Для систем из многих одинаковых микрочастиц существенны свойства симметрии волновых функций, определяющие статистику всего ансамбля частиц. Подробнее см. Квантовая механика и Статистическая физика (раздел Квантовая статистика).
В. И. Григорьев.
Волновод
Волново'д,канал, имеющий резкие границы, по которому распространяются волны. Для звуковых волн - труба, стержень или струна (см. Волновод акустический ). Для электромагнитных волн сверхвысоких частот - металлические трубы различных сечений или диэлектрические стержни (см. Радиоволновод ). Для света - цилиндрические и конические трубки (см. Светопровод ). Для сейсмических волн - слои в верхней мантии Земли.
Волновод акустический
Волново'д акусти'ческий,канал, по которому передаётся акустическая энергия (звука). В. а. - это каналы с резкими границами в виде стенок, свойства которых резко отличаются от свойств внутренней и наружной сред (трубы водопровода, вентиляционные ходы и т.п.), или каналы, возникающие за счёт резкой разницы свойств самих внешней и внутренней сред (стержни, струны и т.п.); во всех этих случаях поток энергии во внешнюю среду, как правило, незначителен и им можно пренебречь.
В. а. возникают также в сплошных неоднородных средах, когда резких границ не существует, а имеет место плавный переход между свойствами среды внутри и вне канала. Такие В. а. наблюдаются в атмосфере и океане в виде слоёв, отличающихся внутри и снаружи по температуре. В этих случаях поток энергии через «стенки» заметен, но всё же мал, так что основная часть энергии распространяется вдоль В. а. (см. Гидроакустика ).
Примером В. а. с резкими границами служат трубы с совершенно жёсткими стенками, через которые акустическая энергия вовсе не проникает. Если размеры сечения трубы малы по сравнению с длиной звуковой волны, распространяющейся в В. а. (переговорные трубы на судах), то распространение звука в трубе можно представить в виде одномерной плоской волны. Когда размеры сечения трубы сравнимы или значительно больше длины волны, явление более сложно. В случае податливых стенок (воздуховод в виде резиновой трубки или водовод), хотя и имеется сток энергии через границы, в общем характер распространения волн остаётся сходным с предыдущим. В В. а., представляющих упругую твёрдую среду, явления осложняются наличием двух видов волн: сжатия и сдвига. В атмосфере и океане большую роль играют В. а., в которых распространение звука во многом аналогично распространению электромагнитных волн в атмосферных радиоволноводах. Влияние поверхности и дна моря в ряде случаев приводит к тому, что море можно рассматривать как В. а. В океане и атмосфере из-за изменения температуры и плотности воды (в океане и море с глубиной) и воздуха (в атмосфере с высотой) образуются естественные В. а. Звуковые колебания могут распространяться в таких каналах на расстояния порядка сотен и тысяч км. В частности, наличием глубоководного канала объясняется сверхдальнее распространение звука в океане.
Лит.:Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1957, гл. 5, 6; его же, Распространение звуковых и инфразвуковых волн в природных волноводах на большие расстояния, «Успехи физических наук», 1960, т. 70, в. 2, с. 351-60.
Л. М. Лямшев.
Волновое сопротивление (в акустике)
Волново'е сопротивле'ниев акустике, в газообразной или жидкой среде - отношение звукового давления
рв бегущей плоской
волне
к скорости
vколебания частиц среды. В. с. характеризует степень жёсткости среды (т. е. способность среды сопротивляться образованию деформаций) в режиме бегущей волны. В. с. не зависит от формы волны и выражается формулой:
p/v= Б
c,
где Б - плотность среды,
с -скорость звука. В. с. представляет собой
импеданс акустический
среды для плоских волн. Термин «В. с.» введён по аналогии с В. с. в теории электрических линий; при этом давление соответствует напряжению, а скорость смещения частиц - электрическому току.
В. с. - важнейшая характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на её границе. При нормальном падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред коэффициент отражения определяется только отношением В. с. этих сред; если В. с. сред равны, то волна проходит границу без отражения. Понятием В. с. можно пользоваться и для твёрдого тела (для продольных и поперечных упругих волн в неограниченном твёрдом теле и для продольных волн в стержне), определяя В. с. как отношение соответствующего механического напряжения , взятого с обратным знаком, к скорости частиц среды.
