Структура волновых полей ч. 1

fig11
Продольные волны
С.Б. Каравашкин
e-mail: sbkaravashkin@gmail.com
Труды СЕЛФ
блог «Classical Science»
оригинал

.Когда мы моделируем волновые процессы, чаще всего мы это делаем с помощью поперечных волн, аналогичных гравитационным волнам на воде, поскольку легче изображаются и более наглядно демонстрируют доказываемое, хотя продольные волны не менее, если не более распространены в природе. В принципе, большой ошибки в этом нет, поскольку продольные и поперечные волны имеют общие волновые свойства, которых зачастую нам вполне достаточно для замены в рассмотрении поперечных волн продольными и наоборот.
К тому же, во многих случаях продольные волны формируют поперечные, что ранее, теоретически и экспериментально мы демонстрировали в работах {1}, {2}. Вид такой поперечной волны на поверхности тонкого стержня при распространении продольной волны внутри стержня, смоделированный в работе {2}, представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид поперечных волн, распространяющихся в полубесконечном стержне конечного сечения при различных амплитудах внешней продольной силы F0
Но редко кто обращал внимание на то, что происходит при наложении волн, сводя всё к узкому списку догматически цитируемых законов интерференции и описанию стоячих волн. Подавляющее большинство удовлетворялось тем, что волновым процессам свойствен принцип суперпозиции и после пересечения волны продолжают распространяться в исходных направлениях. Да, это действительно так. Тем не менее, исследование области самого пересечения таит в себе много нюансов, которые могут пролить свет на условия и характер образований, которые сторонники эфирных концепций зачастую склонны приписывать вихрям и которые формируются в локальной области с потенциальной возможностью сохранять устойчивость при прекращении действия внешних полей. В данной серии статей будет рассмотрен ряд полевых структур для визуализации процессов, происходящих в области между динамическими источниками поля.
В качестве первой схемы, рассмотрим схему пересечения волн от четырёх излучателей продольных волн, представленную на рис. 2.
Рис. 2. Общий вид области между четырьмя источниками динамического продольного поля
В принципе, с точки зрения существующих представлений на рис. 2 нет ничего непривычного. Отличия появляются при задании определённых условий излучения поля источниками.
Чтобы это показать, рассмотрим данную схему при воздействии источников продольного поля на внутреннюю область со следующим соотношением фаз излучения:
(1)
где r1, r2, r3, r4 – расстояния от источников до исследуемой точки внутренней области; k = ω/с – волновой вектор; ω – частота излучения; φ = π/2 – фаза запаздывания излучения источников; Q0 – амплитуда излучения источников. В приведенных зависимостях взята квадратичная зависимость напряжённости поля от расстояния до источника, поскольку будет исследоваться область в ближней зоне излучения источников. Также следует отметить, что в расчётах важным параметром будет длина волны λ = 2πс/ω, а не частота, поскольку данные построения будут справедливы при любой частоте при условии соблюдения соотношений между положением источников и длиной волны их излучения.
Расчётная схема для первого источника представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема для расчета поля, излучаемого первым источником
S1

Из построения:
(2)
Схема для расчёта поля, излучаемого источником S2, представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема для расчета поля, излучаемого вторым источником
S2
.

Из построения на рис. 4:
(3)
Схема для расчёта поля, излучаемого источником S3, представлена на рис. 5.
Рис. 5. Схема для расчета поля, излучаемого третьим источником
S3
.

Из построения на рис. 5:
(4)
Схема для расчёта поля, излучаемого источником S4, представлена на рис. 6.
Рис. 6. Схема для расчета поля, излучаемого четвёртым источником
S4
.

(5)
Суммарное поле определится в проекциях выражениями:
(6)
На основе полученных выражений, динамическая диаграмма представлена на рис. 6.
Рис. 7. Динамическая диаграмма колебаний, возбуждаемых суперпозицией продольных волн при l = 5,25 λ , размер области диаграммы a = ±3λ.

Следует отметить, что некоторое влияние на картину оказывает дробная часть величины l. На приведенной диаграмме её удвоенная величина равна половине длины волны. На рис. 8 представлена диаграмма для l = 5,125 λ, т.е. когда удвоенная дробная часть равна четверти длины волны.
Рис. 8. Динамическая диаграмма колебаний, возбуждаемых суперпозицией продольных волн при l = 5,125 λ , размер области диаграммы a = ±3 λ

Из диаграммы видно, что в отличие от полуволновой диаграммы на рис. 7, изменилось местоположение центров перманентных пучностей, но сама структура поля осталась прежней и бегущая волна также не сформировалась. Это хорошо видно на рис. 9, который построен методом деформированной сетки на основе параметров рисунка 7, но для центральной области a = ±λ/2
Рис. 9. Динамическая диаграмма колебаний, возбуждаемых суперпозицией продольных волн при l = 5,25 λ , размер области диаграммы a = ±0,6λ.

Таким образом, несмотря на циклическое запаздывание фазы излучения источников, которое внешне должно было бы формировать замкнутую бегущую волну в области, в ней возникают перманентные пучности. Но ожидаемого замыкания волн, как и бегущей волны, нет, хотя силовые векторы, как и узлы решётки в центральной части, совершают круговые вращения.
Наличие показанных локальных сжатий свидетельствует о том, что если в этой области будет находиться некоторое вещество, например, газопылевая смесь галактических и межгалактических туманностей, то суперпозиция продольных волн может приводить к множественному локальному сжатию этой смеси по всей области туманности, как предвестника дальнейшего самопроизвольного гравитационного сжатия, описанного в {3}. В результате будет образовываться гранулированная структура, вид которой представлен на рис. 10, 11.
Рис. 10. Субмиллиметровая карта поляризации молекулярного облака в Змееносце, показывающая, что компоненты поля лежат вдоль силовых трубок, и сложную структуру наиболее развитых молодых звездных объектов в южной части облака (Davis et al. 1999). {4} http://www.ifa.hawaii.edu/research

Рис. 11. Шаровые скопления: объект IC2391, снятый телескопом ROSAT/PSPC в мягких рентгеновских лучах {4},
www.ifa.hawaii.edu/research/stars_and_galaxy.htm

При этом, продольные волны могут быть самой разной природы, включая акустические, электромагнитные, гравитационные.
Безусловно, в реальных облаках во Вселенной суперпозиция волн является значительно более сложной, хотя основные закономерности суперпозиции, представленные в данном исследовании, сохраняются. Некоторые примеры подобных волн в туманностях представлены на рис. 12 и рис.13
Рис. 12. Туманность Петля Лебедя (Veil Nebula ) NGC6960, один из самых красивых объектов звездного неба {5}.

Рис. 13. Галактики Антенны (NGC 4038/NGC 4039) — две взаимодействующие галактики в созвездии Ворона на расстоянии 65 млн световых лет от нас. Столкновение облаков их газа и пыли в присутствии магнитного поля приводит к увеличению темпа образования звезд в этом месте вселенной © ESA / Hubble & NASA {6}.

Как мы могли видеть, суперпозиция продольных волн способна создавать локальные области сжатия, как основу для дальнейшего гравитационного формирования глобул, может возбуждать первичное вращение этих глобул, усиливающееся и стабилизирующееся комплексным запаздыванием, описанным в {7}, Единственно, чего не может сформировать совокупность продольных волн – это устойчивой локально замкнутой вихревой системы, в которой, условно говоря, начало периода волны было бы динамически связано с его окончанием.

Литература:
1. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение существования поперечной акустической волны в газе. Труды СЕЛФ, 2 (2002), 1, 3–16.
2. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Особенности распространения продольных волн сжатия в однородном упругом стержне конечного сечения (линейное моделирование). Труды СЕЛФ, 2 (2002), 2, 17–27.
3. Каравашкин С.Б., Каравашкина О.Н. Некоторые уточнения понятия энтропии макросистемы. Труды СЕЛФ, 6 (2006), 1, 18–27.
4. Каравашкина О.Н., Каравашкин С.Б. Некоторые аспекты эволюции Земли. Глава 2. Гипотеза образования планетной системы (часть I). Труды СЕЛФ, 3 (2003), 1, 55–71.
5. Туманность анфас и в профиль – журнал «Вокруг света».
6. Лучшие снимки, сделанные телескопом «Хаббл» в 2018 году – kalaputski .
7. С.Б. Каравашкин О встречном движении масс – // блог «Classical Science».

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2019, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU