­чения ч-цы, равна (в Гц):

0,29•_c=l,8•10¹⁸Hξ²_эpr=4,6•10^-6РHξ²_эв.

Излучение отд. ч-цы в общем случае эллиптически поляризовано с боль­шой осью эллипса поляризации, рас-



положенной перпендикулярно види­мой проекции магн. поля. Степень эллиптичности и направление враще­ния вектора напряжённости электрич. поля зависят от направления наблю­дения по отношению к конусу, опи­сываемому вектором скорости ч-цы вокруг направления магн. поля. Для направлений наблюдения, лежащих на этом конусе, поляризация линей­ная.

Впервые С. и. наблюдалось в цик­лич. ускорителях эл-нов (в синхротро­не, поэтому и получило назв. «С. и.»). Потери энергии на С. п., а также связанные с С. и. квант. эффекты в движении ч-ц необходимо учитывать при конструировании циклич. уско­рителей эл-нов высокой энергии. С. и циклич. ускорителей эл-нов исполь­зуется для получения интенсивных пучков поляризованного эл.-магн. из­лучения в УФ области спектра и в области «мягкого» рентг. излучения; пучки рентг. С. и. применяются, в частности, в рентгеновском структур­ном анализе. ,

Большой интерес представляет С. и. косм. объектов, в частности нетепло­вой радиофон Галактики, нетепловое радио- и оптич. излучение дискретных источников (сверхновых звёзд, пульса­ров, квазаров, радиогалактик). Синхротронная природа этих излучений подтверждается особенностями их спектра и поляризации. Согласно совр. представлениям, релятив. эл-ны, вхо­дящие в состав космических лучей, дают С. и. в косм. магн. полях в радио-, оптическом, а возможно, и в рентге­новском диапазонах. Измерения спектр. интенсивности и поляризации косм. С. и. позволяют получить ин­формацию о концентрации и энерге­тич. спектре релятив. эл-нов, вели­чине и направлении магн. полей в удалённых частях Вселенной.

• Соколов А. А., Тернов И. М., Релятивистский электрон, М., 1974; Кулипанов Г. Н., Скринский А. Н., Использование синхротронного излучения: состояние и перспективы, «УФН», 1977, т. 122, в. 3; Синхротронное излучение. Свойст­ва и применение, пер. с англ., М., 1981,

^ С. И. Сыроватский.

СИНХРОФАЗОТРОН, циклич. резо­нансный ускоритель тяжёлых ч-ц (про­тонов, ионов), в к-ром управляющее

магн. поле и частота ускоряющего электрич. поля одновременно изме­няются во времени таким образом, чтобы радиус равновесной орбиты ч-ц оставался постоянным. С. для уско­рения протонов часто наз. протон­ным синхротроном. См. Ускорители.

СИНХРОЦИКЛОТРОН, то же, что фазотрон.

СИРЕНА, акустич. излучатель, дей­ствие к-рого основано на периодич. прерывании потока газа (или жид­кости). По принципу работы С. де­лятся на динамические (вращающиеся) и пульсирующие. В пульсирующих С. перекрытие потока производится заслонкой, совершающей возвратно-поступат. движение при помощи эл.-магн. или электродинамич. преоб­разователя.

Наиболее распространены динамич. С. Они подразделяются на осевые и радиальные (рис.): в первых воздуш­ный поток совпадает с осью вращения, во вторых — направлен по радиусу перпендикулярно оси. В осевых С. диск 1 с отверстиями (ротор) враща­ется относительно неподвижного ди­ска 2 (статора).



^ Схема устройства сирены: а — осевая; б — радиальная.


В радиальных С. ротор 1 и статор 2 представляют собой две коаксиальные поверхности (обыч­но цилиндрические). Ротор враща­ется электродвигателем 3 (или газовой турбинкой). Воздух, поступающий под давлением через отверстия в роторе и статоре из камеры 4, периодически прерывается, создавая во внеш. про­странстве сжатия и разрежения. Ча­стота пульсаций воздуха f опреде­ляется числом отверстий в роторе или статоре m и числом N оборотов ро­тора в минуту: f=mN/60 Гц. Частота f соответствует осн. частоте излучения С. Частотный диапазон С., применя­емых на практике, составляет от 200— 300 Гц до 80—100 кГц, но известны С., работающие на частотах до 600 кГц. Мощность С. может достигать десятков кВт.

