Уян орчин нь түүний хэсгүүдийн хооронд уян харимхай хүч үйлчилдэг орчин юм. Хэрэв орчны аль нэг бөөмс хэлбэлзэхээс өөр аргагүйд хүрвэл уян харимхай хүчний үйлчлэлээр эхлээд хамгийн ойрын хөрш зэргэлдээх бөөмс хэлбэлзлийн хөдөлгөөнд орж, дараа нь эдгээр хөршүүдтэй хамгийн ойр байдаг бөөмс гэх мэт, улам олон шинэ бөөмсүүд хэлбэлзэх хөдөлгөөнд оролцдог. хэлбэлзлийн процесс, тэд уян харимхай долгион нь орчинд тархдаг гэж хэлдэг. Тиймээс, доор гүйж байна давалгаа, долгиоорчинд чичиргээ тархах үйл явцыг ойлгох. Энэ үйл явц нь хэлбэлзлийн эх үүсвэрээс эрчим хүч дамжуулах дагалддаг бөгөөд долгионы хөдөлгөөний чиглэлд бөөмсийг шилжүүлэх нь тэдний тэнцвэрийн байрлалыг тойрон хэлбэлздэггүй;

доор гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй орчны бөөмснэг молекул биш, харин ойролцоогоор ижил шинж чанартай (тэнцвэрийн байрлалаас ижил шилжилт хөдөлгөөн, ижил хурд гэх мэт) олон тооны молекулуудын цуглуулгыг ойлгодог. Бөөмийн хэмжээ нь хангалттай бага байх ёстой бөгөөд энэ нь орчинд үүсэх эвдрэлээс хамаагүй бага, ялангуяа орчинд тархаж буй долгионы уртаас хамаагүй бага байх ёстой. Ийм хэсгүүд нь янз бүрийн хэв гажилтаас сэргийлж, улмаар орчин нь уян хатан шинж чанарыг харуулдаг. Дунд зэргийн молекулын бүтцийг авч үзэхгүй;

Ялгах уртааш ба хөндлөн долгион. Уртааш долгионд дунд хэсгийн хэсгүүд долгионы хурдны векторын дагуу хэлбэлздэг ба хөндлөн долгионы хувьд перпендикуляр байдаг (Зураг 6.1а).

Уртааш долгион нь бага хэмжээний орчны шахалтын болон суналтын хэв гажилттай холбоотой байдаг (Зураг 6.1, а), тиймээс тэдгээр нь бүх орчинд тархдаг. Уртааш долгионоос ялгаатай нь хөндлөн долгион нь шилжилтийн хэв гажилттай холбоотой байдаг (Зураг 6.1, b), тиймээс шингэн эсвэл хийд ийм хэв гажилт байхгүй тул зөвхөн хатуу биетэд тархдаг. Долгионы долгионоос гадна гэдгийг анхаарна уу уян хатан орчинМөн тэдгээр нь шингэний гадаргуу дээр долгион үүсгэдэг;

Гармоник (синус) долгионы жишээн дээр долгионы үйл явцыг дүрсэлсэн шинж чанаруудыг танилцуулъя. Гармоник (синус) долгионорчны хэсгүүд нь тодорхой мөчлөгийн давтамжтайгаар тэнцвэрийн байрлалынхаа эргэн тойронд гармоник хэлбэлзэл хийдэг долгион гэж нэрлэдэг. .

Орчуулагчид хөндлөн хавтгай гармоник долгион үүсэх процессыг авч үзье. Хэсэг хугацааны дараа зөвшөөр
бүх бөөмс хавтгайд байна
(энэ хавтгайд координат тэгтэй тэнцүү-) хэлбэлзлийн үетэй гармоник хэлбэлзлийг гүйцэтгэж эхэлнэ . Зураг дээр. 6.2 тэнхлэгт байрлах тоосонцор
, агшин зуурын долгионы гэрэл зургуудыг үзүүлэв
Тэгээд .

Эдгээр гэрэл зургууд нь эдгээр мөчүүдийг өгдөг

офсет хугацаа
тэнцвэрт байрлалынхаа эргэн тойронд байгаа орчны хэсгүүд. Тиймээс, жишээлбэл, цаг хугацааны хувьд

1-р бөөмс тэнцвэрийн байрлалаасаа хамгийн их хазайсан байх ба түүний шилжилт нь хэлбэлзлийн далайцтай тэнцүү байх ба энэ хугацаанд долгион нь 3-р бөөмс хүртэлх зайг туулдаг. Цагийн агшинд
, 1-р бөөмс тэнцвэрийн байрлалыг өнгөрч, 3-р бөөм дээд тал руу хазайж, долгион нь бөөмийн дугаар 5-д хүрдэг. Цагийн агшинд
долгион нь бөөмийн дугаар 9 хүрдэг бөгөөд энэ хугацаанд долгионы туулсан зайг долгионы урт гэж нэрлэх ба тэмдгээр тэмдэглэнэ. .

Хавтгай хөндлөн гармоник долгионы орчинд тархах дээрх гэрэл зургуудыг харгалзан долгионы үйл явцын үндсэн шинж чанаруудын дараах тодорхойлолтыг өгч болно.

1. ХугацааТ долгион– орчны хэсгүүдийн нэг бүрэн хэлбэлзлийн хугацаа.

2. Фазын хурд долгионэсвэл долгионы тархалтын хурд - орчин дахь хэлбэлзлийн өгөгдсөн фазын хөдөлгөөний хурд.

3. Уртдолгион- долгионы нэг хугацаанд явах зай буюу хэлбэлзэж буй орчны хэсгүүдийн хоорондох хамгийн бага зай

-тэй тэнцүү фазын зөрүүтэй
. Долгионы уртын тодорхойлолтоос дараахь томъёог бичиж болно.

4. долгионы гадаргуу- нэг үе шатанд хэлбэлзэж буй орчны хэсгүүдийн тэнцвэрт байрлалаар зурсан гадаргуу (Зураг 6.3-т хавтгай гармоник долгионы долгионы гадаргууг харуулав). Олон тооны долгионы гадаргуу байдаг бөгөөд тэдгээр нь хөдөлгөөнгүй байдаг.

5. Долгионы урд- орчны хэсгүүдийг хэлбэлзлийн хөдөлгөөнд оролцдог ба оролцдоггүй хэсгүүдэд хуваадаг гадаргуу. Зөвхөн нэг долгионы фронт байдаг бөгөөд энэ нь долгионы хурдаар хөдөлдөг. Долгионы фронт нь хэлбэлзлийн эх үүсвэрээс хамгийн хол байдаг гэж бид хэлж чадна Энэ мөчцаг хугацааны долгионы гадаргуу. Долгионы фронтын цэг бүрт фазын хурдны вектор түүнд перпендикуляр чиглэнэ.

Долгионы гадаргуу ба долгионы фронтын хэлбэр нь долгион үүсгэх, тархах нөхцлөөс хамаарна. Долгионы фронтын төрлөөс хамааран хавтгай, бөмбөрцөг, цилиндр долгионыг ялгадаг (Зураг 6.4). Эдгээр долгионы хувьд хэлбэлзлийн эх үүсвэр нь хавтгай, цэг, сунгасан утас юм.

Долгионы үйл явцын кинематик ба динамик. Хавтгай хөдөлгөөнгүй ба синус долгион. Долгионуудын интерференц ба дифракци. Гүйх, зогсох долгион. Фазын хурд, долгионы урт, долгионы дугаар, долгионы вектор. Хий, шингэн, хатуу биет дэх уян долгион. Эрчим хүчний шинж чанар уян хатан долгион. Вектор Умов.

6.1. Долгионы үйл явцын кинематик ба динамик.
Хавтгай хөдөлгөөнгүй ба синус долгион

Долгион гэдэг нь энэ орчинд тархаж, энерги авч явдаг орчны төлөв байдлын өөрчлөлт (эвдрэл) юм. Орон зайд чичиргээ тархах үйл явц.

Орон зайд чичиргээний тархалт нь уян харимхай орчны хэсгүүдийн харилцан үйлчлэлийн улмаас үүсдэг. Долгион нь хэлбэлзлээс ялгаатай нь зөвхөн цаг хугацааны хувьд төдийгүй орон зай дахь үечилсэн байдлаар тодорхойлогддог. Энэ тохиолдолд орчны бөөмсийг долгионоор зөөвөрлөхгүй, зөвхөн тэнцвэрийн байрлалыг тойрон хэлбэлздэг. Тиймээс шинж чанараас үл хамааран бүх долгионы гол шинж чанар нь орон зайд материйг шилжүүлэхгүйгээр энерги дамжуулах явдал юм. Байгаль, технологид байдаг олон төрлийн долгионуудын дотроос уян харимхай долгион, шингэний гадаргуу дээрх долгион, цахилгаан соронзон долгионыг ялгадаг.

