Tópicos do codificador USE: ondas mecânicas, comprimento de onda, som.
ondas mecânicas - este é o processo de propagação no espaço de oscilações de partículas de um meio elástico (sólido, líquido ou gasoso).
A presença de propriedades elásticas no meio é uma condição necessária para a propagação das ondas: a deformação que ocorre em qualquer lugar, devido à interação de partículas vizinhas, é transferida sucessivamente de um ponto do meio para outro. Diferentes tipos de deformações corresponderão a diferentes tipos de ondas.
Ondas longitudinais e transversais.
A onda é chamada longitudinal, se as partículas do meio oscilarem paralelamente à direção de propagação da onda. Uma onda longitudinal consiste em deformações de tração e compressão alternadas. Na fig. 1 mostra uma onda longitudinal, que é uma oscilação de camadas planas do meio; a direção ao longo da qual as camadas oscilam coincide com a direção de propagação da onda (isto é, perpendicular às camadas).
Uma onda é dita transversal se as partículas do meio oscilam perpendicularmente à direção de propagação da onda. Uma onda transversal é causada por deformações de cisalhamento de uma camada do meio em relação a outra. Na fig. 2, cada camada oscila ao longo de si mesma e a onda viaja perpendicularmente às camadas.
As ondas longitudinais podem se propagar em sólidos, líquidos e gases: em todos esses meios, ocorre uma reação elástica à compressão, como resultado da qual haverá compressão e rarefação correndo uma após a outra.
No entanto, líquidos e gases, diferentemente dos sólidos, não possuem elasticidade em relação ao cisalhamento das camadas. Portanto, ondas transversais podem se propagar em sólidos, mas não em líquidos e gases*.
É importante notar que durante a passagem da onda, as partículas do meio oscilam perto de posições de equilíbrio constantes, ou seja, em média, permanecem em seus lugares. A onda assim
transferência de energia sem transferência de matéria.
O mais fácil de aprender ondas harmônicas. Eles são causados por uma influência externa sobre o meio ambiente, mudando de acordo com a lei harmônica. Quando uma onda harmônica se propaga, as partículas do meio realizam oscilações harmônicas com frequência igual à frequência da ação externa. No futuro, vamos nos restringir às ondas harmônicas.
Vamos considerar o processo de propagação de ondas com mais detalhes. Vamos supor que alguma partícula do meio (partícula ) começou a oscilar com um período . Atuando sobre uma partícula vizinha, ele a puxará junto com ela. A partícula, por sua vez, puxará a partícula junto com ela, etc. Assim, surgirá uma onda na qual todas as partículas oscilarão com um período.
No entanto, as partículas têm massa, ou seja, têm inércia. Leva algum tempo para mudar sua velocidade. Consequentemente, a partícula em seu movimento ficará um pouco atrás da partícula, a partícula ficará atrás da partícula, etc. Quando a partícula termina a primeira oscilação depois de algum tempo e começa a segunda, a partícula, localizada a uma certa distância da partícula , iniciará sua primeira oscilação.
Assim, por um tempo igual ao período de oscilação das partículas, a perturbação do meio se propaga a uma distância . Essa distância é chamada Comprimento de onda. As oscilações da partícula serão idênticas às oscilações da partícula, as oscilações da próxima partícula serão idênticas às oscilações da partícula, etc. período de oscilação espacial; juntamente com o período de tempo, é a característica mais importante do processo ondulatório. Em uma onda longitudinal, o comprimento de onda é igual à distância entre as compressões ou rarefações adjacentes (Fig. 1). Na transversal - a distância entre saliências ou depressões adjacentes (Fig. 2). Em geral, o comprimento de onda é igual à distância (ao longo da direção de propagação da onda) entre duas partículas mais próximas do meio que oscilam da mesma maneira (ou seja, com uma diferença de fase igual a ).
Velocidade de propagação da onda é a razão entre o comprimento de onda e o período de oscilação das partículas do meio:
A frequência da onda é a frequência das oscilações das partículas:
A partir daqui, obtemos a relação da velocidade da onda, comprimento de onda e frequência:
. (1)
Som.
ondas sonoras em um sentido amplo, quaisquer ondas que se propagam em um meio elástico são chamadas. Em sentido estrito som chamadas de ondas sonoras na faixa de frequência de 16 Hz a 20 kHz, percebidas pelo ouvido humano. Abaixo deste intervalo está a área infra-som, acima - área ultra-som.
As principais características do som são volume e altura.
A intensidade do som é determinada pela amplitude das flutuações de pressão na onda sonora e é medida em unidades especiais - decibéis(dB). Assim, o volume de 0 dB é o limiar de audibilidade, 10 dB é o tique-taque de um relógio, 50 dB é uma conversa normal, 80 dB é um grito, 130 dB é o limite superior de audibilidade (o chamado o limiar de dor).
Tom - este é o som que um corpo faz, fazendo vibrações harmônicas (por exemplo, um diapasão ou uma corda). O tom é determinado pela frequência dessas oscilações: quanto maior a frequência, mais alto o som nos parece. Então, puxando a corda, aumentamos a frequência de suas oscilações e, consequentemente, o tom.
A velocidade do som em diferentes meios é diferente: quanto mais elástico for o meio, mais rápido o som se propaga nele. Nos líquidos, a velocidade do som é maior que nos gases, e nos sólidos é maior que nos líquidos.
Por exemplo, a velocidade do som no ar é de aproximadamente 340 m / s (é conveniente lembrá-lo como "um terço de quilômetro por segundo") *. Na água, o som se propaga a uma velocidade de cerca de 1500 m/s e no aço - cerca de 5000 m/s.
notar que frequência o som de uma determinada fonte em todos os meios é o mesmo: as partículas do meio fazem oscilações forçadas com a frequência da fonte sonora. De acordo com a fórmula (1), concluímos então que ao passar de um meio para outro, juntamente com a velocidade do som, o comprimento da onda sonora muda.
processo de onda- o processo de transferência de energia sem a transferência de matéria.
onda mecânica- propagação de perturbação em um meio elástico.