Воздушные динамич. С. применя­ются для сигнализации и для технологич. целей (коагуляция мелкодис­персных аэрозолей, разрушение пены, осаждение туманов, ускорение про­цессов тепло- и массообмена и др.).

Жидкостные С. выполняются обыч­но радиальными с неск. коаксиаль­ными роторами, вращающимися меж­ду неск. рядами коаксиальных статоров; иногда статор вообще отсутствует,

688


а два ротора, один из к-рых входит в другой, вращаются в разные сто­роны. В таких С. отверстия имеют вид продольных щелей, располагаемых по образующей цилиндра. Жидкост­ные С. применяются для эмульгиро­вания, диспергирования и ускорения процессов перемешивания.

• Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; К р о у ф о р д А. Э., Ультразвуковая техника, пер. с англ., М., 1958.

Ю. Я. Борисов.

^ СИСТЕМА ЕДИНИЦ физических ве­личин, совокупность основных и про­изводных единиц нек-рой системы физ. величин, образованная в соот­ветствии с принятыми принципами. С. е. строится на основе физ. теорий, отражающих существующую в при­роде взаимосвязь физ. величин. При определении единиц системы подби­рается такая последовательность физ. соотношений, в к-рой каждое следую­щее выражение содержит только одну новую физ. величину. Это позволяет определить единицу физ. величины через совокупность ранее определён­ных единиц, а в конечном счёте — через основные (независимые) единицы системы (см. Единицы физических ве­личин). Связь производных единиц системы с основными выражается ф-лами размерности (см. Размерностей ана­лиз). Обычно в качестве основных выбирают единицы, которые могут быть воспроизведены эталонами или эталонными установками с наивысшей точностью, соответствующей уровню развития науки и техники в данную эпоху.

В первых С. е. в кач-ве основных были выбраны единицы длины и массы, напр. в Великобритании — фут и англ. фунт, в России — аршин и рус. фунт. Кратные и дольные еди­ницы этих систем имели собств. наи­менования (ярд и дюйм в системе Великобритании, сажень, вершок, фут и др.— России), благодаря чему обра­зовалась сложная совокупность про­изводных единиц. Неудобства, вызы­ваемые различием и сложностью на­циональных систем единиц, натолк­нули на идею разработки метрич. системы мер (18 в., Франция), послу­жившей основой для междунар. уни­фикации единиц длины (метр) и мас­сы (килограмм), а также важнейших производных ед. (площади, объёма, плотности).

В 19 в. нем. учёные К. Гаусс и В. Вебер предложили С. е. для электрич. и магн. величин, названную Гауссом абсолютной. В ней в кач-ве осн. еди­ниц были приняты миллиметр, мил­лиграмм и секунда, а производные ед. образовывались по ур-ниям связи между величинами в простейшем их виде, т. е. с численными коэфф., рав­ными единице (такие системы позднее получили название когерентных). Во 2-й пол. 19 в. Британская ассоциация по развитию наук при­няла две системы единиц с осн. еди­ницами см, г, с: электростатическую (СГСЭ) и электромагнитную (СГСМ). Этим было положено начало образо­ванию и др. общефиз. С. е., в част­ности симметричной системы СГС (к-рую наз. также системой Гаусса; см. СГС система единиц), технической системы (м, кгс, с; см. МКГСС система единиц), МТС системы, единиц. В 1901 итал. учёный Дж. Джорджи предложил С. е. с осн. единицами м, кг, с и одной электрич. единицей. Система вклю­чала получившие распространение на практике ед.: ампер, вольт, ом, ватт, джоуль, фарад, генри. Эта система была положена в основу принятой в 1960 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам Международной си­стемы единиц (СИ), имеющей семь осн. единиц: метр, килограмм, се­кунда, ампер, кельвин, кандела, моль. Создание СИ открыло перспективу всеобщей унификации и упрощения единиц и имело следствием принятие мн. странами решений о переходе к этой системе или о её преимуществ. использовании.

Наряду с практическими С. е. в физике применяются системы, в ос­нову к-рых положены универс. физ. константы, напр. скорость распро­странения света в вакууме, заряд эл-на, постоянная Планка и др. (см. Естест­венные системы единиц).

• Бурдун Г. Д., Единицы физиче­ских величин, 4 изд., М., 1967; его же, Справочник по Международной системе единиц, 3 изд., М., 1980; Бурдун Г. Д., Марков Б. Н., Основы метрологии, 2 изд., М., 1975.

^ СИСТЕМА ОТСЧЕТА в механике, со­вокупность системы координат и ча­сов, связанных с телом, по отношению к к-рому изучается движение (или равновесие) к.-н. др. материальных точек или тел. О способах задания движения точки или тела по отноше­нию к выбранной С. о. и об опреде­лении кинематич. хар-к этого движе­ния см. в ст. Кинематика. Выбор С. о. зависит от целей исследования. При кинематич. исследованиях все С. о. равноправны. В задачах динамики преимуществ. роль играют инерциаль­ные системы отсчёта, по отношению к к-рым дифф. ур-ния движения имеют обычно более простой вид.

^ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ (распределённые си­стемы), системы, состоящие из эле­ментов, непрерывно распределённых в конечных областях пр-ва, так что происходящие в них движения пере­даются от одного элемента к другому и не могут быть идеализированы как движения объектов (масс, полей и т. п.) с фиксированной внутр. струк­турой (см. Системы с сосредоточен­ными параметрами). Все реальные системы можно рассматривать как С. с р. п.— плотностью, упругостью и др., к-рые от точки к точке меня­ются непрерывно. Это возможно, когда объём, имеющий размеры самой ко­роткой волны, к-рая играет роль в рассматриваемой задаче о колебаниях

системы, содержит ещё достаточно большое число атомов. Напр., в слу­чае распространения упругого им­пульса вдоль тонкого стержня пост. сечения, возникающего в результате удара по концу стержня. С. с р. п. обладают бесконечно большим числом степеней свободы, вследствие чего им свойственно бесконечно большое число нормальных колебаний. Процессы в С. с р. п. описываются обычно ур-ния­ми с частными производными (волно­вое уравнение, ур-ние диффузии и др.) или интегральными ур-ниями.

^ З. Ф. Красильник.

СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ (дискретные систе­мы), системы, движение к-рых может быть описано как движение конечного числа точечных объектов (строго сосре­доточенные параметры) или протяжён­ных объектов с жёстко фиксированной внутр. структурой (параметры, сво­димые к сосредоточенным). Напр., тело, подвешенное на нити (маятник), относится к С. с с. п., если его можно считать точечным, а нить — нерас­тяжимой и невесомой; колебательный контур, состоящий из индуктивности L, ёмкости С и сопротивления R, является С. с с. п., когда размеры всех его элементов значительно меньше длины эл.-магн. волны и структуру полей в элементах L, С и R можно идеализировать как жёстко фиксиро­ванную.

Описание движения С. с с. п. обычно основывается на ур-ниях, связываю­щих обобщённые координаты и обоб­щённые импульсы (в т. ч. поля, токи, напряжения) входящих в неё объек­тов. Порядок этих ур-ний определя­ется числом степеней свободы С. с с. п. Так, плоское движение маятника в поле тяжести или изменения тока в L, С, R колебат. контуре описыва­ется дифф. ур-ниями второго порядка и соответствует С. с с. п. с одной сте­пенью свободы. Ур-ния движения консервативных (сохраняющих энер­гию) С. с с. п. могут быть получены из вариац. принципа (см. Наимень­шего действия принцип). При этом различаются три осн. типа эквив. описаний движения С. с с. п.: через Лагранжа функцию, содержащую обоб­щённые координаты и скорости, через Гамильтона функцию, содержащую обобщённые импульсы и координаты, и через ф-цию действия (ф-цию Га­мильтона — Якоби), выраженную че­рез обобщённые координаты и их производные. В первых двух случаях в ур-ния входят полные производные по времени, в последнем случае — частные производные.

