Классификация и краткая характеристика витаминов 56 страница

Оказывается, что скорость В. п. (точнее его центра) совпадает с механнч. скоростью частицы. Отсюда можно сделать вывод, что В. п. описывает свободно движущуюся частицу, возможная локализация к-pou в каждый данный момент времени ограничена нек-рой небольшой областью координат (т. е. В. п. является волновой функцией такой частицы).

С течением времени В. п. становится шире, расплывается (см. рис.). Это является следствием того, что составляющие пакет монохроматич. волны с разными частотами даже в пустоте распространяются с различными скоростями: одни волны движутся быстрее, другие - медленнее, и В. п. деформируется. Такое расплывание В. п. соответствует тому, что область возможной локализации частицы увеличивается.

[ris]
Расплывание волнового пакета с течением временив. В начальный момент времени частица описывается волновым пакетом tjj_n, в момент t - волновым пакетом 4> t; I 'J'o I² и 1 4't I* определяют вероятности обнаружить частицу в нек-рой точке х; v - скорость центра пакета, совпадающая с механической скоростью частицы. Площади, ограниченные кривыми и осью абсцисс, одинаковы и дают полную вероятность обнаружения частицы в пространстве в данный момент времени.

Если частица не свободна, а находится вблизи нек-poro центра притяжения, напр, электрон в кулоновском поле протона в атоме водорода, то такой связанной частице будут соответствовать стоячие волны, сохраняющие стабильность. Форма В. п. при этом остаётся неизменной, что отвечает стационарному состоянию системы. В случае, когда система под влиянием внешних воздействий (напр., когда на атом налетает частица) скачком переходит в новое состояние, В. п. мгновенно перестраивается в соответствии с этим переходом; это наз. редукцией В. п. Такая редукция приводила бы к противоречиям с требованиями относительности теории, если бы волны де Бройля представляли собой обычные материальные волны, напр, типа электромагнитных. Действительно, в этом случае редукция В. п. означала бы существование сверхсветовых (мгновенных) сигналов. Вероятностное истолкование волн де Бройля снимает это затруднение (см. также Квантовая механика).

В. И. Григорьев.

ВОЛНОВЫЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ KOPЫ, волнообразно-колебательные движения земной коры, сопряжённые длительные поднятия и опускания смежных участков земной поверхности. На платформах ширина зон поднятий и опусканий составляет 500-600 км, в геосинклинальных и орогенных поясах - 30-50 км; соответственно изменяется в 7-10 раз и скорость движений, колеблющаяся в общем от сотых долей до десятков, редко сотен, мм в год. Области восходящих движений превращаются в конечном счёте в крупные положительные структуры (антеклизы на платформах, геоантиклинали - в геосинклиналях), области нисходящих движений - в отрицательные (соответственно синеклизы и интрагеосинклинали). В ходе геологич. истории поднятия одного участка земной поверхности могут смениться опусканиями и наоборот.

Лит.: X а и н В. Е., Общая геотектоника, М., 1964.

ВОЛНОГРАФ, прибор для записи профиля ветровых волн и зыби в целях последующего определения их параметров (высоты, периода) в океанах, морях и водохранилищах. Имеются В. береговые и судовыс. Они состоят из приёмника, помещённого на фиксированной глубине в толще воды или на дне водоёма, и регистратора, устанавливаемого на берегу или на судне. Основные принципы действия В.: регистрация изменений гидростатич. давления, вызванных прохождением волн; регистрация колебаний свободно плавающего на поверхности водоёма поплавка; регистрация времени прохождения ультразвуковых сигналов от излучателя к приёмнику после их отражения взволнованной поверхностью водоёма; регистрация изменений омич. сопротивления электроконтактного или проволочного датчика при прохождении через них волн. В нек-рых конструкциях В. отдельные принципы действия сочетаются. В СССР наиболее распространены В. ГМ-16, 1М-32, а также проволочные В.

Лит.: С н е ж и н с к и и В. А., Практическая океанография, Л., 1951; Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях, сост. Л. С. Боришанский, Л., 1967.

С. С. Войт.

ВОЛНОЛОМ, брекватер, гидротехнич. сооружение для защиты от волнения (ветровых волн) акватории порта, рейдовых причалов, подходов к каналам и шлюзам, береговых участков моря, озера, водохранилища и т. д. Энергия задерживаемых волн гасится на В. или отражается от него.

По конструктивным признакам и характеру работы сооружения различают В. оградительные, окружённые водным пространством, - сплошные (вертикального или откосного профиля), сквозные, плавучие, пневматич., гидравлич. (рис.) и берегозащитные, расположенные непосредственно у берега. В. сплошные вертикального профиля могут быть гравитац. типа и свайной конструкции. В. сплошные откосного профиля возводят в виде песчаных дамб с защитным покрытием откосов или наброски из камня и бетонных массивов. Сквозные В. имеют не доходящие до дна волнозащитные экраны, опирающиеся на отд. опоры мостового типа. Плавучие В.- заякоренные понтоны или др. плавучие устройства, гасящие часть волновой энергии. Пневматические В. используют для гашения энергии волн струи сжатого воздуха, выходящего из отверстий уложенного по дну трубопровода. Гидравлические В. осуществляют гашение волнения встречным поверхностным потоком, который создаётся струями воды, выбрасываемыми из сопел подводящих трубопроводов. Берегозащитные В. относятся к активным средствам защиты берегов. В сочетании с бунами они способствуют расширению и закреплению полосы береговых пляжей, на которых гасится энергия волн; сооружаются преимущественно из камня или бетонных массивов (см.также Берегоукрепителъ ные сооружения, Оградительные сооружения).

Оградительные волноломы (поперечные профили): а - гравитационная стенка вертикального профиля; б - волнолом откосного профиля; в - вертикальная стенка свайной конструкции; г - вертикальная стенка из цилиндрических оболочек; д - сквозной волнолом; е - плавучий волнолом; ж - пневматический волнолом; / - постель из каменной наброски; 2 - надстройка; 3 - кладка пз массивов или железобетонная оболочка-понтон, заполненная камнем; 4 - каменная наброска; 5 -наброска массивов; 6 - свайные пли шпунтовые ряды; 7 - каменная засыпка; 8 - железобетонная оболочка; 9 - экран из железобетонных балок; 10 - опоры; 11 - понтон или плавучее устройство с решётчатым волногасителем; 12 - якорные цепи; 13 - якоря; 14 - опоры воздуховода; 15 - воздуховод; 16 - водо-воздушный факел, увлекающий присоединённую массу воды.

Лит.: Порты и портовые сооружения, М., 1964. Л. Г. Сидорова.

ВОЛНОМЕР, прибор для измерения длины волны или частоты электромагнитных колебаний в диапазоне радиочастот. В. фактически являются частотомерами, но за ними сохраняется исторически сложившееся название В.

Принцип действия подавляющего большинства В. основан либо на явлении резонанса, когда система В. оказывается настроенной на частоту внешнего воздействия, либо на непосредственном сравнении частоты измеряемых колебании с частотой калиброванного генератора, либо на отсчёте числа периодов измеряемых колебаний.

ВОЛНОМЕР морской, прибор для определения высоты, длины и периода волн морских, а также скорости и направления их распространения. Наиболее употребителен оптич. В., к-рый представляет собой зрительную трубу со спец. приспособлениями для измерений.

ВОЛНОПРОДУКТОР, устройство для образования волн в опытовом бассейне при испытаниях моделей судов (см. Бассейн опытовый). В. позволяет создавать серии волн заданной длины и крутизны, идущих вдоль направления движения модели или под разными углами к нему, а также имитировать нерегулярное волнение.

ВОЛНУХИН Сергей Михайлович [8(20). 11.1859, Москва, -И.4.1921, Геленджик], русский скульптор. Учился в Моск. уч-ще живописи, ваяния и зодчества (1873-86) у С. И. Иванова. Академик петербургской АХ (1910). Был близок к передвижникам. Автор портретов П. М. Третьякова (бронза, 1899), А. М. Корина (гипс, 1902; оба - в Третьяковской гал.), памятника первопечатнику Ивану Фёдорову в Москве (бронза, открыт в 1909). В 1918 участвовал в осуществлении плана монументальной пропаганды. В 1895- 1918 преподавал в Моск. уч-ще живописи, ваяния и зодчества. Ученики: Н. А. Андреев, А. С. Голубкина, С. Т. Конёнков и др.

Лит.: История русского искусства, т. 10, кн. 2, М., 1969, с. 279 - 82.

ВОЛНУШКА (Lactarius torminosus), шляпочный гриб рода млечников. Шляпка 5-12 см в диаметре, у молодых В. плоская, затем воронковидная, розоватая, с красноватыми концентрическими зонами и волокнистым краем. Мякоть в свежем виде едкая на вкус. В. растёт обычно осенью в берёзовых и смешанных (с берёзой) лесах. Используется в пищу в засоленном виде после предварит, вымачивания или отваривания.

