Страница 1 из 25

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 07:05
Анж
Хотелось бы повнимательнее рассмотреть этот вопрос. Начало было где-то: e-science.ru/groups/сто-глазами-классика?page=190 , пост№1902.
Вот кто сказал, что "основным свойством всех волн независимо от их природы является перенос энергии без переноса вещества"? Давайте посмотрим на звук:
Пусть у нас есть некая мембрана, массой 0.003кг, мы ее "колебаем" с частотой 16000Гц, при этом она смещается на 0.002м.
Чтобы получилось одно колебание нам нужно приложить к этой мембране силу, и затратить некое кол-во энергии. (Не буду, в данном случае, приводить расчет, только получившиеся цифры.) Энергии на 1 колебание у нас уйдет 3.072 Дж.
1. Энергия уже затрачена, и что в этом случае передаваться?
2. Расположив по периметру 3 аналогичные мембраны приемников, мы получим 3 аналогичных колебания, каждый из которых получит 3.072 Дж энергии; расположив по периметру 10 аналогичных мембран - мы получим 10х3.072 Дж. Итого: кол-во переносимой волной энергии зависит от кол-ва потребителей.
3. Что бы получилось колебание, то есть, смещение мембраны нужно приложить силу, а не энергию. Например, у меня достаточно энергии, чтоб сдвинуть холодильник, однако сдвинется он только после того, как я к нему руки приложу.
Теперь давайте посмотрим в цифрах, что получается при "передаче" определенного кол-ва энергии, а что при передаче силового воздействия " (для одного колебания), когда приемник немного отличается от источника. Пусть против массы источника 0.003 кг, масса приемника будет 0.004кг:
Изображение
Амплитуда колебания, в данном случае, это расстояние на которое смещается мембрана под воздействием нашего воздействия.
А скорость, это скорость этого смещения. Ее можно посчитать, исходя из времени 1 колебания, определяемого частотой: при V =16000 время 1 колебания $$6.25*10^{-5}$$с.
Итого:
1.при получении более тяжелым приемником той же энергии, скорость смещения мембраны, естественно, будет ниже, чем у источника, и откуда-то возьмется лишняя сила и импульс.
2.при "получении" той же силы, скорость, естественно ниже, сила прилагается та же, и тот же импульс. А вот энергии затратится меньше.
И как это можно сформулировать. Распространяются там, кстати, ("Колебания, возбужденные в какой-то точке среды, распространяются в ней..."), а переносится энергия.
Я бы обрисовала это так: среда непосредственно окружает мембрану, и по сути является ее продолжением, поэтому сила приложенная к мембране, оказывает воздействие и на среду. Далее, следующаяя мембрана в этой же среде, тоже подвергается воздействию этой силы, а колеблется за счет своей собственной потенциальной энергии в поле этих сил. Х
Почему сила, а не импульс: импульс  должен сохраняться. Хотя сила величина тоже векторная, однако, в некоторых случаях, она образует "поле" ( силы гравитации). Вероятно, в данном случае, для частичек среды, окружающих со всех сторон место приложения силы, нет никаких ограничений и предпочтений по направлению.
У механизма передачи света, который энергия, совсем другие заморочки. (чуть позже расскажу).
 