Уян (эсвэл механик) долгион нь уян харимхай орчинд үүсч, тархдаг механик эвдрэл юм. Уян долгион нь дуу авиа болон газар хөдлөлтийн долгион; цахилгаан соронзон - радио долгион, гэрэл, рентген туяа.

Долгионы тархалтын чиглэлтэй харьцуулахад бөөмийн хэлбэлзлийн чиглэлээс хамааран уртааш болон хөндлөн долгионыг ялгадаг.

Уртааш- эдгээр нь тархалтын чиглэл нь орчны хэсгүүдийн шилжилтийн (хэлбэлзлийн) чиглэлтэй давхцдаг долгион юм.

Хөндлөн долгион гэдэг нь орчны хэсгүүдийн тархалтын чиглэл ба шилжилтийн (хэлбэлзлийн) чиглэл нь харилцан перпендикуляр байдаг долгион юм.

Шингэн ба хийн хувьд уян харимхай хүч нь зөвхөн шахалтын үед үүсдэг бөгөөд зүсэх үед үүсдэггүй тул тэдгээрийн уян хатан хэв гажилт нь зөвхөн уртааш долгион ("шахалтын долгион") хэлбэрээр тархдаг.

Таслах үед уян харимхай хүч үүсдэг хатуу биетүүдэд уян харимхай хэв гажилт нь зөвхөн уртааш хэлбэрээр төдийгүй хөндлөн долгион хэлбэрээр тархаж болно ("таслах долгион"). Хатуу хэлбэрээр хязгаарлагдмал хэмжээ(жишээлбэл, саваа, ялтсууд дээр) долгионы тархалтын зураг нь илүү төвөгтэй байдаг: энд бусад төрлийн долгионууд үүсдэг бөгөөд эдгээр нь эхний хоёр үндсэн төрлүүдийн хослол юм.

Цахилгаан соронзон долгионы хувьд цахилгаан ба соронзон орны чиглэлүүд нь долгионы тархалтын чиглэлд бараг үргэлж перпендикуляр байдаг (энэ тохиолдолд анизотроп орчинмөн чөлөөт бус орон зайд тархах) тиймээс цахилгаан соронзон долгиончөлөөт орон зайд хөндлөн.

Долгион нь өөр өөр хэлбэртэй байж болно. Нэг долгион буюу импульс нь тогтмол шинж чанартай байдаггүй харьцангуй богино хэмжээний эвдрэл юм. Хязгаарлагдмал цуврал давтагдах эвдрэлийг долгионы галт тэрэг гэж нэрлэдэг.

Гармоник долгион – орчин дахь бүх өөрчлөлтүүд синус эсвэл косинусын хуулийн дагуу явагддаг төгсгөлгүй синусын долгион. Иймэрхүү эмгэгүүд тархаж болно нэгэн төрлийн орчин(хэрэв тэдгээрийн далайц бага бол) хэлбэрийг гажуудуулахгүйгээр.

Геометрийн газар t тодорхой хугацаанд долгион хүрэх цэгүүдийг t гэнэ долгионы фронт(эсвэл долгионы урд). Долгионы урддолгионы үйл явцад аль хэдийн орсон орон зайн хэсгийг чичиргээ хараахан үүсээгүй хэсгээс тусгаарлах гадаргууг илэрхийлнэ.

Нэг үе шатанд хэлбэлзэж буй цэгүүдийн геометрийн байршлыг гэнэ долгионы гадаргуу. Долгионы гадаргууг долгионы процессоор бүрхэгдсэн орон зайн аль ч цэгээр зурж болно. Долгионы гадаргуу байдаг хязгааргүй олонлог, харин ямар ч үед зөвхөн нэг долгионы фронт байдаг. Долгионы гадаргуу нь хөдөлгөөнгүй хэвээр байна (тэдгээр нь нэг үе шатанд хэлбэлзэж буй бөөмсийн тэнцвэрийн байрлалаар дамждаг). Долгионы фронт байнга хөдөлдөг. Долгион гадаргуу нь өөр өөр геометртэй байж болно. Хамгийн энгийн тохиолдолд тэдгээр нь хавтгай эсвэл бөмбөрцөг хэлбэртэй байдаг. Үүний дагуу эдгээр тохиолдолд долгионыг хавтгай эсвэл бөмбөрцөг гэж нэрлэдэг. Хавтгай долгионы хувьд долгионы гадаргуу нь хоорондоо параллель хавтгайн систем бөгөөд бөмбөрцөг долгионы хувьд тэдгээр нь төвлөрсөн бөмбөрцөг гадаргуугийн систем юм.

Ижил үе шатанд чичирч буй ойролцоох хэсгүүдийн хоорондох зайг нэрлэдэг долгионы уртл. Долгионы урт нь долгионы нэг хугацаанд өнгөрөх зайтай тэнцүү байна.

Эсвэл , (6.1)

энд l нь долгионы урт;

T - долгионы үе, өөрөөр хэлбэл. нэг бүрэн хэлбэлзлийн мөчлөгийг дуусгахад шаардагдах хугацаа;

n - давтамж, өөрөөр хэлбэл. нэгж цаг хугацааны тоо.

Долгионы чиглэлийг долгионы векторыг ашиглан тодорхойлно к. Долгионы векторын чиглэл нь хурдны векторын чиглэлтэй давхцдаг.

, (6.2)

Энд w нь дугуй эсвэл мөчлөгийн давтамж юм.

Акустик ба оптикийн чиглэлээр тоон утгаДолгионы векторыг долгионы тоогоор илэрхийлнэ:

. (6.3)

6.2. Хавтгай долгионы тэгшитгэл

Хавтгай долгионы тэгшитгэл- хэлбэлзлийн цэгийн шилжилтийг түүний координат ба цаг хугацааны функцээр тодорхойлдог илэрхийлэл, өөрөөр хэлбэл.

x = x(x, y, z, t), (6.4)

Энд x нь офсет юм.

Энэ функц нь t болон x, y, z-ийн хувьд үечилсэн байх ёстой. X тэнхлэгийн чиглэлд тархах хавтгай долгионы хувьд функцийн хэлбэрийг олцгооё (Зураг 6.1). Хавтгай ханыг хийцгээе гармоник хэлбэлзэл, илэрхийллийн дагуу

. (6.5)

Долгион үүссэн цэгээс x зайд байрлах огторгуйн цэгт бөөмс долгион үүсэх цэгийн адил хэлбэлзлийг гүйцэтгэнэ. Энэ тохиолдолд долгионы гадаргуу нь X тэнхлэгт перпендикуляр байх болно. Долгионы гадаргуугийн бүх цэгүүд тэнцүү хэлбэлздэг тул х шилжилт нь зөвхөн x ба t x = x (x, t) -ээс хамаарна.

Долгион нь үүссэн цэгээс тухайн цэг хүртэлх зайг туулахад цаг хугацаа шаардагдана. Долгионы фронт хэсэг хугацааны дараа сансар огторгуйн цэгт хүрнэ.

Харгалзан авч буй цэг дээрх хэлбэлзлийн тэгшитгэл нь хэлбэртэй байна

Формула (6.6) нь шууд хөдөлдөг долгионы тэгшитгэл, өөрөөр хэлбэл. эерэг X тэнхлэгийн чиглэлд тархдаг.

Гүйж буй долгионуудорон зайд энергийг дамжуулдаг долгион гэж нэрлэдэг. Тоон утгаараа долгионоор эрчим хүч дамжуулах нь энергийн урсгалын нягтын вектороор тодорхойлогддог

. (6.7)

Эрчим хүчний урсгалын нягтын вектор – физик хэмжигдэхүүн, хэний модуль энергитэй тэнцүү DE нь долгионы тархалтын чиглэлд (DS ^) перпендикуляр байрлах нэгж талбайгаар нэгж хугацаанд (Dt=1) долгионоор дамждаг. Эрчим хүчний нягтын урсгалын векторын чиглэл (Умов вектор) нь энерги дамжуулах чиглэлтэй давхцдаг. Эрчим хүчний нягтын урсгалын векторын тоон утга нь хамаарлаар тодорхойлогддог болохыг харуулж болно

Энд u нь орчны цэг бүрийн энергийн нягт бөгөөд дундаж утга нь:

;

ρ - орчны нягтрал;

x 0 - долгионы далайц; w - дугуй (мөчлөгийн давтамж);

v – фазын хурд (долгионы фазын хөдөлгөөний хурд).

IN вектор хэлбэр:

j= u× v. (6.9)

Уян долгионы фазын хурд:

а) уртааш; (6.10)

б) хөндлөн, (6.11)

Энд E нь Янгийн модуль (шинж чанар уян хатан шинж чанардунд, уян хатан байдлын коэффициентийн урвуу);

G нь зүсэлтийн модуль (энэ нь ийм том хэв гажилтын үед уян хатан хязгаараас хэтрээгүй тохиолдолд зүсэлтийн өнцөг 45 o-тэй тэнцүү байх тангенциал хүчдэлтэй тэнцүү).

Фазын хурдны тухай ойлголт нь монохромат долгионы хувьд хүчинтэй.

Орон зайд тархаж буй долгион нь долгионы багцыг төлөөлдөг тул (суперпозиция зарчмын улмаас) долгионы багцын хувьд фазын хурдаас гадна бүлгийн хурдны тухай ойлголтыг авч үздэг. Долгионы багц- давтамж нь бие биенээсээ бага зэрэг ялгаатай долгионы багц.

Бүлгийн хурдОрон зай дахь хөдөлгөөний хурдыг долгионы далайц гэж нэрлэдэг. Долгионы энерги нь түүнтэй хамт дамждаг. Бүлгийн хурдыг дараах хамаарлаар тодорхойлно.

. (6.12)

Буцах долгионы тэгшитгэл(6.6)-ын x-г (-x)-ээр сольж авч болно:

6.3.Долгионы тэгшитгэл

Аливаа долгионы тэгшитгэл нь зарим нэгнийх нь шийдэл болох нь харагдаж байна дифференциал тэгшитгэлХоёрдахь эрэмбийг долгион гэж нэрлэдэг. Долгионы тэгшитгэлийн хэлбэрийг бий болгохын тулд бид долгионы тэгшитгэлийн координат ба цаг хугацааны хоёр дахь хэсэгчилсэн деривативуудыг харьцуулна. .

x-тэй холбоотой деривативууд:

; . (6.14)

t-тэй холбоотой деривативууд:

; . (6.15)

(6.15) тэгшитгэлийн хоёр талыг v 2-т хуваая:

эсвэл . (6.16)

(6.14) ба (6.16) илэрхийллүүдийг харьцуулж үзвэл бид тэдгээрийн баруун тал тэнцүү гэдэгт итгэлтэй байгаа тул эдгээр тэгшитгэлийн зүүн талыг тэнцүүлж болно.

. (6.17)

Холбоо (6.17) нь тэнхлэгийн дагуу тархах хавтгай долгионы долгионы тэгшитгэл юм. X.

Хавтгай долгионы долгионы тэгшитгэл гурван хэмжээст орон зай, хэлбэртэй байна

. (6.17)

Математикийн хувьд Лаплас оператор гэж нэрлэгддэг тусгай операторыг нэвтрүүлсэн.

. (6.18)

Лаплас операторыг /Лаплац/ ашиглан долгионы тэгшитгэл (6.17) хэлбэрийг авна

Хэрэв аливаа процессыг шинжлэхдээ (6.19) хэлбэрийн тэгшитгэл олдвол энэ нь авч үзэж буй процесс нь v хурдтай тархдаг долгион гэсэн үг юм.

6.4. Долгион интерференц. Байнгын долгион

Хэд хэдэн долгион нэгэн зэрэг орчинд тархах үед орчны хэсгүүд хэлбэлзэлд өртдөг бөгөөд үүний үр дүнд үүсдэг. геометрийн нэмэлтдолгион тус бүрийг тус тусад нь тараах явцад бөөмсийн хийх хэлбэлзэл. Үүний үр дүнд долгионууд бие биенээ өөрчлөхгүйгээр давхцдаг. Энэ үзэгдлийг гэж нэрлэдэг долгионы суперпозиция зарчим.

Орчны цэг бүрт бие даасан долгионы улмаас үүссэн хэлбэлзэл нь фазын зөрүүтэй, ижил давтамжтай байвал долгионыг когерент гэж нэрлэдэг. Когерент долгионуудуялдаа холбоотой эх үүсвэрээр ялгардаг. Тохиромжтой эх сурвалжууд Тэдгээрийг цэгийн эх үүсвэр гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээрийн хэмжээсийг үл тоомсорлож, тогтмол фазын зөрүүтэй орон зайд долгион ялгаруулдаг. Когерент долгион нэмэгдэхэд a интерференцийн үзэгдэл.

Хөндлөнгийн оролцоо– энэ бол когерент долгионы суперпозицийн үзэгдэл бөгөөд үүний үр дүнд долгионы энерги орон зайд дахин тархдаг. Зарим цэг дэх хэлбэлзэл нь бие биенээ бэхжүүлж, зарим үед бие биенээ сулруулдаг хөндлөнгийн загвар гарч ирдэг.

Ихэнх тохиолдолд интерференц нь ижил далайцтай хоёр эсрэг талын хавтгай долгион давхцсан үед үүсдэг. Ийм хөндлөнгийн оролцооноос үүссэн долгионыг нэрлэдэг зогсож байна. Долгионууд саадаас тусах үед бараг зогсонги долгион үүсдэг. Саадад унасан долгион ба эсрэг туссан долгион нийлж зогсонги долгион үүсгэдэг.

Х тэнхлэгийн дагуу урагш ба хойш чиглэсэн хавтгай долгионууд тархаж, тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.

IN энэ тохиолдолдүр дүнд үүссэн хэлбэлзлийг олж авна алгебрийн нэмэлт:

Давуу талыг ашиглаж байна тригонометрийн ижилсэл

бид (6.22) хэлбэрээр дахин бичнэ

Илэрхийлэл (6.23) - тэгшитгэл зогсож буй долгион.

Байнгын долгионы далайц

. (6.24)

(6.24)-ээс харахад х-ээс хамаарч далайц нь хамгийн их ба хамгийн бага утгад хүрч болох нь тодорхой байна.

Үнэхээр:

1) kx = ± np (n = 0, 1, 2, ¼) үед далайц хамгийн их байна: A = 2x 0. Шилжилтийн далайц хоёр дахин нэмэгдэх цэгүүдийг байнгын долгионы эсрэг зангилаа гэж нэрлэдэг;

2) kx = ± (2n + 1)p үед далайц тэг болно. Эдгээр цэгүүдийг байнгын долгионы зангилаа гэж нэрлэдэг.

Зэргэлдээх (зангилаа) хоорондын зай - байнгын долгионы уртл 0. Байнгын долгионы урт

Дууны интерферометрийн хувьд дууны эх үүсвэр (долгионы эх үүсвэр) нь мембран эсвэл пьезоэлектрик хавтан юм - 1 (Зураг 6.3). Цацруулагч (цацруулагч) байдаг - 2. Цацруулагчийг хөдөлгөснөөр зогсох дууны долгионы системийг олж авдаг. Хэрэв ойлгогчийг L зайд шилжүүлэхэд n зангилаа үүсвэл дууны тархалтын хурд нь тэнцүү байх болно.

. (6.26)

Өөрөөр хэлбэл, долгионы (дууны долгион) тархах хурдыг тодорхойлохын тулд l 0 байнгын долгионы урт ба дууны чичиргээний давтамжийг хэмжих шаардлагатай.

Лекц 7 . Эрчим хүч, ажил, хүч

Хүчний ажил ба түүний муруйн интегралаар илэрхийлэгдэх байдал. Хүч. Эрчим хүч нь янз бүрийн хэлбэрийн хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэлийн бүх нийтийн хэмжүүр юм. Системийн кинетик энерги ба түүний гадаад ба ажилтай холбоо дотоод хүч, системд хавсаргасан. Гүйцэтгэх системийн энерги эргэлтийн хөдөлгөөн. Тербеллийн хөдөлгөөнд орж буй системийн энерги. Боломжит эрчим хүчболон харилцан үйлчлэлийн энерги. Өөр биеийн таталцлын талбайд байрлах биеийн потенциал энерги. Боломжит энерги ба системийн тогтвортой байдал. Дотоод энерги. Уян хэв гажилтын энерги.

7.1. Хүчний ажил ба түүний муруйн интегралаар илэрхийлэгдэх байдал

Ажил- энэ бол хөдөлгөөний хэлбэрийн өөрчлөлтийг тоон талаас нь авч үзвэл. Ерөнхий утгаараа Ажил- энэ нь материйн хөдөлгөөний зарим хэлбэрийг бусад хэлбэрт хувиргах үйл явц юм тоон шинж чанарэнэ үйл явц.