ВОЛНЫ, изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Напр., удар по концу стального стержня вызывает на этом конце местное сжатие, к-рое распространяется затем вдоль стержня со скоростью ок. 5 км/сек; это - упругая В. Упругие В. существуют в твёрдых телах, жидкостях и газах. Звуковые В. (см. З вук) и сейсмические волны в земной коре являются частными случаями упругих В. К электромагнитным волнам относятся радиоволны, свет, рентгеновские лучи и др. Основное свойство всех В., независимо от их природы, состоит в том, что в виде В. осуществляется перенос энергии без переноса вещества (последний может иметь место лишь как побочное явление). Напр., после прохождения по поверхности жидкости В., возникшей от брошенного в воду камня, частицы жидкости останутся приблизительно в том же положении, что и до прохождения В.

Волновые процессы встречаются почти во всех областях физич. явлений; изучение В. важно и для физики и для.техники.

В. могут различаться по тому, как возмущения ориентированы относительно направления их распространения. Так, напр., звуковая В. распространяется в газе в том же направлении, в каком происходит смещение частиц газа (рис. 1, а); в В., распространяющейся вдоль струны, смещение точек струны происходит в направлении, перпендикулярном струне (рис. 1, 6). В. первого типа наз. продольными, а второго - поперечными.

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

В жидкостях и газах упругие силы возникают только при сжатии и не возникают при сдвиге, поэтому упругие деформации в жидкостях и газах могут распространяться только в виде продольных В. (" В. сжатия"). В твёрдых же телах, в к-рых упругие силы возникают также при сдвиге, упругие деформации могут распространяться не только в виде продольных В. (" В. сжатия"), но и в виде поперечных В. (" В. сдвига"). В твёрдых телах ограниченного размера (напр., в стержнях, пластинках и т. п.) картина распространения В. более сложна, здесь возникают ещё и другие типы В., являющиеся комбинацией первых двух основных типов (подробнее см. Упругие волны).

В электромагнитных В. направления электрического и магнитного полей почти всегда (за исключением нек-рых случаев распространения в несвободном пространстве) перпендикулярны направлению распространения В., поэтому электромагнитные В. в свободном пространстве поперечны.

Общие характеристики и свойства В. В. могут иметь различный вид. Одиночной В., или импульсом, наз. сравнительно короткое возмущение, не имеющее регулярного характера (рис. 2, а). Ограниченный ряд повторяющихся возмущений наз. цугом В. Обычно понятие цуга относят к отрезку синусоиды (рис. 2, 6). Особую важность в теории В. имеет представление о гармонич. В., т. е. бесконечной и синусоидальной В., в к-рой все изменения состояния среды происходят по закону синуса или косинуса (рис. 2, б); такие В. могли бы распространяться в однородной среде (если амплитуда их невелика) без искажения формы (о В. большой амплитуды см. ниже). Понятие бесконечной синусоидальной В., разумеется, является абстракцией, применимой к достаточно длинному цугу синусоидальных волн.

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

Основными характеристиками гармонич. В. являются длина В. Л - расстояние между двумя максимумами или минимумами возмущения (напр., между соседними гребнями или впадинами на поверхности воды) и период В. Т - время, за к-рое частица среды совершает одно полное колебание. Т. о., бесконечная В. обладает строгой периодичностью в пространстве (что обнаруживается в случае, напр., упругих В., хотя бы на моментальной фотографии В.) и периодичностью во времени (что обнаруживается, если следить за движением во времени определённой частицы среды). Между длиной В. л и периодом Т имеется простое соотношение. Чтобы получить его, фиксируют внимание на частице, к-рая в данный момент времени находится на гребне В. После ухода от неё гребня она окажется во впадине, но через нек-рое время, равное Л /с, где с - скорость распространения В., к ней подойдёт новый гребень, к-рын в начальный момент времени был на расстоянии X от неё, и частица окажется снова на гребне, как вначале. Этот процесс будет регулярно повторяться через промежутки времени, равные Л /с. Время Л /с совпадает с периодом колебания частицы Т, т. е. Л /с = Т. Это соотношение справедливо для гармонич. В. любой природы.

Вместо периода Т часто пользуются частотой v, равной числу периодов в единицу времени: v = 1/Т. Между v и X имеет место соотношение: Л v = с. (В технике обычно вместо v применяют обозначение f.) В теории В. пользуются также понятием волнового вектора, по абс. величине равного k = 2пи/ Л =2пи v/с, т. е. равного числу В. на отрезке 2л и ориентированного в направлении распространения В.

