Большая Советская Энциклопедия (ВО)

В. и лучи. Линия, направление которой в каждой точке совпадает с направлением потока энергии в В., называется лучом (рис. 9 , б). В изотропной среде это направление совпадает с направлением нормали к фронту В. Плоской В. соответствует параллельный пучок прямолинейных лучей, сферической В. — радиально расходящийся пучок и т.д. При некоторых условиях сложный расчёт распространения В. можно заменить более простым расчётом формы лучей. Этим пользуются в геометрической акустике и геометрической оптике . Такой упрощённый подход применим, когда длина В. достаточно мала по сравнению с некоторыми характерными размерами, например размерами препятствий, лежащих на пути распространения В., поперечными размерами фронта В., расстояний до точки, в которой сходятся В., и т.п.

Излучение и распространение В. Для излучения В. необходимо произвести в среде некоторое возмущение за счёт внешнего источника энергии. Работа, совершаемая этим источником, за вычетом некоторых потерь превращается в энергию излучаемых В. Так, например, мембрана телефона или диафрагма громкоговорителя, получая энергию от электроакустического преобразователя , излучает звуковые В. Излучение В. производится всегда источниками ограниченных размеров, в результате чего возникает «расходящаяся» В. Только на достаточно большом расстоянии от источника эту В. можно принять за плоскую.

Несмотря на разную природу В., закономерности, которыми определяется их распространение, имеют между собой много общего. Так, упругие В. в однородных жидкостях (газах) или электромагнитные В. в свободном пространстве (а в некоторых случаях и в пространстве, заполненном однородным изотропным диэлектриком), возникающие в какой-нибудь малой области («точке») и распространяющиеся без поглощения в окружающем пространстве, подчиняются одному и тому же волновому уравнению .

Особого вида излучение В. имеет место при движении в среде тел со скоростями, большими, чем фазовые скорости В. в этой среде. Электрон, движущийся в какой-либо среде со скоростью, большей, чем фазовая скорость электромагнитных В., в этой среде излучает В. (Черенкова — Вавилова излучение ), при движении же со скоростью, меньшей фазовой скорости света в среде, это движение сопровождается лишь простым перемещением электрического и магнитного полей без перехода энергии движения в энергию излучения. Аналогично этому самолёт, движущийся со скоростью, большей скорости звука, излучает звуковую В. особого вида — ударную волну , и теряет на это определённую часть энергии. Излучением В. такого же происхождения, распространяющихся по поверхности воды, объясняется появление волнового сопротивления при движении корабля.

Другие виды В. Известны также: а) температурные В., распространяющиеся в окрестности переменного во времени источника тепла; б) вязкие В. — поперечные (быстро затухающие) В. в вязкой жидкости; в) волны де Бройля , которыми в квантовой механике описывается поведение микрочастиц; г) гравитационные волны , излучаемые движущимися с ускорением массами.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах М., 1957.

Л. М. Бреховских.

Рис. 7. а — дифракция света от края экрана; виден сложный переход от света к тени; б — кривая, характеризующая освещенность пространства между светом и тенью; край экрана в точке О.

Рис. 2. а — одиночная волна; б — цуг волн; в — бесконечная синусоидальная волна.

Рис. 11. Искажение формы синусоидальной волны большой интенсивности. На некотором расстоянии синусоидальная волна а превращается в пилообразную г (б и в — промежуточные стадии). Направление распространения волны справа налево.

Рис. 6. Дифракционная картина при падении света: а — на круглый экран; б — на круглое отверстие.

Рис. 10. Схема образования боковой волны.

Рис. 5. Образование тени при падении волны: а — на непрозрачное тело; б — на отверстие в непрозрачном экране (d — paзмер тела или отверстия).

Рис. 9. а — схема отражения и преломления плоской волны l₁ — длина падающей и отраженной волны, l₂ — длина преломленной волны); б — стрелки, изображающие лучи, соответствующие падающей отраженной и преломленной волнам.

Рис. 1. а — продольная волна; б — поперечная волна.

Рис. 4. Стоячая волна, возникшая в результате интерференции падающей и отраженной от препятствия АА волны; в точке а — узел колебания, в точках b — пучности.

Рис. 8. а — линейно-поляризованная волна; б — волна, поляризованная по кругу (Е — вектор, изображающий распространяющееся возмущение).

Рис. 3. Интерференция волн на поверхности воды, возбуждаемых в двух различных точках.

Волны в атмосфере

Во'лны в атмосфе'ре, процесс распространения периодических или почти периодических движений, налагающихся на общий перенос воздуха. Кроме упругих продольных звуковых и взрывных волн, в атмосфере существует несколько типов атмосферных волн, различных по происхождению и характеру со значительно бо'льшими длинами волн, о периодичности этих волн можно говорить лишь приближённо. К таким волнам относятся волны, развивающиеся на границе двух воздушных слоёв, движущихся с разными скоростями и имеющими различные плотности и температуры. При этом в гребнях волн, где имеет место восходящее движение воздуха, происходит охлаждение воздуха, содержащийся в нём водяной пар конденсируется, и образуются облака. В долинах волн, где возникают нисходящие течения, воздух нагревается и удаляется от состояния насыщения, и небо между гребнями остается чистым, в результате появляются гряды волнистых облаков. Аналогичный процесс происходит в так называемых горных волнах, возникающих при обтекании гор, возвышенностей и т.п. (см. рис. ). Колебательные движения продолжаются довольно долго после того, как данный объём воздуха миновал горное препятствие. Волны этого типа — короткие волны — широко распространены. Они влияют на полёт летательных аппаратов, часто порождая, например, болтанку самолётов. Амплитуда и длина волн этого типа тем больше, чем больше разность скоростей движущихся масс и чем меньше разность плотностей и температур. Длина волн — от сотен м до десятков км , а амплитуда до 1—2 км . Скорости восходящих движений, например, в гребнях горных волн могут достигать нескольких м/сек , этой их особенностью пользуются планеристы.

Кроме коротких В. в а. (когда частицы колеблются в вертикальной плоскости), в атмосфере существуют волны крупного масштаба с длинами в сотни и тысячи км ; колебания в этом случае происходят преимущественно в горизонтальном направлении. Во-первых, это циклонические волны, возникающие на фронтах атмосферных , т. е. на границах между воздушными массами с разной температурой. При потере устойчивости эти волны приводят к образованию циклонов . Существуют также так называемые длинные волны: господствующий в средних широтах земной атмосферы западный поток является волнообразным; длина этих волн порядка нескольких тысяч км , так что по окружности земного шара обычно укладывается несколько (3—6) длинных волн. Одна из причин их возникновения — различие в температурных условиях континентов и океанов. Циклонические и длинные В. в а. определяют режим погоды над большими территориями; их изучение играет первостепенную роль для прогноза погоды.

Существуют и другие типы В. в а.: волны тропопаузы — изменения высоты тропопаузы при перемещении в атмосфере циклонов и антициклонов; приливные волны, обусловленные притяжением Луны и Солнца (см. Приливы и отливы ); сейсмические волны, связанные с землетрясениями, а также с падением метеоритов.

Н. П. Шакина.

Рисунок к ст. Волны в атмосфере.