Механик ажил - хүчний нөлөөгөөр системийн энерги өөрчлөгддөг үйл явц, үүний зэрэгцээ энэ өөрчлөлтийн тоон хэмжүүр.

Ажлыг гүйцэтгэх үед материаллаг цэг (систем, бие) дээр ажиллах хүч үргэлж байдаг бөгөөд энэ хүчнээс үүссэн шилжилт хөдөлгөөн байдаг. Хэрэв эдгээр хүчин зүйлсийн дор хаяж нэг нь байхгүй бол ажил хийгдэхгүй.

Анхан шатны ажилзарим хүч Ф, материаллаг цэгт (бие, систем) үйлчилж, элементийн шилжилтийг үүсгэх d r, хүч ба шилжилтийн үржвэртэй тэнцүү байна:

dA = Ф×d r= F×dr×cosa = F r×dr, (7.1)

Энд α нь хөдөлгөөний чиглэл ба үйлчлэгч хүчний чиглэлийн хоорондох өнцөг юм.

(7.1)-ээс энэ нь хэзээ гэсэн үг

α < π/2, dA >0 - эерэг ажил;

α = π/2, dA = 0 - ажил хийгдээгүй;

α > π/2, dA< 0 - работа отрицательная;

α = 0, dA = F×dr - хөдөлгөөний чиглэл ба ажиллах хүчний чиглэл давхцдаг.

Хүчний шүргэгч бүрэлдэхүүний хэмжээ үргэлж өөрчлөгдөөгүй тохиолдолд ажил нь хамаарлаар тодорхойлогдоно.

Ялангуяа бие нь шулуун шугамаар хөдөлж, тогтмол хүч нь хөдөлгөөний чиглэлтэй тогтмол өнцөг үүсгэдэг бол энэ нөхцөл хангагдана. Тиймээс энэ тохиолдолд (7.2) илэрхийллийг дараах хэлбэрээр өгч болно.

Механик дахь ажлын тухай ойлголт нь ердийн ажлын санаанаас эрс ялгаатай гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Жишээлбэл, хөдөлгөөнгүй зогсож байхдаа хүнд ачааг барихын тулд, тэр ч байтугай энэ ачааг хэвтээ замаар шилжүүлэхийн тулд портер тодорхой хүчин чармайлт гаргадаг, жишээлбэл. "ажил хийдэг." Гэсэн хэдий ч ажиллах механик хэмжигдэхүүнэдгээр тохиолдолд энэ нь тэг байна.

Хавтгай дээрх хүчний векторыг хэвийн ба тангенциал гэсэн хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг болгон задалж болно. Хүчний тангенциал бүрэлдэхүүн хэсэг л ажил хийх чадвартай гэдэг нь тодорхой байна. Хөдөлгөөний чиглэл дэх хүчний проекцын хэмжээ цаг хугацаанд нь тогтмол биш байвал ажлыг тооцоолохын тулд S замыг биеийг өнгөрөхөд маш бага байлгахын тулд энгийн хэсгүүдэд хуваах хэрэгтэй. ийм хэсэгт хүчийг тогтмол гэж үзэж болно. Дараа нь DS 1 замын анхан шатны хэсэг бүр дээр хүчний ажил тэнцүү байна

. (7.4)

Бүх замын S-ийн дагуух ажлыг үндсэн ажлын нийлбэрээр тооцоолж болно.

. (7.5)

IN ерөнхий тохиолдол, муруй шугамын дагуу хөдөлж буй материаллаг цэг (бие, систем) хязгаарлагдмал урттай замыг туулахад та энэ замыг оюун ухаанаараа хязгааргүй жижиг элементүүд болгон хувааж, тус бүр дээр нь хүч байдаг. Фтогтмол гэж үзэж болно, мөн үндсэн ажил(7.1) томъёог ашиглан тооцоолж болно. Эдгээр бүх үндсэн ажлуудыг нэгтгэж, хязгаар руу шилжиж, бүх элементийн шилжилтийн уртыг тэг, тэдгээрийн тоог хязгааргүй болгон чиглүүлснээр бид олж авна.

. (7.6)

(7.6) илэрхийллийг векторын муруйн интеграл гэнэ Фзам дагуу Л.

Зураг 7.1

Томъёогоор (7.6) тодорхойлсон ажлыг графикаар F - S координатаар, олоход тохирох зургийн талбайгаар дүрсэлж болно. муруйн интеграл. Зураг 7.1-д зам дээрх цэгийн байрлалаас хамаарах F t-ийн графикийг үзүүлэв. Зургаас харахад үндсэн ажил нь сүүдэрлэсэн туузны талбайтай тоон хувьд тэнцүү байна.

Туршилтаар таталцлын ажил, уян харимхай хүч, цахилгаан хүчтраекторийн хэлбэрээс хамаардаггүй, харин эхний болон эцсийн байрлалаар тодорхойлогддог материаллаг цэг(систем, бие). Хаалттай траекторийн дагуу эдгээр хүчний хийсэн ажил тэг байна:

. (7.11)

Үүнийг гүйцэтгэх хүчнүүд энэ нөхцөл, гэж нэрлэдэг консерватив эсвэл боломжит.

Ажил консерватив хүчнүүдаль ч хаалттай зам дээр тэг байна. Тиймээс боломжит хүчний талбарыг аль ч хаалттай зам дээрх ажил нь тэгтэй тэнцүү хүчний орон гэж тодорхойлж болно. Хаалттай зам дээрх хүчний боломжит талбайн ажил тэгтэй тэнцүү тул хаалттай замын зарим хэсэгт хүч эерэг, зарим хэсэгт сөрөг ажил хийдэг.

Энэ нөхцлийг хангаагүй бүх хүчийг дуудна консерватив бус.

Долгионы төрлүүд цахилгаан станцууд.

Хамгийн түгээмэл долгионы суурилуулалт бол хөвөгч юм. Ажлын шингэнИйм суурилуулалт - хөвөгч нь далайн гадаргуу дээр байрладаг бөгөөд салхины долгионы үед усны түвшний өөрчлөлтийн дагуу босоо хэлбэлзэл үүсгэдэг. Хөвөгчний босоо хөдөлгөөнийг аль ч саванд хий, шингэнийг ээлжлэн шахах, эсвэл эргүүлэх хөдөлгөөн болгон хувиргахад ашигладаг. цахилгаан үүсгүүргэх мэт. Жишээлбэл, Норвеги улсад бүтээсэн 16 м диаметртэй, 8 м босоо хөдөлгөөний далайцтай хөвүүр нь 80% -ийн үр ашигтайгаар жилд 4 сая кВт цаг үйлдвэрлэх чадвартай. Дизайныг сайжруулснаар хөвөх хэлбэлзлийн далайцыг мэдэгдэхүйц (10-12 дахин) нэмэгдүүлэх боломжтой. Далайцыг (резонанс) нэмэгдүүлэхийн тулд босоо цилиндр хэлбэртэй хөвөгчийг хэсэгчлэн (долгион ба хөвөх параметрээс хамаарч) усаар дүүргэх эсвэл хөвөгчөөс тохирох массын ачааллыг түдгэлзүүлнэ. Японд судлагдсан резонансын хөвөгч том хэмжээний загвар (Зураг 2) нь 2.2 м-ийн диаметртэй, 22 м-ийн өндөртэй, 13.5 тонн жинтэй, 0.8 м-ийн голчтой сэнсний турбинтай байв 0.5-аас 1.5 м хүртэл долгионы өндөртэй хөвөгч онгоцны хэлбэлзэл 8 м хүрчээ.

Цагаан будаа. 2 Резонансын хөвөгч

"Хэлбэлзэх (хэлбэлзэх) усны багана" гэж нэрлэгддэг угсралт нь танхим бөгөөд түүний доод задгай хэсэг нь доор дүрдэг. хамгийн доод түвшинус (долгионы тэвш). Тасалгааны түвшин нэмэгдэж, буурах тусам агаарын мөчлөгт шахалт, тэлэлт үүсдэг бөгөөд хавхлагын системээр дамжуулан хөдөлгөөн нь тасалгааны дээд хэсэгт байрлах нүхэнд байрлах агаарын турбиныг эргүүлдэг. Усны хэлбэлзэлтэй баганын үр ашгийн шинж чанарыг Зураг дээр үзүүлэв. 3.

Цагаан будаа. 3. Хэлбэлзэх усны баганын үр ашиг
H ба λ нь өндөр ба долгионы урт юм.

"Масуда хөвүүр" хэмээх энэ төрлийн хамгийн алдартай суурилуулалтыг И.Масуда (1961 онд Япон) санал болгосон бөгөөд хоорондоо холбогдсон хэд хэдэн "хэлбэлзэгч усны багана" -аас бүрдсэн долгионы эрчим хүчний суурилуулалтыг "хэлбэр" нэртэй хөлөг онгоц хэлбэрээр хийсэн. Kaimei”, 500 тоннын багтаамжтай уг суурилуулалтын эрчим хүчний төхөөрөмж нь 1.4 м диаметртэй сэнс бүхий 3 агаарын турбин ба генераторуудаас бүрдэнэ. Хувьсах гүйдлийн 125 кВт чадалтай. Туршилтын явцад долгионы урт ба суурилуулалт (хөлөг онгоц) тэнцүү байх үед хамгийн их хүчийг ажигласан.

Жишээ практик хэрэгжилтЭнэхүү технологийг Их Британийн засгийн газар, Европын сан, аж үйлдвэрийн компаниудаас санхүүжүүлдэг олон сая долларын өртөгтэй Wave Hub төсөл ашиглах боломжтой. Энэ станц нь Хейл хотоос ойролцоогоор 16 километрийн зайд Корнуоллын эргээс холгүй далайд байрлах болно. Уг станц хэдийгээр “жагсаал” гэсэн статустай ч хэдэн мянган айлын хэрэгцээтэй дүйцэхүйц 20 мегаватт хүртэл сүлжээнд нийлүүлэх бөгөөд цаашид хүчин чадлыг нь нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байна.

Уг төлөвлөгөөнд хөгжлийн ер бусын хэв маягийг тусгасан. Английн баруун өмнөд хэсгийн эрх баригчид 1х2 км хэмжээтэй далайн "хувийн" хэсгүүдийг компаниудад түрээслүүлнэ. Тэнд үйлдвэрчид янз бүрийн хэлхээний долгион үүсгэгч цогцолборуудыг суурилуулж, бүгдийг нь кабель ашиглан эрэг рүү холбоно.

Wave Hub нь PowerBuoy долгион үүсгэгчээр тэжээгддэг Америкийн компаниИх Британид салбартай Ocean Power Technologies (OPT). PowerBuoy нь ёроолд бэхлэгдсэн баганын дагуу гулсдаг том (хэдэн метр) хөвөгчийг босоо тэнхлэгт хөдөлгөх замаар ажилладаг. Wave Hub байрладаг хэсэгт далайн гүн 50 метр юм. Хэйлигийн ойролцоо OPT нь тус бүр нь 150 киловаттын хүчин чадалтай ийм генераторуудын флотыг байрлуулахаар төлөвлөж байна.

Wave Hub нь 2011 онд хэрэглэгчдэд зориулж эрчим хүч үйлдвэрлэж эхэлсэн. Үүний зэрэгцээ туршилтын төслийг таван жилийн хугацаатай хэрэгжүүлэхээр төлөвлөж байгаа ч ажлын хугацааг сунгах, хамгийн гол нь генераторын сүлжээг нийт 50 хүчин чадалтай болгохоор тусгасан. мегаватт. Их Британи далайн эрчим хүчний хэрэглээгээрээ дэлхийд тэргүүлэгч болох гэж байна.

Далайн гадаргуу дээр байрлах хөвөгч онгоцууд нь зөвхөн босоо хэлбэлзлийг төдийгүй долгионы профайлын дагуу өнцгийн хөдөлгөөнийг хийж чаддаг. Ийм суурилуулалтын ажлын шингэн нь поршений шахуурга эсвэл атираат "хөөрөг" хэлбэрээр нугасаар хоорондоо холбогдсон хоёр буюу олон хөвөгчөөс бүрдэнэ. Суурилуулалтууд нь салхины долгионы үед далайн гадаргуугийн хэлбэрийг өөрчлөхөд (хөвөгчүүдийн хоорондох өнцгийн байрлалыг өөрчлөх замаар) насос эсвэл "хөөрөг" жолоодоход ашигладаг. Энэ төрлийн хамгийн алдартай суурилуулалт бол 1972 онд санал болгосон Cockerell контур (нугас) сал (Зураг 4) Салын гүйцэтгэлийн шинж чанарыг Зураг дээр үзүүлэв. 5.

Цагаан будаа. 4. Контур (холбогдсон) Cockerell sal

Цагаан будаа. 5. Хоёр холбоостой салны хэлхээний үр ашиг
арын холбоосыг хатуу тогтворжуулах.

Мөн энэ загварыг Саутхэмптоны ойролцоох Солент хотод 1/10 магнитудын хүчээр туршиж үзсэн. Контурын сал нь долгионы фронтод перпендикуляр суурилуулсан бөгөөд түүний профайлыг хянадаг. Салын 1/100 масштабтай загварт хийсэн лабораторийн нарийвчилсан туршилтын үр дүнд түүний үр ашиг 45% орчим байсан байна. Энэ нь Салтерын "нугас" -аас доогуур (үүнийг доор авч үзэх болно), гэхдээ сал нь өөр нэг давуу талтай: загвар нь уламжлалт хөлөг онгоцны үйлдвэрлэлтэй ойр байдаг). Ийм сал үйлдвэрлэхэд шинээр бий болгох шаардлагагүй болно. аж үйлдвэрийн аж ахуйн нэгжүүдхөлөг онгоцны үйлдвэрлэлийн салбарт ажлын байр нэмэгдэнэ.

Хэрэв та зөвхөн долгион дээр дүүжлээд зогсохгүй ирж ​​буй долгионы даралтыг мэдэрдэг хазгай хөвөгч ашиглавал хөвөгч суурилуулалтын үр ашиг нэмэгддэг. Энэ төрлийн алдартай суурилуулалт бол Salter "нугас" юм. Ийм хөрвүүлэгчийн техникийн нэр нь хэлбэлздэг далавч юм. Хөрвүүлэгчийн хэлбэр нь эрчим хүчний хамгийн их олборлолтыг баталгаажуулдаг (Зураг 6.).

Цагаан будаа. 6. “Салтерийн нугас”: a – долгионы энергийг хувиргах диаграмм; b – хувиргагч дизайны сонголт; 1 - хөвөгч тавцан; 2 - хөдөлгүүр, цахилгаан үүсгүүр бүхий цилиндр тулгуур; 3 - тэгш хэмт бус хөвөгч.

Хөвөгч нь хэвтээ тэнхлэг дээр байрладаг цилиндр хэлбэртэй тэгш бус хөвөгч хэлбэртэй, арын хэсэг нь хэлбэртэй байна. дугуй цилиндр. Тэнхлэг нь долгионы фронтын дагуу байрладаг. Хачирхалтай цухуйсан долгионы нөлөөн дор тэнхлэгийнхээ эргэн тойронд өнцгийн чичиргээг гүйцэтгэдэг. Хэвтээ тэнхлэгшугаман ба-аас тогтворжсон байх ёстой эргэлтийн хөдөлгөөнүүд. Энэ зорилгоор Салтер урд талын фазын тогтворжуулалтыг ашиглахыг санал болгов - тэнхлэгийг хангалттай урт болгож, үүн дээр хэд хэдэн камер байрлуулж, янз бүрийн үе шатанд ойртож буй долгионы ирмэгүүд тэнхлэг дээрх хүчийг харилцан нөхөх болно. Энэ төхөөрөмжийн үр нөлөөг олон зохиогчид судалж, С.Салтерийн олж авсан үр дүнг баталгаажуулсан (Зураг 7). Гурав, дөрвөн биеэс бүрдэх систем нь өргөн хүрээний давтамжийн санамсаргүй долгионы бараг бүх энергийг шингээх чадвартай болохыг харуулсан. Системийг хоёр биетээр хязгаарласан ч гэсэн өргөн хүрээний давтамжид санамсаргүй долгионы энергийн 95% -иас илүүг сонгох чадварыг хадгалдаг. Энэ тохиолдолд бие тус бүрийн үр ашиг нь түүний давтамжийн мужид хамгийн их байдаг (Зураг 8.).

Цагаан будаа. 7. Нэг зэрэглэлийн эрх чөлөө бүхий Салтерын "нугас" -ын үр ашиг

Цагаан будаа. 8. Салтерын хоёр нугасны системийн үр ашиг.

