Самофокусировка (интерференционная)




Существует такое понятие, как интерференция, это перераспределение интенсивности (в частности света, а свет это волна) в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных (одинаковых) волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве (на экране) максимумами и минимумами интенсивности (тёмные и светлые полоски). Её распределение называется интерференционной картиной.

Помимо этого, существует другое понятие - самофокусировка света (в частности) - один из эффектов самовоздействия света, связанный с концентрацией энергии светового пучка в нелинейной среде. Явление самофокусировки было предсказано советским физиком-теоретиком Г.А. Аскарьяном в 1961 году и впервые наблюдалось Н.Ф. Пилипецким и А.Р. Рустамовым в 1965 году. Основы математически строгого описания теории были заложены В.И. Талановым. Здесь нужно понимать, что в основе света также лежит волна.

Если бросить на водную поверхность (линейную среду) предмет, то от точки падения будут расходиться концентрические волны, которые будут убывать, как по частоте, так и по амплитуде. Это никого не смущает и не у кого не вызывает сомнения. Если упавший предмет имеет форму шара (к примеру, капля воды), то в центре падения образуется впалось [7], которая будет «затягиваться» водой. В конечном счёте, после смыкания воды, в самом центре падения шара (точка «по осям»), появиться всплеск. Этот эффект все наблюдали с детства.

Если на водной поверхности расположить кольцо, которое выполняет функцию точечного кольцевого вибратора, то от него пойдут волны, как внешние, так и внутренние. Внешние будут разбегаться и убывать по амплитуде и частоте. А вот внутренние, будут возрастать, как по частоте, так и по амплитуде. В результате подбора частоты (оптимальное значение, зависящее от диаметра, упругости материала кольца и вязкости жидкости), в центре появиться интерференционная волна.

Интерференционную волну, в общем виде можно определить при помощи бесселевых [8] функций [9] к решению известной задачи колебания цепочек из мелких звеньев. Анализируя решение, можно увидеть, что поведение жидкости на единичное возмущение аналогично поведению цепочки из мелких звеньев.

Y (t) = ½ + 1/π

Таким образом, от единичного импульса каждого точечного источника, расположенного по кольцу, поверхность жидкости будет изменять свою форму по закону гибкой нити. Интерференционная волна внутри такого кольцевого вибратора будет укорачиваться в своём периоде. Если поверхность жидкости возбуждается только в одной точке в виде одиночного импульса, то волна, убывая по амплитуде, будет уменьшаться по частоте. На этом принципе построены электрические фильтры низкой частоты. У таких фильтров на выходных клеммах отклик на единичное возмущение представляется в виде затухающей по амплитуде и по частоте синусоиды. Если же возмущение повторяется периодически, то при кольцевом вибраторе самофокусировка сопровождалась бы также с увеличением амплитуды и частоты. Однако при малых амплитудах возмущения сфокусировавшаяся волна вновь отражается и интерферируется с приходящими волнами. В таком случае, когда условия отражения фокусирующихся волн хорошие, то интерференционные волны внутри кольцевого вибратора перестают быть бегущими, а образуются стоящие волны.

Это хорошо видно на звуковых колебательных мембранах, где в качестве среды выступает сыпучая смесь.

Чтобы этого избежать, необходимо предусмотреть, чтобы отражающая волна была минимальной. В таком случае, от точечного контакта идут расходящиеся волны, а от кольцевого контакта, внутри его образуются волны, сходящиеся к центру кольца с возрастающей амплитудой.

В самом центре кольца, концентрическая волна перестает существовать, превращаясь в импульсный всплеск, при котором жидкость обычно разбрызгивается.

С точки зрения качественной оценки, увеличение амплитуды интерференционной волны возможно только при тех условиях, при которых плотность энергии приближающейся волны к центру будет увеличиваться.

Анализируя точечный кольцевой вибратор, нужно исходить из того, что кольцевой источник состоит из множества точечных источников, расположенных по кольцу. Волны точечных источников интерферируют, образуя внутри кольца также кольцевую волну, но сжимающейся по мере приближения к центру. Учитывая, что волна точечного источника по мере удаления от места возбуждения убывает по амплитуде по законам рассеивания и учёта потерь в среде, то интерференционная волна при больших диаметрах кольца может погаснуть раньше, чем она сожмётся в точку. В таком случае, хотя интерференционная самофокусировка имеет место, но увеличение амплитуды интерференционной волны не произойдёт. Если постепенно уменьшать радиус кольца, то появиться некий критический радиус кольца, при котором амплитуда интерференционной волны по мере приближения к центру будет увеличиваться.

Этот эффект называется автоусилением. Источником усиления амплитуды сигнала выступает энергия самого же сигнала. Усиление амплитуды интерференционной волны здесь происходит за счёт сокращения объёма активной массы среды, при которой плотность энергии возрастает. Учитывая, что интерференция происходит по законам сохранения энергии, то энергия сфокусированной волны будет меньше энергии, выданной источником. Даже если амплитуда источника мала, но энергия источника распределена на всём протяжении кольца, энергия в точке будет огромной. Это объясняется наличием соотношения активной массы. Активная масса у внутреннего края кольцевого вибратора максимальна, а в точке максимальной фокусировки минимальна. Ситуация полностью аналогична обратной зависимости «амперов» от «вольт» в электрической цепи.

Таким образом, взаимосвязь самофокусирующейся волны с волной возбудителя можно выразить в общем виде, через объём активной массы. Для поверхности жидкости, выражаем через площадь:

А0Ф0 = А1Ф1

где А0, А1 амплитуды возбудителя и интерференционной самофокусирующейся волны;

Ф0, Ф1 площади возбудителя и площади, на который было зафиксировано значение интерференционной волныА0.

Коэффициент усиления или автоусиления можно выразить как отношение амплитуд, так и отношения активных площадей, т.е.:

К0 = А10 = Ф01 = (R20 – R1 20)/R21

где, R0R10внешний и внутренний радиусы возбудителя;

R1 радиус на котором производится измерение интерференционной волны.

Величина амплитуды волны в центре радиуса круга от элементарного источника может быть записана в виде:

А = А0В (t-R10/V)

где, R10 внутренний радиус возбудителя кольцевого источника;

V – фазовые скорости распределения волны;

ω - круговая частота колебания возбудителя;

В – коэффициент затухания;

Арез = n*A

Результирующую амплитуду волны в центре кольцевого источника можно определить как сумму амплитуд всех элементарных источников, расположенных по кольцу. Если их число равно n, то результирующая амплитуда интерференционной волны Арез в центре возбудителя будет равна:

Арез = n*A = А0Вn (t-R10/V)

Анализируя равенство с точки зрения полученного усиления, можно заметить, что, если произведение Bn будет больше единицы, то в такой системе возможны усиления амплитуды интерференционной волны. Во всех других случаях получить режим автоусиления невозможно.

Величина n пропорциональна площади круга, которая равна

B = B0/πR20

то условие автоусиления интерференционной волны может реализоваться только при

Bn> 1 или

R0< 2 n0B0

где, n0,B0 являются параметрами среды и определяются следующим путём:

Y (t) = ½ + 1/π

Таким образом, от единичного импульса каждого точечного источника, размещенного по кольцу, поверхность жидкости будет изменять свою форму по закону гибкой нити. Отсюда вывод: волна внутри кольца будет увеличиваться не только по амплитуде, но и по частоте. При том, описанная интерференционная самофокусировка относиться к линейному взаимодействию, что в отличие от описанной самофокусировки Г.А. Аскарьяном представляет собой совершенно иное явление.

Описанная интерференционная самофокусировка может быть произведена и не только при помощи кольца, но и на иных геометрических объектах. К примеру, получить её можно и на стержне, если на частоте вибрации, в нём на торце возникают самофокусирующиеся интерференционные волны. При этом условии стержень представляет собой набор колец, вставленных один в другой, в котором интерференционная картина самофокусировки не измениться, поскольку внутренние кольца являются самостоятельными кольцевыми источниками, создающие самофокусирующие волны, по фазе совпадающие с самофокусирующимися волнами других колец. Такая многокольцевая система обладает более сильным эффектом автоусиления, что соответственно позволит получить большую концентрацию энергии в точке фокуса.

С точки практического применения, данный эффект обладает возможностью создавать практически, бе з затратные, с точки зрения входящей энергии, системы, со сколь угодно мощной выходной энергией, которая выражается в коротком и сильном импульсе. Ведь это преобразователь, основанный на природном явлении.

Всё то, что отражено в сказках и приданиях, в виде собирательного образа, характеризующего собой: посохи [10], волшебные палочки и прочее, скорее всего, заключает в себе технологическое устройство, в том числе и лазерное, основанное на указанном выше природном явлении.

Ведь нас не удивляет, что емкостные технологии (на основе прикосновения пальца) используются в современном мире. Мы ими пользуемся не задумываясь. И электрического сигнала достаточно, для управления. Возможно, что и теми устройствами, что указаны в сказках, также возможно было управлять при помощи малого электрического тока исходящего от руки.

Переходя к реалиям, приведём примеры использования индифферентной самофокусировки в Мироздании.

Всем известный эффект хлыста, когда максимальный эффект достигается на конце хлыста объясняется именно с точки зрения индифферентной самофокусировки. Т.к. явление самофокусировки представляет собой возможность увеличивать энергию в области более высоких частот, чем частота источника возбуждения при уменьшении задействованной массы, то механика поведения хлыста представляет собой переход энергии от места возбуждения (ручки хлыста) к концу хлыста. При этом активная площадь хлыста уменьшается, а амплитуда и частота волны увеличиваются. В результате такого преобразования энергии, частота волны увеличивается от долей герца до килогерц (примерно в 106 раз). Именно по этой причины мы и слышим щелчки – волна проходит через звуковой диапазон волн.

Если хлысту задать некоторое давление в начальной точке, где его сечение максимально, то сила по сечению хлыста будет определяться по формуле:

F = PS

где, Р – давление в н/м2 = - кг/м.сек2;

S – площадь поперечного сечения по длине в м2;

F– сила в ньютонах – м.кг/сек2

Т.к. сечение хлыста убывает по длине, соответственно, сила будет увеличиваться. Это закон сохранения количества движения.

Количество движения можно определить так:

L = m∆V = F∆t

m –масса в кг;

∆V – скорость гребня волны в м/сек;

∆t – время в сек.

Т.к. по условию увеличения количества движения в любой точке хлыста является неизменным, то и сила Fв меньших участках хлыста будет увеличиваться, а время действия ∆t уменьшаться. Соответственно, скорость волны будет возрастать, т.к. она вычисляется по формуле:

V - ∆L/∆t

где L- длина волны в метрах.

Очевидно, что возрастает и линейное ускорение, которое определяется по формуле:

Α = ∆V/∆t = ∆L/∆t2

Всё описанное выше справедливо и для круговой скорости

ω = ∆ /∆t

и углового ускорения

ϵ = ∆ω/∆t

Более того, забегая немного вперед, скажем, что хлыст, это часть сферы вырезанной по радиусу, где тонкий конец хлыста представляет собой центр сферы.

Когда стала понятна механика работы кнута, можно вернуться к майскому жуку, который имеет крыло и надкрылье.

Крыло, это «склеенные» в единой плоскости хлысты. При взмахе крыла жук создаёт давление в начальной точке крыла. Волна, двигаясь по крылу, увеличивает частоту. Площадь крыла уменьшается. Количество движения остаётся неизменным. Но сила импульса возрастает. На конце крыла возникает самофокусирующаяся волна, которая «ударяет» в надкрылье, поднимая жука в воздух. Сопровождаемое жужжание жука есть не что иное, как прохождение волны по крылу через звуковой диапазон волн.

На этом же принципе устроен взлёт птиц, комаров и т.д. На концах крыльев создаётся самофокусирующая волна, которая подталкивает птицу вверх. Подрезая крылья одомашненным птицам, тем самым создают невозможность крыльям сформировать самофокусирующую волну. А всем привычное движение птиц во время полёта обеспечивается, как раз за счёт той самой подъёмной силы крыла. Именно по этой причине, в отличие от птиц, самолёту и необходим разбег при взлёте.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-08-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: