Волны

Итак, что такое колебания - вроде бы знаем. Волны - это следствие колебаний.

Простейший пример: раскладываем на земле длинную веревку, берем в руку ее конец, и начинаем болтать рукой вверх - вниз. То есть - совершать колебательные движения. Что случится с веревкой? Точно! По ней побегут волны, от "колеблющейся" руки к свободному концу. То есть, колебания одной точки на веревке порождают колебания всех остальных ее точек.

Другой пример - знакомый всем с детства: кидаем камень в воду - от него расходятся круги. Как это происходит?

В месте ударения камня вода как бы прогибается вниз. Камень скрывается под водой - вода поднимается на прежнее место. То есть, в момент падения камня, в точке его падения происходит колебание воды. Это колебание вызывает колебание соседних точек поверхности воды - то есть, идет волна.

По той же причине, мы слышим звуки. Но у волн на воде и звуковых волн несколько разная структура. Волны на воде - это сменяющие друг друга выпуклости и впадинки водяной поверхности. Звуковые же волны представляют собой чередующиеся области повышенного и пониженного давления воздуха. Говоря научным языком, волны на воде - "поперечные", потому что колебания происходят поперек направления их распространения. Звуковые волны - "продольные", потому что их колебания происходят вдоль направления распространения.

Волны различают не только на продольные и поперечные. Для их описания используют и другие характеристики. Вот некоторые из них: амплитуда, длина, скорость распространения.

Пара слов о каждом.

1. Амплитуда - расстояние между гребнем волны (наивысшей точкой) и точкой покоя (нуль). Иначе говоря - половина расстояния между самой высокой и самой низкой точками. Чем больше амплитуда волны - тем громче звук, тем сильнее шторм… :)

2. Скорость распространения - сколько метров пробегает волна за секунду. Например, скорость распространения звуковой волны (скорость звука) - около 330 м/с.

3. Длина волны - расстояние между гребнями соседних волн. 

Длина зависит от скорости распространения волны и от частоты колебания, породившего эту волну. Рассчитываем по формуле:

л = v/F

где:
л - длина волны,
v - скорость распространения,
F - частота колебания.

Например, звук с частотой 100 Гц (100 колебаний в секунду) будет иметь длину волны 3,3 метра. Почему? Звук пробегает за 1 секунду 330 метров. За это же время совершается 100 колебаний. То есть, в 330 метрах уложится 100 волн. Делим 330 метров на 100 и получаем - 3,3 метра. Все, как всегда, просто! =)

Умение рассчитывать длину волны нам пригодится в дальнейшем, когда мы будем говорить о приемниках, передатчиках и их антеннах.

Кроме волн на воде и волн звуковых, существует еще целая куча всевозможных волн. Но нас эта куча не касается. За исключением одного вида - волн электромагнитных.

Что такое электромагнитные волны, на самом деле точно не знает никто. Даже самый умный ученый не откроет вам эту тайну. Не потому что вредный - просто и он тоже не знает. :) Однако, именно этим волнам мы обязаны и радиосвязью, и телевидением, и даже зрением. Свет - это тоже электромагнитные волны. Только их длина ничтожно мала - тысячные доли миллиметра.

Все электромагнитные волны распространяются со скоростью света - 300 000 км/с.

Для радиосвязи используют волны с длиной от нескольких сантиметров, до нескольких километров.
Например, длина волн всеми любимого диапазона "FM" - порядка 3 метров.
А первый канал телевидения вещает на волне 6,25 м.

От длины волны, кстати, зависит размер антенны. Чем длиннее - тем больше. В идеале, один "ус" антенны должен быть равен четверти длины волны. Но обычно все же, применяют так называемые "укороченные" антенны. В таких антеннах длина "наращивается" за счет специальной схемы включения. Об этом мы еще поговорим.

Итак, мы вплотную подошли к радиосвязи.