Эхлээд Салтер нэлээд нарийн зурвасын давтамжийн төхөөрөмжийн прототипийг бүтээжээ. Долгионы усан санд туссан энергийн 90 хүртэлх хувийг шингээдэг. Далайн нөхцөлд ойрхон нөхцөлд анхны туршилтыг 1977 оны 5-р сард нуур дээр хийсэн. Лох Несс. 20 метрийн "нугас" -ын 50 метрийн зүүлт нийт масс 16 т хөөргөж, 4 сарын турш янз бүрийн долгионы нөхцөл. Мөн оны арванхоёрдугаар сард далай хувиргагчийн ирээдүйн 1/10 хэмжээтэй энэхүү загварыг дахин зах зээлд гаргаж, анхны гүйдлийг гаргажээ. 3 сарын дотор. Өвлийн хамгийн хатуу ширүүн үеүүдийн нэгэнд Английн анхны долгионы цахилгаан станцын загвар 50 орчим хувийн үр ашигтай ажилласан. Салтерын цаашдын хөгжил нь нугасыг нөлөөллийг тэсвэрлэх чадвартай болгоход чиглэгддэг хамгийн их долгионмөн нэлээд уян хатан шугам хэлбэрээр хувиргагчийн зангуу зүүлтийг бий болгоно. Жинхэнэ нугасны шинж чанар нь ойролцоогоор 0.1 байх болно гэж таамаглаж байна уу? , энэ нь 100 метрийн Атлантын долгионы хувьд 10 м-тэй тохирч байгаа бөгөөд Хебридын баруун талд хамгийн хүчтэй долгионтой хэсэгт хэдэн километр урт сүлжмэл утас суурилуулахаар төлөвлөж байна. Бүхэл бүтэн станцын хүчин чадал нь ойролцоогоор 100 МВт байх болно. Салтерын нугасуудын хамгийн ноцтой сул тал нь дараахь зүйлүүд байв.

Удаан хэлбэлзлийн хөдөлгөөнийг генераторын хөтөч рүү шилжүүлэх хэрэгцээ;

Нэлээд гүнд хөвж буй холын зайн төхөөрөмжөөс хүчийг зайлуулах хэрэгцээ;

Системийн долгионы чиглэлд өндөр мэдрэмжтэй байдаг тул хувиргах өндөр үр ашгийг олж авахын тулд тэдгээрийн чиглэлийн өөрчлөлтийг хянах шаардлагатай;

"Нугас" гадаргуугийн хэлбэрийн нарийн төвөгтэй байдлаас шалтгаалан угсрах, суурилуулах явцад гарсан хүндрэлүүд.

Энэхүү төхөөрөмж нь нэлээд үр ашигтай ажилладаг ч ЕХ-ны тайланд ийм технологи ашиглан үйлдвэрлэсэн цахилгааны үнийг бодит үнээс 10 дахин өндөр үнээр буруу тооцоолсны улмаас 80-аад оны дундуур төслийг бараг орхисон. Одоо алдаа нь илэрсэн тул Салтерын төхөөрөмжийг сонирхох нь дахин нэмэгдэж байна.

Шүүж авах хувин (зураг 9.) нь Нугас шиг далайн усны чичиргээг "ашиглах" замаар эрчим хүч гаргаж чаддаг өөр нэг төхөөрөмж юм. Шүүж авах хувин - хөндийн эргэн тойронд суурилуулсан зургаан агаарын дэр бүхий төхөөрөмж дугуй бичлэг. Долгион байгууламжийг цохиход агаар нь өөрөө тохируулагч турбинаар тоноглогдсон хөндий баганаар дамжин зургаан дэрний хооронд "шахагдана". Төхөөрөмжийг эрэг рүү холбосон кабелийн өртөгийг тооцсон ч нэг кВт.ц цахилгааныг 0.06 ам.

1998 оны 7-р сард Японы Далайн Шинжлэх Ухаан Технологийн Төв нь 2000 онд бүрэн хэмжээний туршилт хийсэн дэлхийн хамгийн том далайн жолоодлогын системийн загвар дээр ажиллаж эхэлсэн. Энэхүү хөвөгч төхөөрөмжийг "Хүчит халим" гэж нэрлэдэг байв (Зураг 10.). 50 м урт, 30 м өргөнтэй угсралтад долгион ашигладаг Номхон далайтавцан дээр суурилуулсан гурван агаарын турбиныг (нэг нь 50 кВт + 10 кВт, тус бүр нь 30 кВт-ын хоёр) жолоодох.

Прототипийг Гокашо булангийн гарцаас ойролцоогоор 1.5 км-ийн зайд бэхэлгээний талбай руу чирч авсны дараа түүнийг зургаан кабелиар (ойролцоогоор 40 м-ийн гүнд) бэхэлсэн; далай руу чиглэсэн дөрвөн кабель, хоёр талдаа. Кабелийн бат бөх байдал нь хар салхинд тэсвэртэй байхаар хийгдсэн бөгөөд угсралт нь өөрөө 8 метрийн долгионыг тэсвэрлэх чадвартай. Хүчит халим нь агаарын турбиныг жолоодохын тулд усны савлуурыг ашиглан долгионы энергийг цахилгаан болгон хувиргадаг. Оролтын хэсэгт байрлах агаарын камерт орж, гарч буй долгион нь тасалгаан дахь усны түвшин нэмэгдэж, буурахад хүргэдэг. Усанд өртөх үед агаар дээд хэсэгт байрлах хошуугаар дамжин тасалгаанууд руу орж эсвэл гардаг. Үүний үр дүнд өндөр хурдтай агаарын урсгал нь генераторуудыг хөдөлгөдөг агаарын турбинуудыг эргүүлдэг. Хүчит халимыг эргээс алсаас удирдах боломжтой. Үзүүлэн төсөлд үйлдвэрлэсэн цахилгаан

үндсэндээ самбар дээрх төхөөрөмжийг ажиллуулахад ашигладаг; батерейнд илүүдэл хуримтлагддаг. Аюулгүйн хавхлага нь турбины хурд тодорхой хэмжээнээс хэтэрсэн тохиолдолд агаарын урсгалыг хааж, шуургатай үед агаарын турбиныг гэмтээхээс хамгаалдаг. Хүчит халимыг өөрөө цаг уурын станц, жижиг хөлөг онгоцны түр бэхэлгээ эсвэл загас агнуурын тавцан болгон ашиглаж болно.

Гүн долгионы энергийг ашиглах анхны төсөл бол Европын төсөл юм судалгааны төв далайн эрчим хүч(Европын тэнгисийн эрчим хүчний төв). Зохиогч нь Эдинбургт төвтэй Aquamarine Power компани юм.

"Хясаа" гэж нэрлэгддэг долгионы цахилгаан үүсгүүр нь дэлхийн хамгийн том төхөөрөмж бөгөөд өндөр нь олон давхар байшинтай адил юм. 2009 онд уг төхөөрөмжийг далайн ёроолд суурилуулж, хэрэглэгчдийн цахилгаан сүлжээнд холбосон - энэ нь хэдэн зуун байшинг тэжээдэг.

Oyster (Зураг 11 – 13) нь анхны долгионы цахилгаан станц юм. Энэ нь дээр байрлуулсан эргийн шугам, далайн эргийн захаас хэдэн зуун метрийн зайд, дунд зэргийн гүнд хэдхэн метр буюу хэдэн арван метр. Хүчирхэг хөшүүрэг дээр ёроолд бэхлэгдсэн асар том хөвөгч онгоцууд дээгүүр нь өнгөрөх долгионы нөлөөн дор найгах ёстой.

Бүхэл бүтэн цахилгаан хэсэг нь эрэг дээр үлддэг - ингэснээр энэ нь илүү урт хугацаанд ажиллах бөгөөд засвар үйлчилгээ, засвар үйлчилгээ хийхэд харьцангуй хялбар байх болно. Доод талд нь зөвхөн супер хөвөгч ба түүгээр хөдөлдөг хоёр талт хөвөгч үлдэх болно. поршений насос. Сүүлийнх нь жолооддог далайн усэрэг рүү, тэр усан цахилгаан үүсгүүрийн роторыг эргүүлдэг. Ийм машины нэг хуулбар нь суурилуулах байршил болон бусад олон нарийн ширийн зүйлээс хамаарч 300-600 киловатт үйлдвэрлэдэг. Насос бүхий хэд хэдэн хөвөгч нь эрэг дээрх нэг том гидравлик турбиныг тэжээхийн тулд хамтран ажиллах боломжтой бөгөөд энэ нь цогцолборын зардлыг бууруулах болно.

13-р зураг. "Хясаан" станцын схем.