Изображение

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 07:32
magnus-crank
Ничего не понимаю из написанного.
Что я понимаю:
Колеблющаяся мембрана передает импульс и энергию молекулам воздуха. Получающиеся волны рассеваются в окружающей среде, затухая и переходя в тепловые колебания.
Приемник колеблется той частью волн (молекулами), которые непосредственно взаимодействуют с ним (учитывая коэффициент передачи и переизлучение).
Таким образом энергия приемника не может быть равной энергии источника по определению.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 08:33
Анж
Механизм передачи энергии несколько отличается от волнового процесса. Если очень грубо:
1.Ко-мне можно приложить силу и спихнуть с дивана. При этом некие колебания возникнут в воздухе, а при соприкосновении с полом получатся колебания с более высокой частотой, который мы уже сможем определить как звук.
2. Меня можно покормить. После чего, я смогу и сама встать с дивана, или спихнуть кого-нибудь другого. При этом, я еще буду излучать чего-то в тепловом диапазоне спектра.
Ключевые слова для энергии: поглощение, излучение. И только потом - передача. И кроме того, это поглощение-излучение может происходить на разных уровнях, основные три:
а. поглощение энергии молекулами  - выливается в хаотичное их движение, и тепловой спектр.
б. поглощение энергии атомами  - изменение энергетических уровней электрона, эмиссионные линии в спектрах.
в. поглощение энергии электронами -  "радио"-волны, тормозное излучение.
Радиоволны мне представляются так:
Под действием переменного ЭМ поля свободные электроны излучателя, получают - поглощают энергию, при этом двигаются всем стадом одинаково в одну сторону, потом в другую, в конечных точках сбрасывая энергию. Кол-во фотонов будет зависить от кол-ва находящихся там электронов.
Вот пусть нам удалось заставить "дергаться" электроны с частотой $$V=6*10^{10}$$Гц. ( Я буду пользоваться постоянными, приводящими в соответствие частоту колебания частиц и частоту получающихся фотонов [url=http://e-science.ru/groups/%D1%81%D1%82%D0%BE-%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B0%D0%BC%D0%B8-%D0%BA%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%BA%D0%B0?page=182 ]http://e-science.ru/groups/%D1%81%D1%82%D0...?page=182 [/url] пост № 1821) Тогда фотон излучаемый этим электроном получится:
частота $$V=6*10^{10}$$Гц; длина волны $$\lambda =5*10^{-3}$$м; энергия $$E=1.97328*10^{-22}$$Дж; масса $$m=2.1924*10^{-39}$$кг; время приходящееся на 1 частотину $$t=1.666*10^{-11}$$с.
И ему обязательно будет соответствовать температура: $$T=\frac{b}{\lambda }=\frac{0.0144}{5*10^{-3}}=2.88$$К.
Пусть электрон приемника поймал этот фотон, тогда скорость этого электрона станет $$v=\sqrt{\frac{E_{f}}{m_{e}}}=\sqrt{\tfrac{1.9732*10^{-22}}{9.1*10^{-31}}}=14725$$м/с.
Отсюда мы можем найти его температуру: $$T=\frac{v^{2}m}{k}=\frac{14725^{2}*9.1*10^{-31}}{6.852*10^{-23}}=2.88$$К. (где k-адаптированная постоянная Больцмана).
И частоту с которой будет колебаться электрон приемника, получивший такой фотон:
$$V=\frac{Tk}{h}=\frac{2.88*6.852*10-23}{3.2888*10^{-33}}=5.999*10^{10}$$Гц.
Более того, можно найти длину пробега этого свободного электрона, и аж 4 способами. Приведу пока только один: зная скорость электрона и время 1 частотины $$r= vt=14725*1.666*10^{-11}=2.454*10^{-7}$$м.
Чего такое энергия и фотон -я не знаю. Но предполагаю, что субстанции фотона и электрона -это одно и то же. Поэтому для электрона возможно "принять" некое дополнительное кол-во этой субстанции, или ее "сбросить"
Еще один хитрый момент, связанный с колебательным процессом. Поскольку поле, заставляющее двигаться наш электрон стабильное переменное, то расстояния между образующиеся между "сброшенными" "партиями" фотонов можно приравнять  к длине волны. Точно так же, как и для волнового процесса будет выполняться следующее условие: скорость движения электрона или мембраны относится к скорости передачи так же, как и длина пробега электрона( смещения мембраны) к длине волны $$\frac{c}{v}=\frac{\lambda }{r}$$. Отсюда вытекает интересный момент, а именно: электрон, проносящийся со скоростью 297000000м/с  в ускорителе, и пролетающий там 3 метра до поворота, где произойдет излучение, выдаст фотон длиной волны $$\lambda =\frac{rc}{v}=\frac{3*300000000}{297000000}=3.0303$$метра. Поэтому все что там фиксируется из " излучений во всем диапазоне видимого света" - это излучение самого ускорителя.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 08:48
Анж
magnus-crank писал(а):Source of the post аким образом энергия приемника не может быть равной энергии источника по определению.
Не поверите, но приемник с меньшей массой, чем у источника для воспроизведения такой же частоты затратит энергии больше, несмотря на все ваши рассеивания.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 12:18
magnus-crank
Анж писал(а):Source of the post
аким образом энергия приемника не может быть равной энергии источника по определению.Не поверите, но приемник с меньшей массой, чем у источника для воспроизведения такой же частоты затратит энергии больше, несмотря на все ваши рассеивания.
Одно другому не противоречит, хотя при чем тут воспроизведение приемника? При том же, при чем все эти портянки - не при чем.
Когда начнете излучать кинетическую энергию - приходите.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 12:22
magnus-crank
Простите, не моя епархия, беру все слова назад и откланиваюсь.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 12:26
Анж
magnus-crank писал(а):Source of the post приходите.
Пока что  - это Вы ко-мне пришли. И портянки действительно не при чем, в отличие от приемника. Ну, это, включите голову - приходите еще.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 13:13
grigoriy
Анж писал(а):Source of the post Давайте посмотрим на звук
и послушаем свет.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 13:30
Анж
grigoriy писал(а):Source of the post и послушаем свет. Smile
Или лучше подзарядимся  на водяных волнах. Главное,  чтоб проходящая посудина не шибко большая была, а то как передаст энергии со всей дури - еще светится начнем.