A presença de um meio elástico é uma condição necessária para a propagação de ondas mecânicas.
A transferência de energia e momento no meio ocorre como resultado da interação entre partículas vizinhas do meio.
As ondas são longitudinais e transversais.
Onda mecânica longitudinal - uma onda na qual o movimento das partículas do meio ocorre na direção da propagação da onda. Onda mecânica transversal - uma onda na qual as partículas do meio se movem perpendicularmente à direção de propagação da onda.
As ondas longitudinais podem se propagar em qualquer meio. As ondas transversais não ocorrem em gases e líquidos, uma vez que
não há posições fixas de partículas.
Ação externa periódica causa ondas periódicas.
onda harmônica- uma onda gerada por vibrações harmônicas das partículas do meio.
Comprimento de onda- a distância sobre a qual a onda se propaga durante o período de oscilação de sua fonte:
velocidade de onda mecânica- velocidade de propagação da perturbação no meio. A polarização é a ordenação das direções das oscilações das partículas em um meio.
Plano de polarização- o plano em que as partículas do meio vibram na onda. Uma onda mecânica linearmente polarizada é uma onda cujas partículas oscilam ao longo de uma determinada direção (linha).
Polarizar- um dispositivo que emite uma onda de uma certa polarização.
onda parada- uma onda formada como resultado da superposição de duas ondas harmônicas que se propagam uma em direção à outra e têm o mesmo período, amplitude e polarização.
Antinodos de uma onda estacionária- a posição dos pontos com amplitude máxima de oscilações.
Nós de uma onda estacionária- pontos imóveis da onda, cuja amplitude de oscilação é igual a zero.
No comprimento l de uma corda fixada nas extremidades, cabe um inteiro n meias ondas de ondas estacionárias transversais:
Essas ondas são chamadas de modos de oscilação.
O modo de oscilação para um inteiro arbitrário n > 1 é chamado de enésimo harmônico ou enésimo tom. O modo de oscilação para n = 1 é chamado de primeiro harmônico ou modo de oscilação fundamental. As ondas sonoras são ondas elásticas no meio que causam sensações auditivas em uma pessoa.
A frequência das oscilações correspondentes às ondas sonoras situa-se na faixa de 16 Hz a 20 kHz.
A velocidade de propagação das ondas sonoras é determinada pela taxa de transferência de interação entre as partículas. A velocidade do som em um sólido v p, via de regra, é maior que a velocidade do som em um líquido v l, que, por sua vez, excede a velocidade do som em um gás v g.
Os sinais sonoros são classificados por pitch, timbre e loudness. A altura do som é determinada pela frequência da fonte de vibrações sonoras. Quanto maior a frequência de oscilação, mais alto o som; vibrações de baixas frequências correspondem a sons baixos. O timbre do som é determinado pela forma das vibrações sonoras. A diferença na forma das vibrações com o mesmo período está associada a diferentes amplitudes relativas do modo fundamental e do harmônico. O volume do som é caracterizado pelo nível de intensidade do som. Intensidade do som - a energia das ondas sonoras incidentes em uma área de 1 m 2 em 1 s.
Ondas. Propriedades gerais das ondas.Aceno - este é o fenômeno da propagação no espaço ao longo do tempo de uma mudança (perturbação) de uma quantidade física que carrega energia consigo.
Independentemente da natureza da onda, a transferência de energia ocorre sem a transferência de matéria; este último só pode ocorrer como efeito colateral. Transferencia de energia- a diferença fundamental entre ondas e oscilações, nas quais ocorrem apenas transformações de energia "locais". As ondas, via de regra, são capazes de percorrer distâncias consideráveis de seu local de origem. Por esta razão, as ondas são por vezes referidas como " vibração separada do emissor».
As ondas podem ser classificadas
Por sua natureza:
ondas elásticas - ondas que se propagam em meios líquidos, sólidos e gasosos devido à ação de forças elásticas.
Ondas eletromagnéticas- propagando no espaço a perturbação (mudança de estado) do campo eletromagnético.
Ondas na superfície de um líquido- o nome convencional para várias ondas que ocorrem na interface entre um líquido e um gás ou um líquido e um líquido. As ondas na água diferem no mecanismo fundamental de oscilação (capilar, gravitacional, etc.), o que leva a diferentes leis de dispersão e, consequentemente, a um comportamento diferente dessas ondas.
Com relação à direção de oscilação das partículas do meio:
Ondas longitudinais - as partículas do meio oscilam paralelo na direção de propagação da onda (como, por exemplo, no caso da propagação do som).
Ondas transversais - as partículas do meio oscilam perpendicular a direção de propagação das ondas (ondas eletromagnéticas, ondas em superfícies de separação de meios).
a - transversal; b - longitudinais.
ondas mistas.
De acordo com a geometria da frente de onda:
A superfície da onda (frente de onda) é o lugar geométrico dos pontos em que a perturbação atingiu um determinado momento no tempo. Em um meio isotrópico homogêneo, a velocidade de propagação da onda é a mesma em todas as direções, o que significa que todos os pontos da frente oscilam na mesma fase, a frente é perpendicular à direção de propagação da onda, e os valores da oscilação quantidade em todos os pontos da frente são os mesmos.
plano onda - os planos de fase são perpendiculares à direção de propagação da onda e paralelos entre si.
esférico onda - a superfície de fases iguais é uma esfera.
Cilíndrico onda - a superfície das fases se assemelha a um cilindro.
Espiral onda - é formada se uma fonte / fontes esféricas ou cilíndricas da onda no processo de radiação se move ao longo de uma determinada curva fechada.
onda plana
Uma onda é chamada plana se suas superfícies de onda são planos paralelos entre si, perpendiculares à velocidade de fase da onda. = f(x, t)).
Consideremos uma onda senoidal plana monocromática (frequência única) se propagando em um meio homogêneo sem atenuação ao longo do eixo X.