Хөдөлгөөн, дуу чимээний ертөнцөд амьдардаг тул долгион биднийг хаа сайгүй хүрээлж байдаг. Байгаль гэж юу вэ долгионы үйл явц, долгионы үйл явцын онолын мөн чанар юу вэ? Үүнийг туршилтын жишээн дээр авч үзье.

Физик дэх долгионы тухай ойлголт

Олон үйл явцын нийтлэг ойлголт бол дуу чимээ байдаг. Тодорхойлолтоор дуу чимээ нь бидний сонсголын эрхтнүүдийн хүлээн авдаг агаар эсвэл бусад орчинд бий болсон хурдан чичиргээний хөдөлгөөний үр дүн юм. Энэхүү тодорхойлолтыг мэдсэнээр бид "долгионы үйл явц" гэсэн ойлголтыг авч үзэх боломжтой. Энэ үзэгдлийг тодорхой шалгах боломжийг бидэнд олгодог хэд хэдэн туршилтууд байдаг.

Физикт судлагдсан долгионы процессыг ашиглах үед радио долгион, дууны долгион, шахалтын долгион хэлбэрээр ажиглаж болно. дууны утас. Тэд агаараар тархдаг.

Учир нь харааны тодорхойлолтҮзэл баримтлал нь чулууг шалбааг руу шидэж, үр нөлөөний тархалтыг тодорхойлдог. Энэ нь шингэний өсөлт, уналтын улмаас үүсдэг жишээ юм.

Акустик

"Акустик" хэмээх бүхэл бүтэн хэсэг нь физик дэх дууны шинж чанарыг судлахад зориулагдсан болно. Энэ нь ямар шинж чанартай болохыг олж мэдье. Бүх зүйл тодорхой болоогүй байгаа үзэгдэл, үйл явц, шийдлээ хүлээж байгаа асуудлууд дээр анхаарлаа хандуулцгаая.

Физикийн бусад салбаруудын нэгэн адил акустик нь олон зүйлтэй хэвээр байна тайлагдаагүй нууцууд. Тэд хараахан нээгдээгүй байна. Акустик дахь долгионы үйл явцыг авч үзье.

Дуу

Энэ үзэл баримтлал нь орчны тоосонцор үүсгэсэн оршихуйтай холбоотой юм. Дуу нь долгион үүсэхтэй холбоотой олон тооны хэлбэлзлийн процесс юм. Шахах, ховордох орчинд үүсэх явцад долгионы процесс үүсдэг.

Долгионы уртын үзүүлэлтүүд нь хэлбэлзлийн процесс явагдах орчны шинж чанараас хамаарна. Байгальд тохиолддог бараг бүх үзэгдэл нь дууны чичиргээ, дууны долгионтой холбоотой байдаг.

Байгаль дахь долгионы процессыг тодорхойлох жишээ

Эдгээр хөдөлгөөнүүд нь долгионы үйл явцын үзэгдлийн талаар мэдээлэх боломжтой. Өндөр давтамжийн дууны долгион нь жишээлбэл, галт уул дэлбэрсэн тохиолдолд хэдэн мянган км замыг туулж чадна.

Газар хөдлөлтийн үед хүчтэй акустик болон геоакустик чичиргээ үүсдэг бөгөөд үүнийг тусгай дуу хүлээн авагчаар бичиж болно.

Усан доорх газар хөдлөлтийн үеэр сонирхолтой ба аймшигтай үзэгдэл- цунами, энэ нь асар том давалгаа, элементүүдийн газар доорх эсвэл усан доорх хүчтэй илрэлүүдийн үед үүссэн.

Акустикийн ачаар цунами ойртож байгаа тухай мэдээлэл авах боломжтой. Эдгээр үзэгдлүүдийн ихэнх нь удаан хугацааны туршид мэдэгдэж байсан. Гэсэн хэдий ч физикийн зарим ойлголтыг сайтар судлах шаардлагатай хэвээр байна. Тиймээс одоог хүртэл тайлагдаагүй нууцуудыг судлахын тулд дууны долгион аврах ажилд ирдэг.

Тектоник онол

18-р зуунд "гамшгийн таамаглал" гарч ирэв. Тэр үед "элемент", "дэг журам" гэсэн ойлголтууд хоорондоо холбоогүй байсан. Дараа нь тэд дэлхийн далай тэнгисийн ёроолын нас хуурай газраас хамаагүй залуу бөгөөд энэ гадаргуу байнга шинэчлэгдэж байгааг олж мэдэв.

Яг энэ үед дэлхийг шинээр харсны ачаар дэлхийн манти хөдөлж, огторгуй хөвдөг гэсэн галзуу таамаглал “Литосферийн хавтангийн тектоник” онол болон хувирав. Энэ үйл явц нь мөнхийн мөсний шилжилт хөдөлгөөнтэй төстэй юм.

Тайлбарласан үйл явцыг ойлгохын тулд хэвшмэл ойлголтоос ангижрах нь чухал юм ердийн үзэл бодол, бусад төрлийн оршихуйг ухамсарлах.

Шинжлэх ухааны цаашдын дэвшил

Дэлхий дээрх геологийн амьдрал өөрийн гэсэн цаг хугацаа, материйн төлөв байдалтай байдаг. Шинжлэх ухаан ижил төстэй байдлыг дахин бүтээж чадсан. Далайн ёроолд тасралтгүй хөдөлгөөн явагдаж, энэ үед газрын гүнээс шинэ бодис гадаргуу дээр гарч, аажмаар хөрөх үед хагарал үүсч, хагарлын нуруу үүсдэг.

Энэ үед гадаргуу дээр байх үед газар дээр процесс явагддаг дэлхийн мантилитосферийн хөвөгч асар том ялтсууд - тив, далайн ёроолыг авч явдаг дэлхийн дээд чулуун бүрхүүл.

Ийм хавтан арав орчим байдаг. Нөмрөг нь тайван бус байна, тиймээс литосферийн ялтсуудхөдөлж эхлэх. IN лабораторийн нөхцөлүйл явц нь гоёмсог туршлага юм шиг харагдаж байна.

Байгалийн хувьд энэ нь геологийн сүйрэл - газар хөдлөлтөөр заналхийлж байна. Үүний шалтгаан нь дэлхийн гүнд тохиолддог конвекцийн процессууд юм. Бууралтын үр дүн нь цунами болно.

Япон

Газар хөдлөлтийн хувьд аюултай бусад бүс нутгуудын дунд Япон улс онцгой байр эзэлдэг бөгөөд энэ арлуудыг "галын бүс" гэж нэрлэдэг.

Дэлхийн гадаргын амьсгалыг анхааралтай ажигласнаар удахгүй болох сүйрлийг урьдчилан таамаглах боломжтой. Тербеллийн процессыг судлахын тулд дэлхийн зузаанд хэт гүн өрөмдлөгийн төхөөрөмжийг нэвтрүүлсэн. Энэ нь 12 км-ийн гүнд нэвтэрч, эрдэмтэд дэлхийн дотор тодорхой чулуулаг байгаа эсэх талаар дүгнэлт гаргах боломжийг олгосон.

Цахилгаан соронзон долгионы хурдыг 9-р ангийн физикийн хичээлээр судалдаг. Тэд дээр байрлах туухайтай туршилтыг харуулж байна тэнцүү зайбие биенээсээ. Тэдгээр нь ердийн төрлийн ижил булгаар холбогддог.

Хэрэв та эхний жинг баруун тийш тодорхой зайд шилжүүлбэл хоёр дахь нь хэсэг хугацаанд ижил байрлалд байх боловч хавар аль хэдийн шахаж эхэлдэг.

"долгион"-ын тодорхойлолт

Ийм процесс явагдсанаас хойш хоёр дахь жинг түлхэх уян хатан хүч бий болсон. Энэ нь хурдатгал авах болно, хэсэг хугацааны дараа тэр хурдаа авч, энэ чиглэлд хөдөлж, хоёр ба гурав дахь жингийн хооронд хавар шахах болно. Хариуд нь гурав дахь нь хурдатгалыг хүлээн авч, хурдасч, шилжиж, дөрөв дэх хавар нөлөөлөх болно. Тиймээс процесс нь системийн бүх элементүүд дээр явагдах болно.

Энэ тохиолдолд хоёр дахь ачааллын нүүлгэн шилжүүлэлт нь эхнийхээс хожимдох болно. Үр нөлөө нь үргэлж шалтгаанаас хоцордог.

Мөн хоёр дахь ачааны шилжилт нь гурав дахь ачааллын шилжилтийг дагуулна. Энэ үйл явцбаруун тийш тархах хандлагатай.

Хэрэв эхний ачаалал хэлбэлзэж эхэлбэл гармоник хууль, дараа нь энэ үйл явц нь хоёр дахь жинд тархах боловч удаашралтай хариу үйлдэл үзүүлэх болно. Тиймээс, хэрэв та эхний жингийн хэлбэлзлийг хийвэл цаг хугацааны явцад орон зайд тархах хэлбэлзлийг авч болно. Энэ бол долгионы тодорхойлолт юм.

Долгионуудын төрлүүд

Атомуудаас бүрдэх бодисыг төсөөлөөд үз дээ, тэдгээр нь:

• масстай байх - туршилтанд санал болгосон жинтэй адил;
• үүсгэхийн тулд бие биетэйгээ холбогдоно хатуу by химийн холбоо(хүршигтэй туршилтанд авч үзсэн).

Үүнээс үзэхэд матери бол туршлагаас авсан загвартай төстэй систем юм. Энэ нь тархаж болно Энэ үйл явц нь уян хатан хүч үүсэхтэй холбоотой. Ийм долгионыг ихэвчлэн "уян" гэж нэрлэдэг.

Хоёр төрлийн уян долгион байдаг. Тэдгээрийг тодорхойлохын тулд та урт булаг авч, нэг талдаа бэхлээд баруун тийш сунгаж болно. Тэгэхээр долгионы тархалтын чиглэл нь булгийн дагуу байгааг харж болно. Дунд зэргийн хэсгүүд ижил чиглэлд шилждэг.

Ийм долгионы үед бөөмсийн чичиргээний чиглэлийн шинж чанар нь долгионы тархалтын чиглэлтэй давхцдаг. Энэ үзэл баримтлал"уртааш долгион" гэж нэрлэдэг.

Хэрэв та рашааныг сунгаж, амраах хугацаа өгөөд босоо чиглэлд гэнэт байрлалаа өөрчлөх юм бол долгион нь рашаан дагуу тархаж, олон удаа тусч байгааг харах болно.

Харин бөөмийн хэлбэлзлийн чиглэл одоо босоо, долгионы тархалт хэвтээ байна. Энэ хөндлөн долгион. Энэ нь зөвхөн хатуу биед байж болно.

Цахилгаан соронзон долгионы хурд янз бүрийн төрөлялгаатай. Газар хөдлөлт судлаачид газар хөдлөлтийн эх үүсвэр хүртэлх зайг тодорхойлохын тулд энэ шинж чанарыг амжилттай ашигладаг.

Долгион тархах үед бөөмс даган эсвэл хөндлөн хэлбэлздэг боловч энэ нь материйн шилжилтийг дагалддаггүй, харин зөвхөн хөдөлгөөнөөр явагддаг. Энэ тухай 9-р ангийн Физикийн сурах бичигт заасан байдаг.

Долгионы тэгшитгэлийн шинж чанарууд

Долгионы тэгшитгэл физикийн шинжлэх ухаан- шугаман гипербол дифференциал тэгшитгэлийн төрөл. Үүнийг мөн тооцоололд ашигладаг онолын нэг тэгшитгэлд хамрагдсан бусад хэсгүүдэд ашигладаг. математик физик. Ялангуяа тэд дүрсэлсэн байдаг таталцлын долгион. Процессыг тодорхойлоход ашигладаг:

• акустикт, дүрмээр, шугаман төрөл;
• электродинамик дахь.

Нэг төрлийн долгионы тэгшитгэлийн олон хэмжээст тохиолдлын тооцоонд долгионы процессыг харуулав.

Долгион ба хэлбэлзлийн ялгаа

Гайхамшигтай нээлтүүд нь ердийн нэг үзэгдлийн талаар бодоход бий болдог. Галилео өөрийн зүрхний цохилтыг цаг хугацааны хэмжүүр болгон ашигласан. Ийнхүү механикийн үндсэн зарчмуудын нэг болох савлуурын хэлбэлзлийн үйл явцын тогтвортой байдлыг олж илрүүлэв. Энэ нь зөвхөн зориулагдсан юм математикийн дүүжин- хамгийн тохиромжтой хэлбэлзлийн систем нь дараахь шинж чанартай байдаг.

Системийг тэнцвэрт байдлаас гаргахын тулд хэлбэлзэл үүсэх нөхцөл шаардлагатай. Энэ тохиолдолд тодорхой энергийг дамжуулдаг. Төрөл бүрийн хэлбэлзлийн системүүдшаардлагатай янз бүрийн төрөлэрчим хүч.

Хэлбэлзэл гэдэг нь тодорхой хугацааны туршид системийн хөдөлгөөн эсвэл төлөвийн тогтмол давтагдах үйл явц юм. Харааны үзүүлбэр хэлбэлзлийн процессдүүжин дүүжингийн жишээ юм.

Бараг бүх зүйлд хэлбэлзлийн болон долгионы процесс ажиглагддаг байгалийн үзэгдлүүд.

Долгион нь орон зайд тархаж, орчны төлөв байдлыг алдагдуулах, өөрчлөх үүрэгтэй энерги зөөвөрлөхбодисыг шилжүүлэх шаардлагагүй. Энэ өвөрмөц өмчдолгионы үйл явц, тэдгээрийг физикт удаан хугацаанд судалж ирсэн. Судалгаа хийхдээ долгионы уртыг тусгаарлаж болно.

Дууны долгион нь бүх бөмбөрцөгт байж болно, тэд зөвхөн вакуумд байдаггүй. Онцгой шинж чанаруудцахилгаан соронзон долгионыг эзэмшдэг. Тэд хаа сайгүй, бүр вакуум орчинд ч байж болно.

Долгионы энерги нь түүний далайцаас хамаарна. Эх үүсвэрээс тархдаг дугуй долгион нь орон зайд энергийг тараадаг тул түүний далайц хурдан буурдаг.

Шугаман долгион нь сонирхолтой шинж чанартай байдаг. Түүний энерги нь орон зайд тархдаггүй тул ийм долгионы далайц нь зөвхөн үрэлтийн хүчнээс болж буурдаг.

Долгионы тархалтын чиглэлийг туяагаар дүрсэлсэн байдаг - долгионы фронтод перпендикуляр шугамууд.

Ослын туяа ба нормал хоёрын хоорондох өнцөг нь хэвийн ба ойсон цацрагийн хоорондох өнцөг юм. Эдгээр өнцгийн тэгш байдал нь долгионы фронттой харьцуулахад саадын аль ч байрлалд хадгалагдана.

Нэг чиглэлд хөдөлж буй долгионууд уулзах үед эсрэг чиглэлүүд, байнгын долгион үүсч болно.

Үр дүн

Байнгын долгионы зэргэлдээх зангилааны хоорондох орчны хэсгүүд ижил фазаар хэлбэлздэг. Эдгээр нь долгионы үйл явцын үзүүлэлтүүд юм долгионы тэгшитгэл. Долгионууд уулзах үед тэдгээрийн далайц нэмэгдэж, буурч байгааг ажиглаж болно.

Долгионы үйл явцын үндсэн шинж чанарыг мэдэхийн тулд тухайн цэг дээр үүссэн долгионы далайцыг тодорхойлох боломжтой. Энэ үед эхний болон хоёр дахь эх үүсвэрийн долгион ямар үе шатанд ирэхийг тогтооцгооё. Түүнээс гадна үе шатууд нь эсрэгээрээ байдаг.

Хэрэв цус харвалтын ялгаа байвал сондгой тоохагас долгион, энэ үед үүссэн долгионы далайц хамгийн бага байх болно. Замын зөрүү нь тэг буюу бүхэл тооны долгионы урттай байвал уулзах цэг дээр үүссэн долгионы далайцын өсөлт ажиглагдах болно. Энэ нь хоёр эх үүсвэрээс долгион нэмэгдэх явдал юм.

Цахилгаан соронзон долгионы давтамж нь тогтмол байдаг орчин үеийн технологи. Хүлээн авагч төхөөрөмж сул цахилгаан соронзон долгионыг илрүүлэх ёстой. Хэрэв та цацруулагч суурилуулах юм бол илүү их долгионы энерги хүлээн авагч руу орох болно. Цацруулагч системийг суурилуулсан бөгөөд ингэснээр хүлээн авагч төхөөрөмж дээр хамгийн их дохио үүсгэдэг.

Долгионы үйл явцын шинж чанарууд нь үндэс суурь болдог орчин үеийн санаануудгэрлийн мөн чанар, материйн бүтцийн тухай. Тиймээс 9-р ангийн физикийн сурах бичгийг ашиглан тэдгээрийг судлахдаа та механикийн чиглэлээр асуудлыг амжилттай шийдэж сурах боломжтой.