Физические явления, физика, статьи по физике.

Особенности круговых волн, расходящихся на поверхности воды, связаны с явлением, которое в физике называют дисперсией. При резком ударе камня о воду на ее поверхности образуется целая система расходящихся концентрических окружностей, число которых непрерывно возрастает. Эта довольно сложная волновая картина обусловлена тем, что волны различной длины распространяются по воде с разной скоростью.
Дисперсия не является обязательным признаком волнового движения. Например, у звуковых волн она не проявляется, поэтому мы слышим один и тот же звук на разных расстояниях от источника. Практически отсутствует дисперсия и у электромагнитных волн, используемых в радиовещании и телевидении.
Отличительной особенностью волн малой амплитуды является то, что две (или несколько) такие волны, созданные разными источниками, не влияют друг на друга: одна волна может пройти через другую, и каждая из них распространяется дальше так, словно другой волны просто не существует. На рис. 6 схематически показана картина, возникающая при встрече волн, распространяющихся от двух точечных источников, имеющих одинаковые частоту, амплитуду и фазу колебаний (т. е. колеблющихся синхронно). Длины волн от этих источников всюду одинаковы, и волны взаимно накладываются, но не влияют друг на друга. Такое наложение называется суперпозицией волн.

Comments Off

Долгое время человек не извлекал из эхо никакой пользы, пока не придуман был способ измерять с помощью его глубину морей и океанов. Изобретение это зародилось случайно. В 1912 г. затонул почти со всеми пассажирами огромный океанский пароход “Титаник”, — затонул от случайного столкновения с большой льдиной. Чтобы предупредить подобные катастрофы, пытались в туман или в ночное время пользоваться эхом для обнаружения присутствия ледяной преграды впереди судна. Способ на практике себя не оправдал, зато натолкнул на другую мысль: измерять глубину морей с помощью отражения звука от морского дна. Мысль оказалась очень удачной.

На рис. 153 вы видите схему установки. У одного борта корабля помещается в трюме, близ днища, патрон, порождающий при зажигании резкий звук. Звуковые волны несутся сквозь водную толщу, достигают дна моря, отражаются и бегут обратно, неся с собой эхо. Оно улавливается чувствительным прибором, установленным, как и патрон, у днища корабля. Точные часы измеряют промежуток времени между возникновением звука и приходом эхо. Зная скорость звука в воде, легко вычислить расстояние до отражающей преграды, т. е. определить глубину моря или океана.

Эхолот, как назвали эту установку, совершил настоящий переворот в практике измерения морских глубин. Пользование глубомерами прежних систем возможно было лишь с неподвижного судна и требовало много времени. Лотлинь приходится спускать с колеса, на котором он намотан, довольно медленно (150 м в минуту); почти так же медленно производится и обратный подъем. Измерение глубины в 3 км этим способом отнимает 3/4 часа. С помощью эхолота то же измерение можно произвести в несколько секунд, на полном ходу корабля, получая при этом результат, несравненно более надежный и точный. Ошибка в этих измерениях не превосходит четверти метра (для чего промежутки времени определяются с точностью до 3000-й доли секунды).

Если точное измерение больших глубин имеет важное значение для науки океанографии, то возможность быстро, надежно и точно определять глубину в мелких местах является существенным подспорьем в мореплавании, обеспечивая его безопасность: благодаря эхолоту судно может смело и быстрым ходом приближаться к берегу.

В современных эхолотах применяются не обычные звуки, а чрезвычайно интенсивные “ультразвуки”, неслышимые человеческим ухом, с частотой порядка нескольких миллионов колебаний в секунду. Такие звуки создаются колебаниями кварцевой пластинки (пьезокварца), помещенной в быстропеременное электрическое поле.

No Comments »

Электрон является стабильной частицей. Это означает, что

самопроизвольно никаких изменений в нем не происходит.

Согласно закону сохранения электрического заряда общий за­

ряд остается неизменным. Электрон является самой малой ча­

стицей с отрицательным зарядом, и ученые предполагают, что

меньшей отрицательной частицы, скорее всего, не существу­

ет. Распадаясь, электрон должен стать частицей с еще мень­

шей массой, а в этом случае для электрического заряда, так

сказать, просто не останется места, поэтому электроны и не

распадаются.

Это же утверждение относится и к позитрону, являющему­

ся самой малой частицей с положительным зарядом, который

ей некуда девать в случае распада. Поэтому позитрон также

считается стабильной частицей, и, если бы во Вселенной были

одни лишь позитроны, они существовали бы вечно.

Однако позитрон вовсе не единственная частица во Вселен­

ной. Позитроны образуются в мире, где электроны превосходят

их по количеству. При обычных земных условиях не проходит и

одной миллионной доли секунды, как позитрон сталкивается с

электроном. Что же в этом случае происходит?

Сумма зарядов позитрона и электрона равна нулю. Значит,

они могут слиться и нейтрализовать заряды друг друга. Кроме

того, они компенсируют и массу друг друга. Такой процесс

называется взаимной аннигиляцией. Но это не является анни­

гиляцией в чистом виде, так как согласно закону сохранения

массы и энергии что-то все-таки остается, несмотря на ней­

трализацию зарядов. Если пропадает масса электрона и позит­

рона, значит, должно выделиться соответствующее количество

энергии.

Общая масса электрона и позитрона равна 1,822 х 10

27

грам­

мов. По формуле Эйнштейна е = тс

2

(см. ч. II) энергетический

эквивалент массы этих двух частиц равен 1,64 х 10

6

эрг, или

1,02 Мэв.

Нельзя забывать и о других законах сохранения, имеющих

силу при данном преобразовании массы в энергию. Например,

закон сохранения углового момента (см. ч. I) определяет спин.

Спин протона может принимать значение либо +1 , либо — 1.

Если в результате взаимной аннигиляции электрона и позитрона

образуется протон, энергия которого равна 1,02 Мэв (протон гам­

ма-луча), то, предположив, что спин у электрона и позитрона

одинаков, значение этого спина должно равняться 1/2. Если их

спин равен +’/,, то образуется фотон со спином +1, а если их спин

равен —’/

2

, то образуется фотон со спином — 1.

Сложность заключается в том, что нужно соблюдать и за­

кон сохранения количества движения (см. ч. I). Если общий

импульс системы позитрон—электрон по отношению к окру­

жающим объектам равен нулю, тогда единственный образую­

щийся фотон не сможет сдвинуться с места. Но так как фотон

должен двигаться, да еще и со скоростью света, значит, обра­

зуются несколько фотонов.

No Comments »

С каждым годом человечеству требуется все больше и больше энергии. Ее можно получать различными способами. Самым простым из них является сжигание химического топлива (угля, газа, и т.д.). Более выгодным с энергетической точки зрения является использование так называемого ядерного топлива. Одно из них - уран, при делении ядер которого выделяется большая энергия. Одна из возможных реакций приведена в предыдущем параграфе.

В природе существуют изотопы урана с массовыми числами 235 и 238. Для осуществления цепной реакции пригоден только уран-235. Его содержание в руде, как правило, менее 1 %. Это не позволяет сразу использовать ее в качестве топлива. Поэтому сначала руда проходит процесс обогащения: долю урана-235 повышают до 5%. Из этого продукта уже изготавливают “ядерное топливо”.

Для использования энергии деления ядер применяют различные типы ядерных реакторов. Один из них имеет следующую конструкцию. Защитный корпус 1 заполнен специальным веществом 2 – замедлителем нейтронов. В нем имеются вертикальные каналы, в которые опущены урановые стержни 3. Масса урана в каждом из них меньше критической, поэтому цепная реакция в отдельном стержне не может происходить. Однако их общая масса больше критической, что уже позволяет начаться цепной реакции. Для регулирования ее скорости между урановыми стержнями расположены подвижные стержни 4 из вещества, поглощающего нейтроны.Тепловая энергия, выделяющаяся в ходе реакции внутри урановых стержней, передается теплоносителю – тяжелой воде, циркулирующей в первичном контуре 5 благодаря насосу 11. Вода этого контура находится под большим давлением. Она имеет температуру более 100 °С. Поэтому, проходя через теплообменник 6 и, отдавая энергию воде вторичного контура 7, она вызывает ее кипение.

Пар, образующийся в теплообменнике, вращает колеса турбины 8. После прохождения турбины пар попадает в резервуар 10, где охлаждается и превращается в воду. При помощи насоса 12 образовавшаяся вода вновь поступает в теплообменник. Пар и вода в резервуаре 10 охлаждаются проточной водой, поступающей из водохранилища. Турбина соединена с электрогенератором 9, вырабатывающим электроэнергию.

Перспективы ядерной энергетики связаны с принципиальной возможностью использовать энергию термоядерной реакции – реакции синтеза легких ядер. Основной трудностью при разработке установок для термоядерного синтеза является чрезвычайно высокая температура в зоне реакции. Поэтому плазму, в которой она протекает, удерживают сильным магнитным полем. Это делается для того, чтобы избежать контакта со стенками самого реактора. На сегодняшний день управляемая термоядерная реакция может продолжаться доли секунды. Это, безусловно, слишком малое время для практического использования энергии синтеза. Но сегодня новые открытия в физике позволяют смотреть на будущее управляемого термоядерного синтеза с оптимизмом

No Comments »