Ալիքներ

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Ալիք (այլ կիրառումներ)

Ալիք, տատանումների տարածումը ժամանակի ընթացքում տարածության մեջ։ Ալիքները բնության մեջ հաճախ հանդիպող երևույթ են։ Ձայնը, լույսը, էլեկտրամագնիսականությունը ալիքային երևույթներ են։ Ալիքի երկու հիմնական տիպ կա՝ մեխանիկական և էլեկտրամագնիսական։ Մեխանիկական ալիքները տարածվում են միջավայրում՝ փոխազդելով նրա մասնիկների հետ և առաջացնելով միջավայրի նյութի դեֆորմացիա։ Ձայնը մեխանիկական ալիք է։ Էլեկտրամագնիսական ալիքները լիցքավորված մասնիկների ստեղծած էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի պարբերական տատանումներ են և կարող են տարածվել վակուումում։ Այս տիպի ալիքները տարբեր ալիքի երկարություններ ունեն և ըստ դրա դասակարգվում են ռադիոալիքների, միկրոալիքների, ինֆրակարմիր ճառագայթման, տեսանելի լույսի, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, ռենտգենյան և գամմա-ճառագայթների։

Ալիքներ ջրի մակերեսին

Լայնական և երկայնական ալիքներ

Այն ալիքը, որում միջավայրի մասնիկները տատանվում են նրա տարածման ուղղությանն ուղղահայաց կոչվում է լայնական։ Ջրի մակերևույթին տարածվող ալիքների դեպքում ջրի մասնիկներն ու ալիքի վրայով լողացող փայտի կտորը վեր ու վար են շարժվում, իսկ ալիքը հեռանում է հորիզոնական ուղղությամբ։ Պարանի ծայրը վերև-ներքև շարժվելիս ալիքը տարածվում է այդ շարժման ուղղահայաց ուղղությամբ։

Այն ալիքը, որում միջավայրի մասնիկները տատանվում են ալիքի տարածման ուղղությամբ, կոչվում է երկայնական։ Երկայնական ալիքի օրինակ՝ եթե ձեռքով պարբերաբար հարվածենք մի ծայրը պատին ամրացրած երկար, թույլ զսպանակի ազատ ծայրին, ապա կնկատենք, թե ինչպես է զսպանակի երկայնքով գալարների խտացումների և նոսրացումների տեսքով ալիք տարածվում։

Հարվածի ժամանակ գալարները զսպանակի այդ ծայրում մոտենում են իրար՝ կազմելով գալարների խտացում, իսկ երբ ձեռքը հեռացնում ենք զսպանակից, գալարները հեռանում են իրարից, և նախկին խտացման տեղում առաջանում է գալարների նոսրացում։ Զսպանակի գալարներն այսպիսով տատանվում են։

Հեղուկների մեջ և գազերում կարող են տարածվել միայն երկայնական ալիքներ, իսկ պինդ մարմիններում` և՛ երկայնական, և՛ լայնական։

Ալիքի տարածման արագություն

Դժվար չէ նկատել, որ զսպանակի ձախ ծայրում առաջացած խտացումներն ու նոսրացումները աջ ծայր հասնում են ոչ թե միանգամից, այլ որոշ ժամանակ անցնելուց հետո։ Դա նշանակում է, որ տատանումները զսպանակի միջոցով տարածվում են ոչ թե ակնթարթորեն, այլ մի որոշ արագությամբ։ Այդ արագությունը կոչվում է ալիքի տարածման արագություն։ Ալիքի արագությունը որոշվում է այն միջավայրի հատկություններով, որում տարածվում է։

Ալիքի երկարություն

Հիմնական հոդված՝ Ալիքի երկարություն

Միջավայրով ալիքի տարածման ժամանակ միջավայրի մասնիկները միաժամանակ չեն սկսում տատանողական շարժումը։ Այն մասնիկները, որոնք ալիքի առաջացման կետից ավելի հեռու են գտնվում, ավելի ուշ կսկսեն տատանվել։ Պարզ է, որ ուշացման ժամանակամիջոցը կախված է ալիքի տարածման արագությունից։

