нормальні хвилі

Норм а Патерналізм в про лни, власні хвилі, гармонійні хвилі тієї чи іншої фізичної природи (електромагнітні, пружні і ін.), Що зберігають при своєму прямолінійному поширенні поперечну структуру поля і (або) поляризацію. Цим Н. в. відрізняються від всіх інших хвиль, здатних поширюватися в даній системі. Наприклад, при поширенні між паралельними металевими площинами (рис. 1) електромагнітних Н. в. поперечна (по відношенню до напрямку поширення) структура електричного поля Н. в. однакова у всіх перетинах. Поперечна ж структура будь-яких інших хвиль, відмінних від Н. в., При поширенні не зберігається. Так, форма хвилі, отриманої в результаті накладення двох Н. в., Зображених на рис. 1, а і б, змінюється від перетину до перетину (рис. 1, в).

Найбільший практичний інтерес представляють електромагнітні Н. в. в хвилеводних системах, використовуваних для передачі повідомлень або електромагнітної енергії. До них відносяться радіохвилеводи СВЧ, коаксіальні кабелі, плазмові хвилеводи, іоносферні і тропосферні канали далекого радіозв'язку, світловоди, виконані у вигляді скляних волокон, т. Н. квазіоптичні лінії передачі хвиль міліметрового і субміліметрового діапазонів і т.д.

Важливі застосування знаходять Н. в. в акустичних хвилеводах (акустичні труби, звукові канали в океані і тропосфері), пружні Н. в. - в пластинах (хвилі Лемба, т. Н. Поперечні Н. в.) І стрижнях (поздовжні, ізгібние і крутильні Н. в.). Пружні Н. в. застосовуються, зокрема, для створення ультразвукових ліній затримки і для визначення пружних і ін. параметрів твердих тіл.

Число Н. в. N, здатних поширюватися в перерахованих вище системах, залежить від співвідношення між довжиною хвилі l і поперечними розмірами системи d. Для хвиль з фіксованою частотою це число завжди звичайно, при цьому чим більше відношення d / l, тим більше N. На дуже низьких частотах (т. Е. При d / l << 1/2) може поширюватися тільки одна Н. в. певного типу, а в деяких системах, наприклад в порожнистих радіохвилеводах, поширення низькочастотних Н. в. взагалі неможливо. Фазові і групові швидкості Н. в. різних типів відрізняються один від одного (цим, зокрема, пояснюється спотворення поперечної структури поля при накладенні декількох Н. в., рис. 1). Тому для передачі інформації бажано використовувати тільки один тип Н. в.

Фізичне значення Н. в. визначається тим, що в області, вільної від джерел, будь-яке обурення може бути представлено у вигляді суперпозиції Н. в., причому результуючий потік енергії (пружною або електромагнітної) дорівнює сумі потоків у всіх Н. в. В цьому відношенні поняття Н. в. в хвильової теорії грає роль, аналогічну поняттю нормальних коливань в теорії коливальних систем.

Уздовж кордону розділу двох середовищ можуть поширюватися поверхневі Н. в., Наприклад релєєвського хвилі на кордоні пружного тіла (рис. 2), т. Н. повільні електромагнітні хвилі в уповільнюють структурах та ін. В разі Н. в. в багатопровідних зв'язаних лініях передачі, використовуваних в техніці зв'язку, в напрямку поширення зберігається трохи поперечне розподіл поля, а відношення амплітуд коливань на окремих дротах.

Нарешті, Н. в. в безмежних і однорідних суцільних середовищах - це плоскі хвилі , Що зберігають при поширенні свою поляризацію. Н. в. є, наприклад, звичайна і незвичайна хвилі в одновісних кристалах. Ці хвилі лінійно поляризовані у взаємно перпендикулярних напрямках, причому поляризація цих хвиль зберігається в напрямку поширення (рис. 3), в той час як поляризація довільно поляризованої хвилі змінюється від точки до точки. Др. прикладами Н. в. в суцільних середовищах є плоскі пружні хвилі, еліптично поляризовані електромагнітні хвилі в магнітоактивної плазмі, циркулярно поляризовані хвилі в оптично активних середовищах.

Літ .: Горелік Р. С., Коливання і хвилі, 2 видавництва., М., 1959; Брілюена Л. і Пароди М., Поширення хвиль в періодичних структурах, пер. з франц., М., 1959; Бреховских Л. М., Хвилі в шаруватих середовищах, М., 1973; Вайнштейн Л. А., Електромагнітні хвилі, М., 1957; Бергман Л., Ультразвук і його застосування в науці і техніці, пер. з нім., М., 1956; Вікторів І. А., Фізичні основи вживання ультразвукових хвиль Релея і Лемба в техніці, М., 1966.

Ю. А. Кравцов.

Мал. 1. Схема поширення двох нормальних хвиль а і б і хвилі в, отриманою в результаті їх накладення. У перетинах 1 і 3 різниця фаз нормальних хвиль j = 0 і вони складаються, а в перетині 2 j = - p і хвиля віднімається.

Мал. 3. Схема поширення звичайної і незвичайної хвиль в одновісних кристалах.

Мал. 2. Схема поширення релєєвськой хвилі на кордоні пружного тіла.