Волна, иль не волна - вот в чем вопрос.

Добавлено: 05 окт 2015, 15:10
Andrew58
Ellipsoid писал(а):Source of the post Давайте посмотрим на звук:
Пусть у нас есть некая мембрана, массой 0.003кг, мы ее "колебаем" с частотой 16000Гц, при этом она смещается на 0.002м.
Чтобы получилось одно колебание нам нужно приложить к этой мембране силу, и затратить некое кол-во энергии. (Не буду, в данном случае, приводить расчет, только получившиеся цифры.) Энергии на 1 колебание у нас уйдет 3.072 Дж.
1. Энергия уже затрачена, и что в этом случае передаваться?
2. Расположив по периметру 3 аналогичные мембраны приемников, мы получим 3 аналогичных колебания, каждый из которых получит 3.072 Дж энергии; расположив по периметру 10 аналогичных мембран - мы получим 10х3.072 Дж. Итого: кол-во переносимой волной энергии зависит от кол-ва потребителей.
3. Что бы получилось колебание, то есть, смещение мембраны нужно приложить силу, а не энергию. Например, у меня достаточно энергии, чтоб сдвинуть холодильник, однако сдвинется он только после того, как я к нему руки приложу.

Ну, поскольку это близко мне, мне и отдуваться.
1. К расчёту энергии на одно колебание придираться не буду. Если мембрану колебать в вакууме, сами подсчитаете мощность генератора колебаний. Если мембрану колебать в среде - в воздухе или в воде, то сам принцип голого расчёта оказывается неправильным. Мы не только сдвигаем мембрану, прикладывая к ней силу и передавая ей энергию, мы еще сдвигаем некоторую массу воздуха или воды, прикладывая к ней силу, сообщая ей колебательную скорость и передавая ей энергию. Эта энергия и является энергией звуковых колебаний, а Вы её из расчёта, похоже, выбросили. Дополнительная масса среды, которую удалось расколебать, зависит от многих тонкостей, среди которых я бы выделил акустическое сопротивление излучателя и среды. Если акустические сопротивления более-менее согласованы, то от "присоединенной" соколеблющейся массы среды не сбежать на любой частоте.
2. Увеличив число идентичных излучателей, мы получим соответствующее увеличение интенсивности звуковой волны и увеличение соколеблющейся массы среды. В зоне интерференции возможны интересные эффекты, не нарушающие, впрочем, закон сохранения энергии.
3. В колебаниях сила и энергия довольно легко "пересчитываются" друг в друга. Вы можете взять за основу "силовую" картинку и сравнительно просто преобразовать её в "энергетическую" и обратно. Пример связки - понятие звукового давления (то ли удельная сила, то ли удельный поток энергии).