К. А. Наугольных.
Волновое сопротивление (в гидроаэромеханике)
Волново'е сопротивле'ниев гидроаэромеханике.
1) В. с. в газовой динамике, дополнительное аэродинамическое сопротивление , возникающее, когда скорость газа относительно тела превышает скорость распространения в газе слабых (звуковых) возмущений (т. е. при сверхзвуковом течении ). В. с. является результатом затрат энергии на образование ударных волн . В. с. в несколько раз превышает сопротивление, связанное с трением и образованием вихрей. Коэффициент В. с. резко увеличивается при приближении скорости тела vк скорости звука св среде, иначе говоря, при приближении М-числаМ = v/cк единице. Сила В. с. зависит от формы тела, угла атаки и числа М.
2) В. с. в тяжёлой жидкости, одна из составляющих сил сопротивления жидкости движению тел. В. с. возникает при движении тела вблизи свободной поверхности тяжёлой жидкости или поверхности раздела жидкостей с различной плотностью. В. с. обусловлено образованием на поверхности жидкости волн, создаваемых движущимся телом, которое при этом совершает работу по преодолению реакции жидкости: эта реакция и представляет собой силу В. с. Величина В. с. зависит от формы тела, глубины его погружения под свободную поверхность, скорости движения, а также от глубины и ширины фарватера, где происходит движение. Волнообразование при движении тела зависит от Фруда числа
( v -скорость поступательного движения тела, l- его длина, g -ускорение силы тяжести), которое является критерием подобия при моделировании движений и В. с. геометрически подобных тел. Если для тела (судна) и его модели числа Frравны, то получается геометрическое подобие картин волнообразования и равенство безразмерных коэффициентов их В. с. Для определения В. с. в обоих случаях пользуются как теоретическими, так и экспериментальными методами.
Волновое сопротивление передающих электрич. линий
Волново'е сопротивле'ниепередающих электрических линий, отношение напряжения к току в любой точке линии, по которой распространяются электромагнитные волны. В. с. представляет собой сопротивление, которое оказывает линия бегущей волне напряжения. В бесконечно длинной линии или линии конечной длины, но нагруженной на сопротивление, равное В. с., не происходит отражения электромагнитных волн и образования стоячих волн . В этом случае линия передаёт в нагрузку практически всю энергию от генератора (без потерь). В. с. равно:
где Lи С- индуктивность и ёмкость единицы длины линии.
Лит.см. при ст. Длинная линия .
Волновое уравнение
Волново'е уравне'ние,дифференциальное уравнение с частными производными, описывающее процесс распространения возмущений в некоторой среде. В случае малых возмущений и однородной изотропной среды В. у. имеет вид:
где х, у, z- пространственные переменные, t -время, u= u( х, у, z) - искомая функция, характеризующая возмущение в точке ( х, у, z) в момент t, а -скорость распространения возмущения. В. у. является одним из основных уравнений математической физики и широко используется в приложениях. Если uзависит только от двух (одной) пространственных переменных, то В. у. упрощается и называется двумерным (одномерным). В. у. допускает решение в виде «расходящейся сферической волны»:
u= f( t- r/ a)/ r,
где f- произвольная функция, a
Особый интерес представляет так называемое элементарное решение (элементарная волна):
u= ґ ( t- r/ a)/ r
(где ґ - дельта-функция ), дающее процесс распространения возмущения, произведённого мгновенным точечным источником (действовавшим в начале координат при t= 0). Образно говоря, элементарная волна представляет собой «бесконечный всплеск» на окружности r= at, удаляющийся от начала координат со скоростью ас постепенным уменьшением интенсивности. При помощи наложения элементарных волн можно описать процесс распространения произвольного возмущения.
Малые колебания струны описываются одномерным В. у.:
Ж. Д'Аламбер предложил (1747) метод решения этого В. у. в виде наложения прямой и обратной волн: u= f( x- at) + g( x+ at), а Л. Эйлер (1748) установил, что функции fи gопределяются заданием так называемых начальных условий .
