Ваганні і хвалі

Такія з'явы, як ваганні і хвалі, ставяцца да адных з самых распаўсюджаных у прыродзе, як жывы, так і неарганічнай. Да вагальным працэсам адносяць тыя, пры якіх некаторыя экспанавацца стану той ці іншай сістэмы перыядычна паўтараюцца. Яшчэ са школы ўсім вядомыя досведы з Качана маятнікам - гэта прыклад самага простага вагальнага працэсу.

Больш складаным, але ад гэтага не менш распаўсюджаным можна лічыць такая з'ява як хвалі. Іх прырода вельмі разнастайная, і мы можам гэта назіраць на прыкладзе дзеянні шматлікіх навакольных нас з'яў. Самым відавочным, калі так можна выказацца, з'яўляецца святло, яго распаўсюджванне ў розных асяроддзях - паветры, вадзе, вакууме, хімічных сумесях.

Зразумець, як звязаны паміж сабой ваганні і хвалі досыць проста. Уявіце сабе нейкую вагальны сістэму, той жа ківач у дрыготкім стане, і затым перамесціце яго, ня спыняючы вагальнага працэсу, у іншае месца, і вы атрымаеце хвалевы з'ява. Адным словам, хваляй можна назваць працэс, падчас якога ваганні перамяшчаюцца з аднаго месца ў іншае.

Адрозненне прыроды ваганняў ад хваляў можна прасачыць і на прыкладзе іх матэматычнага адлюстравання. Ваганні і хвалі, формулы якіх выдатныя адзін ад аднаго, выяўляюцца такім чынам.

Ваганні ў самым найпростым выглядзе характарызуюцца паказчыкамі колькасці ваганняў, іх частоты і часу здзяйснення аднаго вагальнага цыклу. Формула сувязі гэтых параметраў мае такі выгляд: f = 1 / Т, дзе n - колькасць ваганняў, Т - перыяд часу, за якое здзяйсняецца вагальны працэс. Пры неабходнасці больш дэталёвага апісання вагальных з'яў выкарыстоўваюцца дадатковыя параметры. Так, напрыклад, калі мы разглядаем ваганні цыклічнага тыпу, нам будзе неабходны паказчык: фаза (j) - велічыня, якая паказвае, якая частка ваганні ўжо адбылася з пачатку ўсяго працэсу, цыклічная частата (w), амплітуда (А), якая паказвае максімальнае адхіленне сістэмы ад першапачатковага стану. Формула гэтага гарманічнага працэсу тады прыме выгляд: f = A sin j, або A = f / sin j.

Улічваючы, што асноўным фактарам адрозненні мёду хваляй і ваганнем выступае велічыня зрушэння, у найпростым выглядзе хвалевы з'яву можна адлюстраваць формулай выгляду: S = A · sin ω х (t - x / v), дзе S - велічыня хвалевага зрушэння, v - хуткасць зрушэння (хуткасць хвалі), ω - кутняя частата.

У навуках, якія займаюцца даследаваннем вагальных-хвалевых працэсаў, прынята асобна разглядаць механічныя хвалі і ваганні і электрамагнітныя. Звязана гэта з тым, што электрамагнітныя распаўсюджваюцца ў асаблівых асяроддзях і характарызуюцца тым, што пры распаўсюдзе пераносяць энергію вагальнага імпульсу, ня пераносячы самага рэчыва (сістэмы), якая здзяйсняе гэта ваганне. Перш за ўсё, прыкладам тут могуць быць самыя разнастайныя поля: электрычныя, электрамагнітныя, радыёхвалі, выпраменьвання розных тыпаў.

Як было сказана, ваганні і хвалі ў тэорыі разглядаюцца асобна, але гэта зусім не азначае іх ізаляванасці ў прыродзе і тых тэхналогіях, якія створаны чалавекам. Найбольш яркім прыкладам тут можа выступіць прымяненне вагальных-хвалевых працэсаў у радыёлакацыі. Выпраменьваючая станцыя пасылае хвалевай вагальны сігнал з зададзенай частатой да аб'екта, які рухаецца ў пэўны момант часу. Дасягае гэтага аб'екта хваля ўжо ў іншы момант часу, а адлюстроўваецца і прыходзіць на прымаючы станцыю (модуль) - у трэці. Гэта значыць паміж пасылам хвалі і яе прыёмам утворыцца нейкі часовай адрэзак, які характарызуе перасоўванне аб'екта ў прасторы. Ведаючы час затрымкі хвалі і адлегласць, можна з вялікай дакладнасцю вызначаць хуткасць які рухаецца аб'екта, а таксама яго месцазнаходжанне. Прычым, чым менш даўжыня хвалі, тым азначэнняў месцазнаходжаньня будзе дакладней.

У сучасных тэхналогіях ваганні і хвалі знаходзяць усё больш шырокае прымяненне. Усім вядомы працэсар кампутара ўяўляе сабой не што іншае, як вагальны сістэму, у якой існуе некалькі соцень мільёнаў транзістараў, якія здзяйсняюць вылічальныя аперацыі па прыкладзе вагальных ў двайковай сістэме злічэння. Хуткасць такіх вагальных сістэм надзвычай вялікая і вымяраецца ў гігагерц. Такія дадзеныя можа прачытаць любы карыстальнік, адкрыўшы акно «Мой кампутар - ўласцівасці сістэмы».