Гармоническая В. Амплитуда и фаза. В гармонич. В. изменения колеблющейся величины W во времени происходит по закону синуса (или косинуса) и описывается в каждой точке формулой: W = = Asin 2пи t/Т (см. Колебания). Величина W в положении равновесия принята равной нулю. Л-амплитуда В., т. е. значение, к-рое эта величина принимает при наибольших отклонениях от положения равновесия. В любой другой точке, расположенной на расстоянии rот первой в направлении распространения В., колебания происходят по такому же закону, но с запозданием на время t₁= r/с, что можно записать в виде:

W = Asin(2пи/T)(t-t₁) = = Аsin(2пи/Т)(t-r/с).

Выражение ф = (2пи/Т) (t - r/с) наз. фазой В. Разность фаз в двух точках r₁и г₂ равна: ф₂-ф₁.= (2пи/Тс) (r₂-r₁,) = (2пи/ Л) (r₂-r₁).

В точках, отстоящих друг от друга на целое число В., разность фаз составляет целое число 2пи, т. е. колебания в этих точках протекают синхронно - в ф а з е. Наоборот, в точках, отстоящих друг от друга на нечётное число полуволн, т. е. для к-рых r₂ - r₁ = (2 N- 1) Л /2, где N = 1, 2..., разность фаз равна нечётному числу пи, т. е. ф2 -ф₁ = (2N - 1)пи. Колебания в таких точках происходят в противофазе: в то время, как отклонение в одной равно А, в другой оно обратно по знаку, т. е. равно - А и наоборот.

Распространение В. всегда связано с переносом энергии, к-рый можно количественно характеризовать вектором потока энергии I. Этот вектор для упругих В. наз. вектором Умова (по имени рус. учёного А. А. Умова, введшего это понятие), для электромагнитных - вектором Пойнтинга. Направление вектора Умова совпадает с направлением переноса энергии, а абс. величина равна энергии, переносимой В. за единицу времени через площадку 1 см, расположенную перпендикулярно вектору I. При малых отклонениях от положения равновесия I = КА, где К - коэфф. пропорциональности, зависящий от природы В. и свойств среды, в к-рой В. распространяется.

Поверхности равных фаз, фронт В. Важной характеристикой В. является вид поверхностей равных фаз, т. е. таких поверхностей, в любой точке к-рых в данный момент времени фазы одинаковы. Форма поверхности равной фазы зависит от условий возникновения и распространения В. В простейшем случае такими поверхностями являются плоскости, перпендикулярные направлению распространения В., а В. наз. плоской. В., у к-рых поверхностями равных фаз являются сферы и цилиндры, наз. соответственно сферическими и цилиндрическими. Поверхности равных фаз наз. также фронтами В. В случае конечной или одиночной В. фронтом наз. передний край В., непосредственно граничащий с невозмущенной средой.

Интерференция В. При приходе в данную точку среды двух В. их действие складывается. Особо важное значение имеет наложение т. н. когерентных В. (т. е. В., разность фаз к-рых постоянна, не меняется со временем). В случае когерентности В. имеет место явление, наэ. интерференцией: в точках, куда обе В. приходят в фазе, они усиливают друг друга; в точках же, куда они попадают в противофазе, - ослабляют друг друга. В результате получается характерная интерференционная картина (см., напр., рис. 3). См. также Интерференция света, Когерентность.

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

Стоячие В., собственные колебания. При падении плоской В. на плоское же отражающее препятствие возникает отражённая плоская В. Если при распространении В. в среде и при отражении их от препятствия не происходит потерь энергии, то амплитуды падающей иотражённой В. равны между собой. Отражённая В. интерферирует с падающей В., в результате чего в тех точках, куда падающая и отражённая В. приходят в противофазе, результирующая амплитуда падает до 0, т. е. точки всё время остаются в покое, образуя неподвижные узлы колебаний, а в тех местах, где фазы В. совпадают, В. усиливают друг друга, образуя пучности колебаний. В результате получается т. н. стоячая В. (рис. 4). В стоячей В. поток энергии отсутствует: энергия в ней (при условии, что потерь нет) перемещается только в пределах, ограниченных смежными узлом и пучностью.

Стоячая В. может существовать также и в ограниченном объёме. В частности, в случае, изображённом на рис. 4, на месте ВВ можно вообразить себе такое же препятствие, что и справа. Между двумя стенками будет существовать стоячая В., если расстояние между ними равно целому числу полуволн. Вообще стоячая В. может существовать в ограниченном объёме лишь в том случае, если длина В. находится в определённом соотношении с размерами объёма. Это условие выполняется для ряда частот v₁, v₂, v₃,..., наз. собственными частотами данного объёма.

Рис. 4. Стоячая волна, возникшая в результате интерференции падающей и отражённой от препятствия А А волны; в точке а - узел колебания, в точках b - пучности.

Дифракция. При падении В. на непрозрачное для неё тело или на экран позади гела образуется теневое пространство (заштриховано на рис. 5, а и 5, б). Однако границы тени не резки, а размыты, причём размытость увеличивается при удалении от тела. Это явление огибания тела В. наз. дифракцией. На расстояниях порядка d²/ Л от тела, где d - его поперечный размер, тень практически полностью смазана. Чем больше размеры тела, тем большее пространство занимает тень. Тела, размеры к-рых малы по сравнению с дл. В., вообще не создают тени, они рассеивают падающую на них В. то всех направлениях. Изменение амплитуды В. при переходе из " освещённой" области в область тени происходит по сложному закону с чередующимися уменьшением и увеличением амплитуды (рис. 6, а и 7), что обусловлено интерференцией В., огибающих тело.

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

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

Рис. 7. а - дифракция снета от края экрана; виден сложный переход от света к тени; 6 - кривая, характеризующая освещённость пространства между светом и тенью; край экрана в точке О.

Дифракция имеет место также при прохождении В. через отверстие (рис. 5, б и 6, б), где она также выражается в проникновении В. в область тени и в нек-ром изменении характера В. в " освещённой" области: чем меньше диаметр отверстия по сравнению с длиной В., тем шире область, в к-рую проникает В. См. также Дифракция света.

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

Поляризация В. Как уже сказано, плоскость, в к-рой происходят колебания поперечной В., перпендикулярна направлению распространения. Эта особенность поперечных В. обусловливает возможность возникновения явления поляризации, к-рая заключается в нарушении симметрии распределения возмущений (напр., смещений и скоростей в механич. В. или напряжённостей электрич. и магнитных полей в электромагнитных В.) относительно направления распространения. В продольной В., в к-рой возмущения всегда направлены вдоль направления распространения В., явления поляризации возникнуть не могут.

Если колебания возмущения Е происходят всё время в каком-то одном направлении (рис. 8, а), то имеет место простейший случай линейно-поляризованной, или плоско-поляризованной В. Возможны и другие, более сложные типы поляризации. Напр., если конец вектора Е, изображающего возмущение, описывает эллипс или окружность в плоскости колебаний (рис. 8, б), то имеет место эллиптическая или круговая поляризация. Скорость распространения поперечных В. может зависеть от состояния поляризации.

Поляризация может возникнуть: из-за отсутствия симметрии в возбуждающем В. излучателе, при распространении В. в анизотропной среде (см. Анизотропия), при преломлении-и отражении В. на границе двух сред. Подробнее см. Поляризация света.

Отражение и преломление В. При падении на плоскую границу раздела двух разных сред плоская В. частично отражается, частично проходит в другую среду, оставаясь плоской, но меняет при этом своё направление распространения (преломляется) (рис. 9, а). Углы, образуемые направлениями падающей, отражённой и преломлённой В. (рис. 9, б) с перпендикуляром к границе раздела сред, наз. соответственно углом падения а, углом отражения a ₁ и углом преломления a ₂. Согласно закону отражения, угол падения равен углу отражения, т. е. a = a ₁. Согласно закону преломления, синус угла падения относится к синусу угла преломления, как скорость в первой среде к её скорости во второй среде, т. е.:

sin a/sin a₂ = c₁ /c₂ = п, где п - показатель преломления (см. также Отражение света, Преломление света).

Рис. 9. а - схема отражения и преломления плоской волны (Л₁ - длина падающей п отражённой волны, Л₂ - длина преломлённой волны); б - стрелки, изображающие лучи, соответствующие падающей, отражённой и преломлённой волнам.

Смесь В. с различными состояниями поляризации, распространяющаяся в одном и том же направлении, разделится, попадая в среду, в к-рой скорость распространения зависит от состояния поляризации; В., поляризованные различно, пойдут по разным направлениям (двойное лучепреломление). Во многих случаях скорость распространения зависит также от частоты колебаний (дисперсия, см. ниже); в этих случаях смесь В. с различными частотами при преломлении разделится. При отражении расходящейся (сферич. или цилиндрич.) В. под малыми углами к плоской границе раздела двух сред возникают нек-рые особенности. Наиболее важна та, когда скорость с₂ в нижней среде больше, чем а в верхней среде (рис. 10), тогда, кроме обычной отражённой В., которой соответствует луч ОАР, возникает т. н. б о к о в а я В. Соответствующий ей луч OSDP часть своего пути (отрезок SD) проходит в среде, от к-рой происходит отражение.

Рис. 10. Схема образования боковой волны.