Лит.:Тихонов А. Н. и Самарский А. А., Уравнения математической физики, 3 изд., М., 1966.
П. И. Лизоркин.
Волновое число
Волново'е число',величина, связанная с длиной волны » соотношением: k= 2А/» (число волн на длине 2А). В спектроскопии В. ч. часто называют величину, обратную длине волны (1/»).
Волновой вектор
Волново'й ве'ктор,вектор k, направление которого совпадает с направлением распространения бегущей волны , численно равный волновому числу .
«Волновой канал»
«Волново'й кана'л»,директорная антенна, бегущей волны антенна в виде ряда параллельных линейных электрических вибраторов длиной, близкой к 0,5 длины волны, расположенных в одной плоскости вдоль линии, совпадающей с направлением максимального излучения (приёма). Иногда её называют антенной Уда-Яги. В этой антенне ( рис. ) один из вибраторов (активный) служит для подвода энергии высокочастотных колебаний; в остальных вибраторах (пассивных) наводятся (возбуждаются) электрические токи вследствие пространственной электромагнитной связи между ними и активным вибратором, фаза токов в рефлекторе и директорах, регулируемая изменением их длины, устанавливается таким образом, что вдоль антенны, в направлении от рефлектора к директорам, образуется бегущая волна. При регулировке антенны директоры укорачивают на 4-10%, а рефлектор удлиняют на 5-10% по сравнению с активным вибратором, длина которого немного меньше 0,5; расстояние между вибраторами обычно равно 0,1-0,3 длины рабочей волны. Коэффициент направленного действия такой антенны растёт с увеличением числа пассивных вибраторов и доходит до 20-30. Антенну типа «В. к.» применяют для передачи и приёма преимущественно в диапазоне метровых волн, в частности для приёма телевизионных программ.
Лит.:Метузалем Е. В., Рыманов Е. А., Приёмные телевизионные антенны, М., 1968.
Г. З. Айзенберг, О. Н. Терёшин.
Восьмидиректорная антенна типа «волновой канал»: а - схема (1 - рефлектор; 2 - активный вибратор; 3 - директоры; 4 - направление максимального излучения); б - диаграмма направленности в полярных координатах (Е - напряжённость электромагнитного поля; E max- напряженность электромагнитного поля в направлении максимального излучения).
Волновой пакет
Волново'й паке'т,распространяющееся волновое поле, занимающее в каждый момент времени ограниченную область пространства. В. п. может возникнуть у волн любой природы (звуковых, электромагнитных и т.п.). Такой волновой «всплеск» в некоторой области пространства может быть разложен на сумму монохроматических волн, частоты которых лежат в определённых пределах. Однако термин «В. п.» обычно употребляется в связи с квантовой механикой.
В квантовой механике каждому состоянию частицы с определённым значением импульса и энергии соответствует плоская монохроматическая волна де Бройля , т. е. волна с определённым значением частоты и длины волны, занимающая всё пространство. Координата частицы с точно определённым импульсом является полностью неопределённой - частица с равной вероятностью может быть обнаружена в любом месте пространства, поскольку эта вероятность пропорциональна квадрату амплитуды волны де Бройля. Это отвечает неопределённостей соотношению , утверждающему, что чем определённее импульс частицы, тем менее определённа её координата.
Если же частица локализована в некоторой ограниченной области пространства, то её импульс уже не является точно определённой величиной - имеется некоторый разброс возможных его значений. Состояние такой частицы представится суммой (точнее, интегралом, так как импульс свободной частицы изменяется непрерывно) монохроматических волн с частотами, соответствующими интервалу возможных значений импульса. Наложение (суперпозиция) группы таких волн, имеющих почти одинаковое направление распространения, но слегка отличающихся по частотам, и образует В. п. Это означает, что результирующая волна будет отлична от нуля лишь в некоторой ограниченной области; в квантовой механике это соответствует тому, что вероятность обнаружить частицу в области, занимаемой В. п., велика, а вне этой области практически равна нулю.
Оказывается, что скорость В. п. (точнее его центра) совпадает с механической скоростью частицы. Отсюда можно сделать вывод, что В. п. описывает свободно движущуюся частицу, возможная локализация которой в каждый данный момент времени ограничена некоторой 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 монохроматические 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.
Если частица не свободна, а находится вблизи некоторого центра притяжения, например 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 (например, когда на атом налетает частица) скачком переходит в новое состояние, В. п. мгновенно перестраивается в соответствии с этим переходом; это называется редукцией В. п. Такая редукция приводила бы к противоречиям с требованиями относительности теории , если бы волны де Бройля представляли собой обычные материальные волны, например 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.
Расплывание волнового пакета с течением времени t. В начальный момент времени частица описывается волновым пакетом y 0, в момент t - волновым пакетом y t; |y 0| 2и |y t| 2определяют вероятности обнаружить частицу в некоторой 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.
Волновые движения земной коры
Волновы'е движе'ния земно'й коры',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, ммв 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 геологической истории поднятия одного участка земной поверхности могут смениться опусканиями и наоборот.
Лит.:Хаин В. Е., Общая геотектоника, М., 1964.
Волнограф
Волногра'ф,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 судовые. 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 гидростатического 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 омического сопротивления электроконтактного или проволочного датчика при прохождении через них волн. В некоторых конструкциях В. отдельные принципы действия сочетаются. В СССР наиболее распространены В. ГМ-16, 1М-32, а также проволочные В.
Лит.:Снежинский В. А., Практическая океанография, Л., 1951; Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях, сост. Л. С. Боришанский, Л., 1967.
С. С. Войт.
Волнолом
Волноло'м,брекватер, гидротехническое 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, пневматические, гидравлические ( рис. ) и берегозащитные, расположенные непосредственно у берега. В. сплошные вертикального профиля могут быть гравитационного 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 отдельные опоры мостового типа. Плавучие В. - заякоренные понтоны или другие 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 Берегоукрепительные сооружения , Оградительные сооружения ).
Лит.:Порты и портовые сооружения, М., 1964.
А. Г. Сидорова.
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; 1 - постель из каменной наброски; 2 - надстройка; 3 - кладка из массивов или железобетонная оболочка-понтон, заполненная камнем; 4 - каменная наброска; 5 - наброска массивов; 6 - свайные или шпунтовые ряды; 7 - каменная засыпка; 8 - железобетонная оболочка; 9 - экран из железобетонных балок; 10 - опоры; 11 - понтон или плавучее устройство с решетчатым волногасителем; 12 - якорные цепи; 13 - якоря; 14 - опоры воздуховода; 15 - воздуховод; 16 - водо-воздушный факел, увлекающий присоединённую массу воды.
Волномер морской
Волноме'рморской, прибор для определения высоты, длины и периода волн морских , а также скорости и направления их распространения. Наиболее употребителен оптический В., который представляет собой зрительную трубу со специальными приспособлениями для измерений.
Волномер (прибор для измерения длины волны)
Волноме'р,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 колебаний с частотой калиброванного генератора, либо на отсчёте числа периодов измеряемых колебаний.
Волнопродуктор
Волнопроду'ктор,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
Волну'хинСергей Михайлович [8(20).11.1859, Москва, - 11.4.1921, Геленджик], русский скульптор. Учился в Московском училище 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 галерее), памятника первопечатнику Ивану Федорову в Москве (бронза, открыт в 1909). В 1918 участвовал в осуществлении плана монументальной пропаганды . В 1895-1918 преподавал в Московском училище 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
Волну'шка(Lactarius torminosus), шляпочный гриб рода млечников. Шляпка 5-12 смв 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 предварительного вымачивания или отваривания.
Волны
Во'лны,изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. Например, удар по концу стального стержня вызывает на этом конце местное сжатие, которое распространяется затем вдоль стержня со скоростью около 5 км/сек; это - упругая В. Упругие В. существуют в твёрдых телах, жидкостях и газах. Звуковые В. (см. Звук ) 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). Например, 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 физических явлений; изучение В. важно и для физики и для техники.
В. могут различаться по тому, как возмущения ориентированы относительно направления их распространения. Так, например, 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 , б). В. первого типа называются продольными, а второго-поперечными.
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 которых 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 (например, 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.