• Мандельштам Л. И., Лекции по теории колебаний, М., 1972; Андро­нов А. А., Витт А.А., Хайкин С. Э., Теория колебаний, 3 изд., М., 1981: Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Механика, 3 изд., М., 1973.

^ М. А. Миллер.

689


СИФОН (от греч. siphon — трубка, насос), изогнутая трубка с коленами разной длины, по к-рой переливается жидкость из сосуда с более высоким уровнем в сосуд с более низким уров­нем жидкости (рис.). Действие С.



объясняется тем, что на объём жид­кости, заполняющей верх. часть С. (заштрихована), давление со стороны, где расположен верхний резервуар (т. е. слева), больше, чем со стороны, где находится нижний (т. е. справа); так, в нач. момент течения давление слева равно р₀-h₁, а давление спра­ва р₀-₂, где  — удельный вес жидкости, р₀ — давление на свобод­ную поверхность жидкости и h₂>h₁. Т. о., при течении жидкости по С. в верх. части его устанавливается дав­ление, пониженное по сравнению с р₀. Падение давления здесь тем больше, чем больше разность высот h₂-h₁ и потеря энергии жидкости на пре­одоление сопротивления трубки. Это обстоятельство ограничивает разность высот жидкости, а следовательно, и действие С., т. к. при давлении в потоке ниже нек-рого предельного возникает кавитация и происходит разрыв столба жидкости. При пере­качивании с помощью С. холодной воды, находящейся под атм. давле­нием, предельная разность высот обыч­но не превосходит 6—7 м. ^ СКАЛЯРНОЕ ПОЛЕ, поле физиче­ское, к-рое описывается ф-цией, в каж­дой точке пр-ва не изменяющейся при повороте системы координат. В квант. теории поля квантами С. п. явл. ч-цы со спином 0. По поведению относительно пространственной ин­версии С. п. делят на собственно ска­лярные, если полевая ф-ция не меняет знака при инверсии, и псевдоскаляр­ные, если меняет. Отвечающие им ч-цы имеют соответственно положит. и отрицат. внутр. чётность и наз. скалярными (напр., -мезон) и псев­доскалярными (напр., -, К-, -мезоны).

А. В. Ефремов.

^ СКАЛЯРНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ, см. Потенциалы электромагнитного поля.

СКАМЬЯ ОПТИЧЕСКАЯ, установка для испытания оптич. приборов и отд. деталей. В С. о. на массивные направляющие насаживают штативы, наз. рейтерами, к-рые несут разл. подставки и столики с укреплёнными на них испытуемыми и ре­гистрирующими приборами и дета­лями. Рейтеры можно перемещать вдоль С. о. и неподвижно закрепить в любом месте по всей длине направ­ляющих. Механич. перемещения рей­теров строго параллельны оптич. и визирным осям установленных на С. о. приборов. Длина С. о. может достигать неск. м.

^ СКАЧОК КОНДЕНСАЦИИ, особая форма скачка уплотнения, возникаю­щая в ускоряющемся сверхзвук. по­токе газа в результате конденсации содержащихся в нём паров. Обычно С. к. наблюдается в сверхзвук. сопле, где ускоренное движение газа сопро­вождается монотонным снижением его темп-ры и соответствующим увеличе­нием относит. влажности. В нек-ром сечении сопла аэродинамической тру­бы относит. влажность воздуха дости­гает 100% (темп-ра насыщения), и дальнейшее охлаждение приводит к конденсации. При отсутствии подо­грева воздуха конденсация содержа­щихся в нём паров воды в виде С. к. происходит в сечениях сопла, где Маха число M=1,2—1,4. С. к. имеет Х-образную форму и, отражаясь от поверхности сопла, вызывает волно­образное изменение параметров теку­щего газа — давления, скорости, темп-ры (а также энтропии), что существенно затрудняет эксперим. ис­следования. Поэтому совр. аэродина­мич. трубы оборудуются спец. уста­новками для осушения воздуха.

М. Я. Юделович.

^ СКАЧОК УПЛОТНЕНИЯ, ударная волна, характерная для сверхзвукового течения газа узкая область, в к-рой, если считать её неподвижной, проис­ходит резкое уменьшение скорости газа и соответствующий рост давле­ния, темп-ры, плотности и энтропии газа. Толщина С. у. в направлении, нормальном к его поверхности, т. е. длина, на к-рой происходит измене­ние параметров газа, мала — порядка ср. длины свободного пробега моле­кул, поэтому при решении большин­ства задач газовой динамики толщи­ной С. у. пренебрегают.

СКВАЖНОСТЬ, см. в ст. Импульс­ный сигнал.

СКЕЙЛИНГ, то же, что масштабная инвариантность.

СКИН-ЭФФЕКТ (от англ. skin — кожа, оболочка) (поверхностный эф­фект), затухание эл.-магн. волн по мере их проникновения в глубь про­водящей среды, в результате к-рого, напр., перем. ток по сечению провод­ника или перем. магн. поток по сечению магнитопровода распределя­ется не равномерно, а преим. в по­верхностном слое (с к и н - с л о е). При распространении эл.-магн. вол­ны в проводящей среде в ней возни­кают вихревые токи, в результате чего часть эл.-магн. энергии преоб­разуется в теплоту. Это и приводит к затуханию волны. Чем выше ча­стота  эл.-магн. поля и чем больше

магн. проницаемость  проводника, тем сильнее (в соответствии с ^ Мак­свелла уравнениями) вихревое элект­рич. поле, создаваемое перем. магн. полем, а чем больше проводимость а проводника, тем больше плотности тока и рассеиваемая в ед. объёма мощность (в соответствии с законами Ома и Джоуля — Ленца). Т. о., чем больше величины ,  и , тем резче проявляется С.-э.

В случае плоской синусоидальной волны, распространяющейся вдоль оси х в хорошо проводящей однородной линейной среде, амплитуды напряжённостей электрич. и магн. полей затухают экспоненциально:

E=E₀e^-x, Н=Н₀е^-x,

где =(1/c)(2) — коэфф. затуха­ния. На глубине x==1/ амплитуда волны уменьшается в е раз (эту глу­бину условно принимают за толщину скин-слоя). Напр., при =50 Гц в Cu (=580 кСм/см; =1) =9,4 мм, в стали (=100кСм/см; =1000) =0,74 мм. При увеличении  до 0,5 Мгц  уменьшится в 100 раз. В идеальный проводник (с бесконечно большой проводимостью) эл.-магн. вол­на вовсе не проникает, она полностью от него отражается. Если радиус кри­визны сечения проводника r>> и поле в проводнике представляет собой пло­скую волну, вводят понятие импеданса характеристического.

Если длина свободного пробега l носителей тока становится больше  (напр., в очень чистых металлах), то при низких темп-рах и сравнительно высоких частотах С.-э. приобретает ряд особенностей (аномальный С.-э.). Эл-ны становятся неравноцен­ными с точки зрения их вклада в электрич. ток; осн. вклад вносят эл-ны, движущиеся в скин-слое параллельно поверхности металла или под очень небольшими углами к ней; они про­водят, т. о., больше времени в обла­сти сильного поля (т. н. эффективные эл-ны). Затухание эл.-магн. волны в поверхностном слое по-прежнему име­ет место, но количеств. хар-ки у ано­мального С.-э. несколько иные, в частности поле в скин-слое затухает не экспоненциально.

В ИК области частот эл-н за период изменения поля может не успеть пройти расстояние l. Тогда поле на пути эл-на за период можно счи­тать однородным и С.-э. в этих ус­ловиях нормальный. Т. о., на низких и очень высоких частотах С.-э. всегда нормальный. В радиодиапазоне в зависимости от соотношений между l и  могут иметь место и нормальный, и аномальный С.-э. Всё сказанное справедливо, пока частота  меньше плазменной частоты ₀ (4ne²/m)^1/2 (n — концентрация эл-нов проводи­мости, — заряд, m — масса эл-на). Относительно более высоких частот см. в ст. Металлооптика.

В технике С.-э. часто нежелателен. Перем. ток при сильном С.-э. проте-

690


кает гл. обр. по поверхностному слою; при этом сечение провода не исполь­зуется полностью, сопротивление про­вода и потери мощности в нём при данном токе возрастают. В ферромагн. пластинах или лентах магнитопроводов трансформаторов, электрич. ма­шин и др. устройств перем. магн. поток при сильном С.-э. проходит гл. обр. по их поверхностному слою; вследствие этого ухудшается исполь­зование сечения магнитопровода, воз­растают намагничивающий ток и по­тери в стали. С другой стороны, на С.-э. основано действие эл.-магн. эк­ранов, ВЧ поверхностная закалка стальных изделий и др.

% См. лит. при ст. Металлы.

В. Ф. Гантмахер.

СКЛЕРОМЕТР (от греч. skleros -твёрдый и metreo — измеряю), прибор для определения твёрдости разл. ма­териалов (металлов, кристаллов, по­крытий и др.) по методу царапин или вдавливания. Твёрдость материала оп­ределяют по нагрузке, при к-рой оста­ётся царапина определ. ширины или вдавленность определ. площади.

СКОРОСТЬ в механике, одна из осн. кинематич. характеристик движения точки; величина векторная, опреде­ляемая равенством: v=dr/dt, где r — радиус-вектор точки, t — время. При равномерном движении С. точки чис­ленно равна отношению пройденного пути s к промежутку времени t, за к-рый этот путь пройден, т. е. v=s/t, а в общем случае численно v=ds/dt. Направлен вектор С. по касательной к траектории точки. Если движение точки задано ур-ниями, выражающи­ми зависимость её декартовых коор­динат х, у, z от t, то v=(v²_x+v²_y+v²_z), где v_x=dxldt, v_y=dy/dt, v_z=dz/dt, а косинусы углов, которые век­тор С. образует с координатными осями, равны соответственно v_x/v, v_y/v, v_z/v. Размерность С. LT^-1. Измеряют С. обычно в м/с (в системе СИ) или в км/ч.

^ СКОРОСТЬ ЗВУКА, скорость переме­щения в среде упругой волны при условии, что форма её профиля оста­ётся неизменной. Скорость гармони­ческой волны наз. также фазовой скоростью звука. Обычно С. з.— величина постоянная для данного в-ва при заданных внеш. условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда фазовая скорость оказывается раз­личной для разных частот, говорят о дисперсии звука.

Для газов и жидкостей, где звук распространяется обычно адиабати­чески (т. е. изменение темп-ры, свя­занное со сжатиями и разряжениями в звук. волне, не успевает выравни­ваться за период), С. з. выражается так:

с=(K_ад/)=(1/_ад).

где K_ад — адиабатич. модуль объ­ёмного сжатия,  — плотность, _ад —

адиабатич. сжимаемость. В идеальном газе С. з.

с=(p₀/)=(RT/). (ф-ла Лапласа), где =C_p/C_v — от­ношение теплоёмкостей при постоян­ных давлении и объёме, р₀ — среднее давление в среде, R — универс. газо­вая постоянная,  — мол. масса газа. С. з. в газах меньше, чем в жидко­стях, а в жидкостях меньше, как правило, чем в тв. телах, поэтому при сжижении газа С. з. возрастает. Ниже приведены значения С. з. (м/с) для нек-рых газов и жидкостей, причём в тех случаях, когда имеется дисперсия С. з., приведены её значения для малых частот, когда период звуковой волны больше, чем время релаксации.

^ СКОРОСТЬ ЗВУКА В ГАЗАХ ПРИ 0°С И ДАВЛЕНИИ 1 ATM

Азот.........……... 334

Кислород........... 316

Воздух............ … 331

Гелий............. … 965

Водород .......... 1284

Метан............. ... 430

Аммиак............ .. 415

С. з. в газах растёт с ростом темп-ры и давления (при комнатной темп-ре относит. изменение С. з. в воздухе составляет примерно 0,17% при из­менении темп-ры на 1°С). В жидкостях С. з., как правило, уменьшается с ростом темп-ры на неск. м/с на 1°С;


скорость звука в жидко­стях ПРИ 20°С

Вода ........………………..... 1490

Бензол ..........………………. 1324

Спирт этиловый.....…………. 1180