Ենթադրենք, թե ալիքի առաջացման կետում մասնիկը կատարում է տատանում T պարբերությամբ։ T ժամանակ անց կսկսեն տատանվել միջավայրի այն մասնիկները, որոնք գտնվում են նշված կետից vT հեռավորության վրա։ Այդ հեռավորությունն անվանում են ալիքի երկարություն և նշանակում λ (լյամդա) տառով։ Այսպիսով, ալիքի երկարությունը`

$\lambda =vT={\frac {v}{\nu }}={\frac {2\pi v}{\omega }}$,

որտեղ $v$-ն ալիքի փուլային արագությունն, իսկ $\nu$-ն՝ հաճախությունը, $\omega$-ն՝ անկյունային հաճախությունը։

Ծովի կամ գետի մակերևույթին առաջացող ալիքների համար ալիքի երկարությունը մի ալիքի փոսից մինչև հաջորդ ալիքի փոսը կամ մի ալիքիկատարից մինչև հաջորդ ալիքի երկարություն ունեն, քան գետի ալիքները։ Զսպանակում առաջացող ալիքների դեպքում դա երկու հարևան խտացումների կամ նոսրացումների միջև եղած հեռավորությունն է։

Էլեկտրամագնիսական ալիքներ

Հարթ էլեկտրամագնիսական ալիքներ

Էլեկտրամագնիսական ալիքները լայնական ալիքներ են։ Դիտարկենք անսահման եռաչափ տարածություն դեկարտյան կոորդինատային համակարգում՝x,y,z, որի ամեն կետում տրված է վեկտորային պոտենցիալը, որը փոփոխվում է հետևյալ օրենքով.

$A(z,t)=A_{0}cos(\omega t\pm \beta z)$

Այդ դեպքում ասում են, որ տարածության մեջ կա մոնոքրոմատիկ հարթ ալիք։ Կոսինուսի արգումենտը՝ $\omega t\pm \beta z$, որը կոչվում է փուլ, t ժամանակի և z կոորդինատի ֆունկցիան է։ Եթե ֆիքսված է z-ը, ապա A մեծությունը T=2π/ω պարբերությանը կենտ ժամանակահատվածներում ընդունում է նույն արժեքները։ Եթե ֆիքսված է ժամանակը, ապա A մեծությունը z առանցքով պարբերաբար փոփոխվում է λ ալիքի երկարություն կոչվող պարբերությամբ։ Պարզ է, որ

$\beta ={\frac {2\pi }{\lambda }}$

ալիքային թիվ մեծության ֆիզիկական իմաստն այն է, որ ցույց է տալիս, թե քանի ռադիանով է փոխվում ալիքի փուլը, երբ ալիքն անցնում է 1 մ ճանապարհահատված։

$\omega t\pm \beta z=const$ հարթությունը, որը բավարարում է այս հավասարմանը, կկոչենք հարթ ալիքի ալիքային ճակատ։

Դիտարկվող դեպքում ալիքային ճակատներն անվերջ հարթություններ են, որոնք ուղղահայաց են z առանցքին, և տարածվում են

$V_{\phi }={\frac {dz}{dt}}={\frac {\omega }{\beta }}$

արագությամբ, որը կոչվում է փուլային արագություն։

Դիտարկենք հարթ ալիքների կոմպլեքս ամպլիտուդները։ Դրական ուղղությամբ տարածվող ալիքը՝

$A_{+}=A_{0}e^{-j\beta z}$

Հակառակ ուղղությամբ՝

$A_{-}=A_{0}e^{+j\beta z}$

Ցանկացած իրական միջավայրում ալիքի տարածումը կապված է ջերմային կորուստներով պայմանավորված նրա ամպլիտուդի անկման հետ։

$A_{0}\sim e^{-\alpha z}$

$\alpha$-ալիքի մարման հաստատունն է։

$\gamma =\beta -j\alpha$-ն՝ տարածման հաստատուն, որի իրական մասը փուլի փոփոխման օրենքն է որոշում, իսկ կեղծը բնորոշում է մարումը։

Երբ ինչ - որ կետային աղբյուր գրգռում է անվերջ համասեռ տարածությունը, ասում են, որ տեղի ունի գնդային ալիք։ Ալիքային ճակատները՝ գնդեր են։

$A(r,t)\approx {\frac {A_{0}}{r}}cos(\omega t-\beta z)$

որտեղ r-ը շառավղային կոորդինատն է։ Աղբյուրներից բաղկացած z առանցքով տեղավորված անվերջ շղթայի գրգռված ալիքները կոչվում են գլանաձև ալիքներ։ Ալիքային ճակատները համակենտրոն գլաններ են։

$A(r,t)\approx {\frac {A_{0}}{\sqrt {r}}}cos(\omega t-\beta z)$

Հարթ էլեկտրամագնիսական ալիքների հատկությունները

Եթե ճառագայթիչն ու ընդունիչը գտնվում են համասեռ և իզոտրոպային՝ դիելեկտրիկական միջավայրում, իրարից մեծ հեռավորության վրա և ճառագայթումը կատարվւմ է բոլոր կողմերով հավասարաչափ, ապա ալիքները կլինեն սֆերիկ (գնդաձև)։ Ավելի ճիշտ ասած գնդաձև կլինի ալիքի ճակատը, այսինքն՝ այն մակերևույթը, որի բոլոր կետերում ալիքն ունի միևնույն ֆազը (օրինակ, կատար)։ Համասեռ միջավայրում ալիքները տարածվում են ուղղաձիգ. ալիքի ճակատը իր յուրաքանչյուր տարրական մակերեսով ուղղահայաց է այդ մակերեսը ծակող-անցնող ուղղաձիգ ճառագայթին։ Այդ ճառագայթներից մեկը ուղղված է ճառագայթիչներից դեպի ընդունիչ։

Ճառագայթչից բավականաչափ մեծ հեռավորության վրա թույլատրելի է հարթ համարել ալիքի ճակատի այն տեղամասը, որն ունի նույնիսկ վերջնական, այլ ոչ թե անվերջ փոքր չափեր, իսկ այդ տեղամասը ծակող-անցնող ճառագայթները՝ զուգահեռ։ Հետևաբար, ընդունիչ սարքի վրա ներգործող ալիքները գործնականում կարելի է համարել հարթ։

Սեյսմական ալիքներ

Հիմնական հոդված՝ Սեյսմիկ ալիքներ

Երկրաշարժերի կամ հզոր պայթյունների օջախներից Երկրի ներսում ալիքներ են տարածվում։ Այդ ալիքները կոչվում են սեյսմական։ Քանի որ Երկիրը հիմնականում պինդ է, ապա նրանում միաժամանակ կարող են առաջանալ երկու տեսակի ալիքներ՝ երկայնական և լայնական։ Այս ալիքների արագությունը նույնը չէ, երկայնական ալիքները լայնականներից արագ են տարածվում։ Օրինակ՝ 500 կմ խորության վրա լայնական սեյսմիկ ալիքների արագությունը մոտավորապես 5 կմ/վ է, իսկ երկայնական ալիքները՝ 10 կմ/վ։ Սեյսմական ալիքներով պայմանավորված Երկրի մակերևույթի տատանումների արձանագրումն ու գրանցումն իրականացվում է սեյսմոգրաֆի միջոցով։ Սեյսմոգրաֆի հիմնական մասը ճոճանակն է, որը սկսում է տատանվել սեյսմական ալիքների ի հայտ գալուց։ Սարքավորման պարզագույն տեսակի դեպքում ճոճանակը միացնում են գրող սարքին, որը հատուկ ժապավենի վրա գծում է տատանումների գրաֆիկը։ Տարածվելով երկրաշարժի օջախից՝ առաջինը սեյսմական կայանին են հասնում երկայնական ալիքները, իսկ որոշ ժամանակ անց՝ լայնականները։ Իմանալով երկրակեղևում ալիքների տարածման արագությունը՝ կարելի է որոշել մինչև երկրաշարժի էպիկենտրոն ընկած R հեռավորությունը։

Աղբյուրներ

Էլեկտրադինամիկա և Ռադիոալքների տարածում։ Ուսումնական ձեռնարկ/Հեղինակ Ա․ Սարգսյան։ Հարաստանի Պետական Ճարտարագիտական համալսարան։ Երևան 2004 թ-170 էջ։

Արտաքին հղումներ

• Ֆեյնմանի դասախոսություն ալիքների մասին

Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Ալիքներ» հոդվածին։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 1, էջ 177)։