,Onde
A velocidade de fase de uma onda é a velocidade da superfície da onda (frente),
- amplitude da onda - o módulo do desvio máximo do valor variável da posição de equilíbrio,
– frequência cíclica, T – período de oscilação, – frequência de onda (semelhante a oscilações)
k - número de onda, tem o significado de frequência espacial,
Outra característica da onda é o comprimento de onda m, esta é a distância sobre a qual a onda se propaga durante um período de oscilação, tem o significado de um período espacial, esta é a menor distância entre pontos oscilando em uma fase. 
y 
O comprimento de onda está relacionado ao número de onda pela relação , que é semelhante à relação de tempo
O número de onda está relacionado com a frequência cíclica e a velocidade de propagação da onda
x
y
y 
As figuras mostram um oscilograma (a) e um instantâneo (b) de uma onda com os períodos de tempo e espaço indicados. Ao contrário das oscilações estacionárias, as ondas têm duas características principais: periodicidade temporal e periodicidade espacial.
Propriedades gerais das ondas:
As ondas transportam energia.
2. As ondas exercem pressão sobre os corpos (têm momento).
3. A velocidade de uma onda em um meio depende da freqüência da onda - dispersão, assim, ondas de diferentes freqüências se propagam no mesmo meio em diferentes velocidades (velocidade de fase). 
4. As ondas contornam obstáculos - difração.
A difração ocorre quando o tamanho do obstáculo é comparável ao comprimento de onda.
5. Na interface entre dois meios, as ondas são refletidas e refratadas.
O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, e a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para esses dois meios.
6. Quando ondas coerentes são sobrepostas (a diferença de fase dessas ondas em qualquer ponto é constante no tempo), elas interferem - um padrão estável de mínimos e máximos de interferência é formado. 
As ondas e as fontes que as excitam são chamadas coerentes se a diferença de fase das ondas não depender do tempo. As ondas e as fontes que as excitam são chamadas de incoerentes se a diferença de fase das ondas mudar com o tempo.
Apenas ondas de mesma frequência, nas quais ocorrem oscilações na mesma direção (ou seja, ondas coerentes), podem interferir. A interferência pode ser estacionária ou não estacionária. Apenas ondas coerentes podem dar um padrão de interferência estacionário. Por exemplo, duas ondas esféricas na superfície da água, propagando-se a partir de duas fontes pontuais coerentes, produzirão uma onda resultante mediante interferência. A frente da onda resultante será uma esfera.
Quando as ondas interferem, suas energias não se somam. A interferência das ondas leva a uma redistribuição da energia das oscilações entre várias partículas do meio muito próximas. Isso não contradiz a lei de conservação de energia porque, em média, para uma grande região do espaço, a energia da onda resultante é igual à soma das energias das ondas interferentes.
Quando ondas incoerentes são sobrepostas, o valor médio do quadrado da amplitude da onda resultante é igual à soma dos quadrados das amplitudes das ondas sobrepostas. A energia das oscilações resultantes de cada ponto do meio é igual à soma das energias de suas oscilações, devido a todas as ondas incoerentes separadamente.
7. As ondas são absorvidas pelo meio. Com a distância da fonte, a amplitude da onda diminui, pois a energia da onda é parcialmente transferida para o meio.
8. As ondas são espalhadas em um meio não homogêneo.
Espalhamento - perturbações de campos de ondas causadas por não homogeneidade do meio e espalhamento de objetos colocados neste meio. A intensidade de espalhamento depende do tamanho das heterogeneidades e da frequência da onda.
ondas mecânicas. Som. Característica do som .
Aceno- perturbação se propagando no espaço.
Propriedades gerais das ondas:
transportar energia;
ter impulso (pressionar os corpos);
na fronteira de dois meios eles são refletidos e refratados;
absorvido pelo ambiente;
difração;
interferência;
dispersão;
A velocidade das ondas depende do meio pelo qual as ondas passam.
Ondas mecânicas (elásticas).
Um caso especial de ondas mecânicas - ondas na superfície de um líquido, ondas que surgem e se propagam ao longo da superfície livre de um líquido ou na interface entre dois líquidos imiscíveis. Eles são formados sob a influência de uma influência externa, como resultado da qual a superfície do líquido é removida do estado de equilíbrio. Nesse caso, surgem forças que restauram o equilíbrio: as forças da tensão superficial e da gravidade.
As ondas mecânicas são de dois tipos
Ondas longitudinais acompanhadas de deformações de tração e compressão podem se propagar em qualquer meio elástico: gases, líquidos e sólidos. As ondas transversais se propagam naqueles meios onde as forças elásticas aparecem durante a deformação por cisalhamento, ou seja, em sólidos.
De considerável interesse para a prática são as ondas harmônicas simples ou senoidais. A equação da onda senoidal plana é:
- o assim chamado número de onda ,
– frequência circular ,
MAS - amplitude de oscilação das partículas.
A figura mostra "instantâneos" de uma onda transversal em dois pontos no tempo: t e t + Δt. Durante o tempo Δt, a onda se moveu ao longo do eixo OX por uma distância υΔt. Essas ondas são chamadas de ondas viajantes.
O comprimento de onda λ é a distância entre dois pontos adjacentes no eixo OX, oscilando nas mesmas fases. Uma distância igual ao comprimento de onda λ, a onda percorre um período T, portanto,
λ = υT, onde υ é a velocidade de propagação da onda.
Para qualquer ponto escolhido no gráfico do processo de onda (por exemplo, para o ponto A), a coordenada x desse ponto muda ao longo do tempo t, e o valor da expressão ωt – kx não muda. Após um intervalo de tempo Δt, o ponto A se moverá ao longo do eixo OX por uma certa distância Δx = υΔt. Conseqüentemente: ωt – kx = ω(t + Δt) – k(x + Δx) = const ou ωΔt = kΔx.
Isso implica:
Assim, uma onda senoidal viajante tem uma periodicidade dupla - no tempo e no espaço. O período de tempo é igual ao período de oscilação T das partículas do meio, o período espacial é igual ao comprimento de onda λ. O número de onda é o análogo espacial da frequência circular.
Som.
Qualquer processo oscilatório é descrito por uma equação. Também foi derivado para vibrações sonoras:
Características básicas das ondas sonoras
|
Percepção subjetiva do som (volume, tom, timbre) |
Características físicas objetivas do som (velocidade, intensidade, espectro) |
A velocidade do som em qualquer meio gasoso é calculada pela fórmula:
β - compressibilidade adiabática do meio,
ρ - densidade.
Aplicando som
Os sonares usados debaixo d'água são chamados de sonar ou sonar (o nome sonar é formado pelas letras iniciais de três palavras em inglês: som - som; navegação - navegação; alcance - alcance). Os sonares são indispensáveis para estudar o fundo do mar (seu perfil, profundidade), para detectar e estudar vários objetos que se movem profundamente debaixo d'água. Com a ajuda deles, tanto objetos grandes ou animais individuais, quanto bandos de pequenos peixes ou moluscos, podem ser facilmente detectados.
Ondas de frequências ultrassônicas são amplamente utilizadas na medicina para fins de diagnóstico. Os scanners de ultra-som permitem examinar os órgãos internos de uma pessoa. A radiação ultra-sônica é menos prejudicial aos seres humanos do que os raios-x.
Ondas eletromagnéticas.
Suas propriedades.
onda eletromagnética é um campo eletromagnético que se propaga no espaço ao longo do tempo.
As ondas eletromagnéticas só podem ser excitadas por cargas em movimento rápido.
A existência de ondas eletromagnéticas foi teoricamente prevista pelo grande físico inglês J. Maxwell em 1864. Ele propôs uma nova interpretação da lei de indução eletromagnética de Faraday e desenvolveu ainda mais suas ideias.
Qualquer mudança no campo magnético gera um campo elétrico de vórtice no espaço circundante, um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético no espaço circundante.
Figura 1. Um campo elétrico alternado gera um campo magnético alternado e vice-versa
Propriedades das ondas eletromagnéticas com base na teoria de Maxwell:
Ondas eletromagnéticas transversal – vetores e são perpendiculares entre si e estão em um plano perpendicular à direção de propagação.
Figura 2. Propagação de uma onda eletromagnética
Os campos elétrico e magnético em uma onda viajante mudam em uma fase.
Os vetores em uma onda eletromagnética viajante formam o chamado tripleto direito de vetores.
As oscilações dos vetores e ocorrem em fase: no mesmo instante de tempo, em um ponto no espaço, as projeções das intensidades dos campos elétrico e magnético atingem um máximo, mínimo ou zero.
As ondas eletromagnéticas se propagam na matéria com velocidade final
Onde - a permeabilidade dielétrica e magnética do meio (a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no meio depende deles),
Constantes elétricas e magnéticas.
A velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo
Densidade de fluxo de energia eletromagnética
ouintensidade
J
chamada de energia eletromagnética transportada por uma onda por unidade de tempo através da superfície de uma unidade de área:
,
Substituindo aqui as expressões para , e υ, e levando em consideração a igualdade das densidades volumétricas de energia dos campos elétrico e magnético em uma onda eletromagnética, podemos obter:
As ondas eletromagnéticas podem ser polarizadas.
Da mesma forma, as ondas eletromagnéticas tem todas as propriedades básicas das ondas : carregam energia, têm momento, são refletidos e refratados na interface entre dois meios, absorvidos pelo meio, exibem as propriedades de dispersão, difração e interferência.
Experimentos Hertz (detecção experimental de ondas eletromagnéticas)
Pela primeira vez, as ondas eletromagnéticas foram estudadas experimentalmente
Hertz em 1888. Ele desenvolveu um projeto bem sucedido de um gerador de oscilação eletromagnética (vibrador Hertz) e um método para detectá-los pelo método de ressonância.
O vibrador consistia em dois condutores lineares, nas extremidades dos quais havia bolas de metal formando um centelhador. Quando uma alta voltagem foi aplicada da indução à carcaça, uma faísca saltou na abertura, encurtando a abertura. Durante sua queima, um grande número de oscilações ocorreu no circuito. O receptor (ressonador) consistia em um fio com um centelhador. A presença de ressonância foi expressa no aparecimento de faíscas no centelhador do ressonador em resposta a uma faísca surgindo no vibrador.
Assim, os experimentos de Hertz forneceram uma base sólida para a teoria de Maxwell. As ondas eletromagnéticas previstas por Maxwell acabaram se concretizando na prática.
PRINCÍPIOS DE COMUNICAÇÕES DE RÁDIO
Comunicação via rádio transmissão e recepção de informações usando ondas de rádio.
Em 24 de março de 1896, em uma reunião do Departamento de Física da Sociedade Russa de Física e Química, Popov, usando seus instrumentos, demonstrou claramente a transmissão de sinais a uma distância de 250 m, transmitindo o primeiro radiograma de duas palavras do mundo "Heinrich Hertz".
ESQUEMA DO RECEPTOR A.S. POPOV
Popov usou comunicação por rádio telégrafo (transmissão de sinais de duração diferente), tal comunicação só pode ser realizada usando um código. Um transmissor de faísca com um vibrador Hertz foi usado como fonte de ondas de rádio, e um coesor serviu como receptor, um tubo de vidro com limalhas de metal, cuja resistência, quando uma onda eletromagnética o atinge, cai centenas de vezes. Para aumentar a sensibilidade do coesor, uma de suas extremidades foi aterrada e a outra foi conectada a um fio elevado acima da Terra, sendo o comprimento total da antena um quarto de comprimento de onda. O sinal do transmissor de faísca decai rapidamente e não pode ser transmitido por longas distâncias.
As comunicações radiotelefônicas (fala e música) usam um sinal modulado de alta frequência. Um sinal de baixa frequência (som) carrega informações, mas praticamente não é emitido, e um sinal de alta frequência é bem emitido, mas não carrega informações. A modulação é usada para comunicação radiotelefônica.
Modulação - o processo de estabelecer uma correspondência entre os parâmetros do sinal HF e LF.
Na engenharia de rádio, vários tipos de modulações são usados: amplitude, frequência, fase.
Modulação de amplitude - alteração na amplitude das oscilações (elétricas, mecânicas, etc.), ocorrendo a uma frequência muito inferior à frequência das próprias oscilações.
Uma oscilação harmônica de alta freqüência ω é modulada em amplitude por uma oscilação harmônica de baixa freqüência Ω (τ = 1/Ω é seu período), t é o tempo, A é a amplitude da oscilação de alta freqüência, T é seu período.
Esquema de comunicação de rádio usando sinal AM
oscilador AM
A amplitude do sinal RF muda de acordo com a amplitude do sinal LF, então o sinal modulado é emitido pela antena transmissora.
No receptor de rádio, a antena receptora capta ondas de rádio, no circuito oscilatório, devido à ressonância, o sinal ao qual o circuito está sintonizado (a frequência portadora da estação transmissora) é selecionado e amplificado, então o componente de baixa frequência do sinal deve ser selecionado.
Rádio detector
Detecção – o processo de conversão de um sinal de alta frequência em um sinal de baixa frequência. O sinal recebido após a detecção corresponde ao sinal sonoro que atuou no microfone transmissor. Após a amplificação, as vibrações de baixa frequência podem ser transformadas em som.
Detector (desmodulador)
O diodo é usado para retificar a corrente alternada
a) sinal AM, b) sinal detectado
RADAR
A detecção e determinação precisa da localização de objetos e da velocidade de seu movimento usando ondas de rádio é chamada de radar . O princípio do radar é baseado na propriedade de reflexão das ondas eletromagnéticas dos metais.
1 - antena giratória; 2 - interruptor de antena; 3 - transmissor; 4 - receptor; 5 - scanner; 6 - indicador de distância; 7 - indicador de direção.
Para o radar, são usadas ondas de rádio de alta frequência (VHF), com sua ajuda, um feixe direcional é facilmente formado e a potência de radiação é alta. Na faixa de metros e decímetros - sistemas de treliça de vibradores, na faixa de centímetros e milímetros - emissores parabólicos. A localização pode ser realizada tanto no modo contínuo (para detectar um alvo) quanto no modo pulsado (para determinar a velocidade de um objeto).
Áreas de aplicação do radar:
Aviação, astronáutica, marinha: segurança de tráfego de navios em qualquer tempo e a qualquer hora do dia, prevenção de sua colisão, segurança de decolagem, etc. pousos de aeronaves.
Guerra: detecção oportuna de aeronaves ou mísseis inimigos, ajuste automático de fogo antiaéreo.
Radar planetário: medindo a distância até eles, especificando os parâmetros de suas órbitas, determinando o período de rotação, observando a topografia da superfície. Na antiga União Soviética (1961) - radar de Vênus, Mercúrio, Marte, Júpiter. Nos EUA e na Hungria (1946) - um experimento para receber um sinal refletido da superfície da lua.
O esquema de telecomunicações basicamente coincide com o esquema de comunicação de rádio. A diferença é que, além do sinal sonoro, são transmitidos sinais de imagem e de controle (mudança de linha e mudança de quadro) para sincronizar o funcionamento do transmissor e do receptor. No transmissor, esses sinais são modulados e transmitidos, no receptor são captados pela antena e vão para processamento, cada um em seu próprio caminho.
Considere um dos esquemas possíveis para converter uma imagem em oscilações eletromagnéticas usando um iconoscópio:
Com a ajuda de um sistema óptico, uma imagem é projetada na tela de mosaico, devido ao efeito fotoelétrico, as células da tela adquirem uma carga positiva diferente. O canhão de elétrons gera um feixe de elétrons que viaja pela tela, descarregando células carregadas positivamente. Como cada célula é um capacitor, uma mudança na carga leva ao aparecimento de uma tensão variável - uma oscilação eletromagnética. O sinal é então amplificado e alimentado no dispositivo de modulação. Em um cinescópio, o sinal de vídeo é convertido novamente em imagem (de diferentes maneiras, dependendo do princípio de operação do cinescópio).
Como o sinal de televisão carrega muito mais informações que o rádio, o trabalho é realizado em altas frequências (metros, decímetros).
Propagação de ondas de rádio.
Onda de rádio -é uma onda eletromagnética na faixa (10 4
Cada seção desta gama é aplicada onde suas vantagens podem ser melhor aproveitadas. Ondas de rádio de diferentes alcances se propagam em diferentes distâncias. A propagação das ondas de rádio depende das propriedades da atmosfera. A superfície terrestre, troposfera e ionosfera também têm forte influência na propagação das ondas de rádio.
Propagação de ondas de rádio- este é o processo de transmissão de oscilações eletromagnéticas da faixa de rádio no espaço de um lugar para outro, em particular de um transmissor para um receptor.
Ondas de frequências diferentes se comportam de maneira diferente. Vamos considerar com mais detalhes as características da propagação de ondas longas, médias, curtas e ultracurtas.
Propagação de ondas longas.
Ondas longas (>1000 m) se propagam:
A distâncias de até 1-2 mil km devido à difração na superfície esférica da Terra. Capaz de circunavegar o globo (Figura 1). Então sua propagação ocorre devido à ação de guiamento do guia de ondas esférico, sem ser refletido.
Arroz. 1 Qualidade da conexão:
estabilidade de recepção. A qualidade da recepção não depende da hora do dia, ano, condições climáticas.
Desvantagens:
Devido à forte absorção da onda à medida que se propaga sobre a superfície da Terra, são necessárias uma grande antena e um poderoso transmissor.
As descargas atmosféricas (relâmpagos) interferem.
Uso:
O alcance é usado para radiodifusão, radiotelegrafia, serviços de radionavegação e para comunicação com submarinos.
Há um pequeno número de estações de rádio transmitindo sinais de tempo precisos e relatórios meteorológicos.
Ondas médias ( = 100..1000 m) se propagam:
Como ondas longas, eles são capazes de se curvar ao redor da superfície da Terra.
Como as ondas curtas, elas também podem ser repetidamente refletidas da ionosfera.
Qualidade da conexão:
Alcance de comunicação curto. As estações de ondas médias são audíveis em um raio de mil quilômetros. Mas há um alto nível de interferência atmosférica e industrial.
Usado para comunicações oficiais e amadoras, bem como principalmente para radiodifusão.
Ondas curtas (=10..100 m) se propagam:
Repetidamente refletido da ionosfera e da superfície da Terra (Fig. 2)
Qualidade da conexão:
A qualidade da recepção em ondas curtas depende muito de vários processos na ionosfera associados ao nível de atividade solar, à época do ano e à hora do dia. Não são necessários transmissores de alta potência. Para comunicação entre estações terrestres e naves espaciais, eles são inadequados, pois não passam pela ionosfera.
Uso:
Para comunicação a longas distâncias. Para televisão, transmissão de rádio e comunicação de rádio com objetos em movimento. Existem estações de rádio departamentais de telégrafo e telefone. Este intervalo é o mais "povoado".
Ondas ultracurtas (
Às vezes, eles podem ser refletidos de nuvens, satélites artificiais da Terra ou até mesmo da lua. Neste caso, o alcance da comunicação pode aumentar ligeiramente.
A recepção de ondas ultracurtas é caracterizada pela constância da audibilidade, pela ausência de desvanecimento, bem como pela redução de diversas interferências.
A comunicação nessas ondas só é possível a uma distância da linha de visão eu(Fig. 7).
Como as ondas ultracurtas não se propagam além do horizonte, torna-se necessário construir muitos transmissores intermediários - repetidores.
Repetidor- um dispositivo localizado em pontos intermediários das linhas de comunicação de rádio, amplificando os sinais recebidos e transmitindo-os posteriormente.
retransmissão- recepção de sinais em um ponto intermediário, sua amplificação e transmissão na mesma direção ou em outra direção. A retransmissão é projetada para aumentar o alcance da comunicação.
Existem duas formas de retransmissão: via satélite e terrestre.
Satélite:
Um satélite de retransmissão ativo recebe o sinal da estação terrestre, o amplifica e, por meio de um poderoso transmissor direcional, envia o sinal para a Terra na mesma direção ou em uma direção diferente.
Terra:
O sinal é transmitido para uma estação de rádio analógica ou digital terrestre ou uma rede dessas estações e, em seguida, é enviado na mesma direção ou em uma direção diferente.
1 - transmissor de rádio,
2 - antena transmissora, 3 - antena receptora, 4 - receptor de rádio.
Uso:
Para comunicação com satélites terrestres artificiais e
VHF são divididos nas seguintes faixas:
ondas do medidor - de 10 a 1 metro, utilizado para comunicação telefônica entre navios, navios e serviços portuários.
decímetro - de 1 metro a 10 cm, usado para comunicações via satélite.
centímetro - de 10 a 1 cm, usado em radar.
milímetro - de 1cm a 1mm, usado principalmente na medicina.
A existência de uma onda requer uma fonte de oscilação e um meio ou campo material no qual essa onda se propaga. As ondas são das mais diversas naturezas, mas obedecem a leis semelhantes.
Por natureza física distinguir:
De acordo com a orientação dos distúrbios distinguir:
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Ondas longitudinais -
O deslocamento das partículas ocorre ao longo da direção de propagação; é necessário ter uma força elástica no meio durante a compressão; pode ser distribuído em qualquer ambiente. Exemplos: ondas sonoras  |
Ondas transversais -
O deslocamento das partículas ocorre na direção de propagação; pode propagar-se apenas em meios elásticos; é necessário ter uma força elástica de cisalhamento no meio; pode se propagar apenas em meios sólidos (e no limite de dois meios). Exemplos: ondas elásticas em uma corda, ondas na água
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De acordo com a natureza da dependência do tempo distinguir:
ondas elásticas - deslocamentos mecânicos (deformações) que se propagam em um meio elástico. A onda elástica é chamada harmônico(senoidal) se as vibrações do meio que lhe corresponde são harmônicas.
ondas correndo - Ondas que transportam energia no espaço.
De acordo com a forma da superfície da onda : onda plana, esférica, cilíndrica.
frente de onda- o lugar geométrico dos pontos, aos quais as oscilações atingiram um determinado ponto no tempo.
superfície da onda- lugar geométrico dos pontos oscilando em uma fase.
Características da onda
Comprimento de onda λ - a distância sobre a qual a onda se propaga em um tempo igual ao período de oscilação
Amplitude da onda A - amplitude de oscilações de partículas em uma onda
Velocidade da onda v - velocidade de propagação de perturbações no meio
Período de onda T - período de oscilação
Frequência de onda ν - o recíproco do período
Equação da onda viajante
Durante a propagação de uma onda viajante, as perturbações do meio atingem os próximos pontos no espaço, enquanto a onda transfere energia e momento, mas não transfere matéria (as partículas do meio continuam a oscilar no mesmo lugar no espaço).
Onde v- Rapidez , φ 0 - fase inicial , ω – frequência cíclica , UMA– amplitude
Propriedades das ondas mecânicas
1. reflexão de onda – ondas mecânicas de qualquer origem têm a capacidade de serem refletidas a partir da interface entre dois meios. Se uma onda mecânica se propagando em um meio encontra algum obstáculo em seu caminho, ela pode mudar drasticamente a natureza de seu comportamento. Por exemplo, na interface entre dois meios com propriedades mecânicas diferentes, uma onda é parcialmente refletida e penetra parcialmente no segundo meio.
2. Refração de ondas – durante a propagação das ondas mecânicas, pode-se observar também o fenômeno da refração: uma mudança na direção de propagação das ondas mecânicas durante a transição de um meio para outro.
3. Difração de onda – desvio das ondas da propagação retilínea, ou seja, sua curvatura em torno de obstáculos.
4. Interferência de ondas – adição de duas ondas. Em um espaço onde várias ondas se propagam, sua interferência leva ao aparecimento de regiões com os valores mínimo e máximo da amplitude de oscilação
Interferência e difração de ondas mecânicas.
Uma onda que corre ao longo de um elástico ou corda é refletida de uma extremidade fixa; isso cria uma onda viajando na direção oposta.
Quando as ondas são sobrepostas, o fenômeno de interferência pode ser observado. O fenômeno de interferência ocorre quando ondas coerentes são sobrepostas.
coerente chamadoondastendo as mesmas frequências, uma diferença de fase constante e as oscilações ocorrem no mesmo plano.
interferência é um fenômeno constante no tempo de amplificação mútua e atenuação de oscilações em diferentes pontos do meio como resultado da superposição de ondas coerentes.
O resultado da superposição de ondas depende das fases em que as oscilações se sobrepõem.
Se as ondas das fontes A e B chegam ao ponto C nas mesmas fases, então as oscilações aumentarão; se estiver em fases opostas, há um enfraquecimento das oscilações. Como resultado, um padrão estável de regiões alternadas de oscilações intensificadas e enfraquecidas é formado no espaço.
Condições máximas e mínimas
Se as oscilações dos pontos A e B coincidem em fase e têm amplitudes iguais, então é óbvio que o deslocamento resultante no ponto C depende da diferença entre os caminhos das duas ondas.
Condições máximas
Se a diferença entre os caminhos dessas ondas for igual a um número inteiro de ondas (ou seja, um número par de meias ondas) Δd = kλ , Onde k= 0, 1, 2, ..., então um máximo de interferência é formado no ponto de superposição dessas ondas.
Condição máxima
: 
A = 2x0.
Condição mínima
Se a diferença de caminho dessas ondas for igual a um número ímpar de meias ondas, isso significa que as ondas dos pontos A e B chegarão ao ponto C em antifase e se cancelarão.
Condição mínima:
A amplitude da oscilação resultante A = 0.
Se Δd não for igual a um número inteiro de meias ondas, então 0< А < 2х 0 .
Difração de ondas.
O fenômeno de desvio da propagação retilínea e arredondamento de obstáculos por ondas é chamadodifração.
A relação entre o comprimento de onda (λ) e o tamanho do obstáculo (L) determina o comportamento da onda. A difração é mais claramente manifestada se o comprimento da onda incidente for maior que as dimensões do obstáculo. Experimentos mostram que a difração sempre existe, mas se torna perceptível sob a condição d<<λ , onde d é o tamanho do obstáculo.
A difração é uma propriedade comum de ondas de qualquer natureza, que sempre ocorre, mas as condições para sua observação são diferentes.
Uma onda na superfície da água se propaga em direção a um obstáculo suficientemente grande, atrás do qual uma sombra é formada, ou seja, nenhum processo de onda é observado. Esta propriedade é utilizada na construção de quebra-mares nos portos. Se o tamanho do obstáculo for comparável ao comprimento de onda, haverá uma onda atrás do obstáculo. Atrás dele, a onda se propaga como se não houvesse nenhum obstáculo, ou seja, difração de onda é observada.
Exemplos da manifestação de difração . Ouvindo uma conversa alta na esquina da casa, sons na floresta, ondas na superfície da água.
ondas estacionárias
ondas estacionárias são formados pela adição das ondas diretas e refletidas se tiverem a mesma frequência e amplitude.
Em uma corda fixada em ambas as extremidades, surgem vibrações complexas, que podem ser consideradas como resultado da superposição ( superposições) duas ondas se propagando em direções opostas e experimentando reflexões e re-reflexões nas extremidades. Vibrações de cordas fixadas em ambas as extremidades criam os sons de todos os instrumentos musicais de cordas. Um fenômeno muito semelhante ocorre com o som de instrumentos de sopro, incluindo tubos de órgão.
vibrações das cordas. Em uma corda esticada fixada em ambas as extremidades, quando vibrações transversais são excitadas, ondas estacionárias , e os nós devem estar localizados nos locais onde a corda é fixada. Portanto, a corda é excitada com intensidade perceptível apenas essas vibrações, metade do comprimento de onda das quais se encaixa no comprimento da corda um número inteiro de vezes.
Isso implica a condição 
Comprimentos de onda correspondem a frequências 
n = 1, 2, 3...Frequências vn chamado frequências naturais cordas.
Vibrações harmônicas com frequências vn chamado vibrações próprias ou normais . Eles também são chamados de harmônicos. Em geral, a vibração de uma corda é uma superposição de diferentes harmônicos.
Equação de onda estacionária :
Nos pontos onde as coordenadas satisfazem a condição 
(n= 1, 2, 3, ...), a amplitude total é igual ao valor máximo - isso antinós
onda parada. Coordenadas antinó
: 
Nos pontos cujas coordenadas satisfazem a condição
(n= 0, 1, 2,…), a amplitude de oscilação total é igual a zero – Esse nós onda parada. Coordenadas do nó: 
A formação de ondas estacionárias é observada quando as ondas viajantes e refletidas interferem. Na fronteira onde a onda é refletida, obtém-se um antinodo se o meio a partir do qual ocorre a reflexão for menos denso (a), e obtém-se um nó se for mais denso (b).
Se considerarmos onda viajante , então na direção de sua propagação energia é transferida movimento oscilatório. Quando mesmo não há onda estacionária de transferência de energia , Porque ondas incidentes e refletidas de mesma amplitude carregam a mesma energia em direções opostas.
Ondas estacionárias surgem, por exemplo, em uma corda esticada em ambas as extremidades quando vibrações transversais são excitadas nela. Além disso, nos locais de fixação, existem nós de uma onda estacionária.
Se uma onda estacionária é estabelecida em uma coluna de ar aberta em uma extremidade (onda sonora), um antinodo é formado na extremidade aberta e um nó é formado na extremidade oposta.
Uma onda mecânica ou elástica é o processo de propagação de oscilações em um meio elástico. Por exemplo, o ar começa a oscilar em torno de uma corda vibrante ou cone de alto-falante - a corda ou o alto-falante se tornaram fontes de uma onda sonora.
Para a ocorrência de uma onda mecânica, duas condições devem ser atendidas - a presença de uma fonte de onda (pode ser qualquer corpo oscilante) e um meio elástico (gás, líquido, sólido).
Descubra a causa da onda. Por que as partículas do meio ao redor de qualquer corpo oscilante também entram em movimento oscilatório?
O modelo mais simples de um meio elástico unidimensional é uma cadeia de bolas conectadas por molas. As bolas são modelos de moléculas, as molas que as conectam modelam as forças de interação entre as moléculas.
Suponha que a primeira bola oscile com uma frequência ω. A mola 1-2 é deformada, surge uma força elástica, que muda com a frequência ω. Sob a ação de uma força externa que muda periodicamente, a segunda bola começa a realizar oscilações forçadas. Como as oscilações forçadas sempre ocorrem na frequência da força motriz externa, a frequência de oscilação da segunda bola coincidirá com a frequência de oscilação da primeira. No entanto, as oscilações forçadas da segunda bola ocorrerão com algum atraso de fase em relação à força motriz externa. Em outras palavras, a segunda bola começará a oscilar um pouco mais tarde do que a primeira bola.
As vibrações da segunda bola causarão uma deformação periódica da mola 2-3, que fará a terceira bola oscilar e assim por diante. Assim, todas as bolas da cadeia estarão alternadamente envolvidas em um movimento oscilatório com a frequência de oscilação da primeira bola.
Obviamente, a causa da propagação da onda em um meio elástico é a presença de interação entre as moléculas. A frequência de oscilação de todas as partículas na onda é a mesma e coincide com a frequência de oscilação da fonte de onda.
De acordo com a natureza das oscilações das partículas em uma onda, as ondas são divididas em ondas transversais, longitudinais e de superfície.
NO onda longitudinal partículas oscilam ao longo da direção de propagação da onda.
A propagação de uma onda longitudinal está associada à ocorrência de deformação tração-compressão no meio. Nas áreas esticadas do meio, observa-se uma diminuição na densidade da substância - rarefação. Em áreas comprimidas do meio, ao contrário, há um aumento na densidade da substância - o chamado espessamento. Por esta razão, uma onda longitudinal é um movimento no espaço de áreas de condensação e rarefação.
A deformação tração-compressão pode ocorrer em qualquer meio elástico, de modo que as ondas longitudinais podem se propagar em gases, líquidos e sólidos. Um exemplo de onda longitudinal é o som.
NO onda de cisalhamento partículas oscilam perpendicularmente à direção de propagação da onda.
A propagação de uma onda transversal está associada à ocorrência de deformação de cisalhamento no meio. Esse tipo de deformação só pode existir em sólidos, então ondas transversais só podem se propagar em sólidos. Um exemplo de onda de cisalhamento é a onda S sísmica.
ondas de superfície ocorrem na interface entre dois meios. As partículas oscilantes do meio têm componentes transversais, perpendiculares à superfície e longitudinais do vetor de deslocamento. Durante suas oscilações, as partículas do meio descrevem trajetórias elípticas em um plano perpendicular à superfície e passando pela direção de propagação da onda. Um exemplo de ondas de superfície são as ondas na superfície da água e as ondas L sísmicas.
A frente de onda é o lugar geométrico dos pontos atingidos pelo processo de onda. A forma da frente de onda pode ser diferente. As mais comuns são as ondas planas, esféricas e cilíndricas.
Observe que a frente de onda está sempre localizada perpendicular direção da onda! Todos os pontos da frente de onda começarão a oscilar em uma fase.
Para caracterizar o processo ondulatório, são introduzidas as seguintes grandezas:
1. Frequência da ondaν é a frequência de oscilação de todas as partículas na onda.
2. Amplitude da onda A é a amplitude de oscilação das partículas na onda.
3. Velocidade da ondaυ é a distância sobre a qual o processo de onda (perturbação) se propaga por unidade de tempo.
Preste atenção - a velocidade da onda e a velocidade de oscilação das partículas na onda são conceitos diferentes! A velocidade de uma onda depende de dois fatores: o tipo de onda e o meio em que a onda se propaga.
O padrão geral é o seguinte: a velocidade de uma onda longitudinal em um sólido é maior que em líquidos, e a velocidade em líquidos, por sua vez, é maior que a velocidade de uma onda em gases.
Não é difícil entender a razão física dessa regularidade. A causa da propagação das ondas é a interação das moléculas. Naturalmente, a perturbação se propaga mais rapidamente no meio onde a interação das moléculas é mais forte.
No mesmo meio, a regularidade é diferente - a velocidade da onda longitudinal é maior que a velocidade da onda transversal.
Por exemplo, a velocidade de uma onda longitudinal em um sólido, onde E é o módulo de elasticidade (módulo de Young) da substância, ρ é a densidade da substância.
Velocidade de onda de cisalhamento em um sólido, onde N é o módulo de cisalhamento. Uma vez que para todas as substâncias , então . Um dos métodos para determinar a distância até a fonte de um terremoto é baseado na diferença nas velocidades das ondas sísmicas longitudinais e transversais.
A velocidade de uma onda transversal em uma corda esticada ou corda é determinada pela força de tração F e a massa por unidade de comprimento μ:
4. Comprimento de ondaλ é a distância mínima entre pontos que oscilam igualmente.
Para ondas que viajam na superfície da água, o comprimento de onda é facilmente definido como a distância entre duas saliências adjacentes ou depressões adjacentes.
Para uma onda longitudinal, o comprimento de onda pode ser encontrado como a distância entre duas concentrações ou rarefações adjacentes.
5. No processo de propagação da onda, seções do meio estão envolvidas em um processo oscilatório. Um meio oscilante, primeiramente, se move, portanto, possui energia cinética. Em segundo lugar, o meio pelo qual a onda passa é deformado, portanto, possui energia potencial. É fácil ver que a propagação da onda está associada à transferência de energia para partes não excitadas do meio. Para caracterizar o processo de transferência de energia, introduzimos intensidade da onda EU.
