Gosudarstwennyj komitet rossijskoj federacii po wys{emu obrazowani`
Download 2.8 Kb. Pdf ko'rish
|
POTENCIALY
. oDNAKO , S TO^KI ZRENIQ FIZIKI OPEREVA@]IE POTENCIALY NE IME@T SMYSLA , IBO ONI NARU A@T PRINCIP PRI^INNOSTI . rASSMOTRIM SISTEMU ZARQDOW , SOSREDOTO^ENNU@ W NEKOTOROJ MALOJ OKRESTNOSTI NA^ALA KOORDINAT . pUSTX R MAKSIMALX - NYJ LINEJNYJ RAZMER OBLASTI . pOLXZUQSX FORMULAMI (6.3) WY^ISLIM \LEKTROMAGNITNOE POLE SISTEMY ZARQDOW W TO^KE r NA BOLX OM UDALENII OT OBLASTI , T . E . j ~ r j R j r j . tOGDA (6.4) j r ? ~ r j = j r j ? r ; ~ r j r j + ::: ; t ? = t ? j r j c + r ; ~ r j r j c + ::: : oTNO ENIE j r j =c W (6.4) OPREDELQET WREMQ RASPROSTRANENIQ \LEKTROMAGNITNOGO WOZMU]ENIQ OT OBLASTI DO TO^KI NA - BL@DENIQ j r j . sLEDU@]IE SLAGAEMYE IME@T PORQDOK MALOSTI , OCENIWAEMYJ WELI^INOJ R=c . |TO WREMQ RASPROSTRANENIQ \LEKTROMAGNITNOGO SIGNALA W PREDELAH OBLASTI . Cop yRigh t c {ARIPO W r.a., 1997. 64 glawa I. |lektrostatika i magnitostatika oBOZNA^IM t 0 = t ? j r j =c I POLOVIM t ? = t 0 + . dLQ WELI^INY IMEETSQ OCENKA j j R=c . rASSMOTRIM SLEDU@]IE TEJLOROWSKIE RAZLOVENIQ : (6.5) (~ r ;t ? ) = (~ r ;t 0 ) + @ (~ r ;t 0 ) @t + ::: ; j (~ r ;t ? ) = j (~ r ;t 0 ) + @ j (~ r ;t 0 ) @t + ::: : uSLOWIE R j r j NE OBESPE^IWAET PRAWOMO^NOSTI RAZLOVENIJ (6.5). iSPOLXZOWANIE RAZLOVENIJ (6.5) DLQ APPROKSIMACII (~ r ;t ? ) I j (~ r ;t ? ) WOZMOVNO TOLXKO PRI NEKOTORYH DO - POLNITELXNYH PREDPOLOVENIQH OTNOSITELXNO \TIH FUNKCIJ . oBOZNA^IM ^EREZ T HARAKTERNOE WREMQ , ZA KOTOROE PROISHODIT SU]ESTWENNOE IZMENENIE WELI^IN I j W OBLASTI . w SLU^AE , KOGDA TAKOE HARAKTERNOE WREMQ MOVNO OPREDELITX , SLEDU@]IE GRUPPY WELI^IN IME@T ODINAKOWYJ PORQDOK MALOSTI : (6.6) T @@t ::: T n @ n @t n ; j T @ j @t ::: T n @ n j @t n : tEPERX (6.5) MOVNO PEREPISATX W SLEDU@]EM WIDE : (6.7) (~ r ;t ? ) = (~ r ;t 0 ) + T @ (~ r ;t 0 ) @t T + ::: ; j (~ r ;t ? ) = j (~ r ;t 0 ) + T @ j (~ r ;t 0 ) @t T + ::: : kORREKTNOSTX ISPOLXZOWANIQ RAZLOVENIJ (6.7) ILI (6.5) MOVNO OBESPE^ITX ZA S^ET DOPOLNITELXNOGO USLOWIQ R=c T . |TO DAET =T 1. uSLOWIE R=c T IMEET PROSTOJ FIZI^ESKIJ SMYSL : WELI - ^INA ! = 2 =T | \TO HARAKTERNAQ ^ASTOTA IZLU^AEMYH \LEK - TROMAGNITNYH WOLN , A = 2 c=! = cT | \TO HARAKTERNAQ x 6. izlu~enie |lektromagnitnyh woln . 65 DLINA TAKIH WOLN . uSLOWIE R=c T OZNA^AET , ^TO HARAK - TERNAQ DLINA IZLU^AEMYH WOLN SU]ESTWENNO BOLX E RAZMEROW IZLU^ATELQ . pUSTX USLOWIQ R cT I R j r j WYPOLNENY . wY^IS - LIM WEKTORNYJ POTENCIAL A IZ (6.3), OGRANI^IW ISX PERWYM SLAGAEMYM W RAZLOVENII (6.5): (6.8) A = Z j (~ r ;t 0 ) j r j c d 3 ~ r + ::: : dLQ PREOBRAZOWANIQ INTEGRALA W (6.8) WYBEREM PROIZWOLXNYJ KONSTANTNYJ WEKTOR e I RASSMOTRIM SKALQRNOE PROIZWEDENIE A ; e . oPREDELIW WEKTOR a I FUNKCI@ f (~ r ) SOOTNO ENIQMI a = e c j r j = grad f; f (~ r ) = a ; ~ r ; PRODELAEM SLEDU@]IE WY^ISLENIQ , ANALOGI^NYE WY^ISLENIQM (7.5) IZ PERWOJ GLAWY : (6.9) Z j ; grad f d 3 ~ r = Z div( f j ) d 3 ~ r ? Z f div j d 3 ~ r = = Z @ f j ; n dS + Z f @@t d 3 ~ r = Z @ (~ r ;t 0 ) @t e ; ~ r j r j c d 3 ~ r : dLQ WEKTORNOGO POTENCIALA A , WWIDU PROIZWOLXNOSTI WEKTORA e , IZ SOOTNO ENIQ (6.9) WYWODIM SLEDU@]U@ FORMULU : (6.10) A = Z @ (~ r ;t 0 ) @t ~ r j r j c d 3 ~ r + ::: = _ D j r j c + ::: : zDESX _ D = _ D ( t 0 ) | PROIZWODNAQ DIPOLXNOGO MOMENTA SISTEMY ZARQDOW W MOMENT WREMENI t 0 . 66 glawa I. |lektrostatika i magnitostatika aNALOGI^NYM OBRAZOM , OGRANI^IW ISX LI X PERWYMI SLA - GAEMYMI W RAZLOVENIQH (6.4) I (6.5), DLQ SKALQRNOGO POTENCI - ALA ' IZ (6.3) NAHODIM (6.11) ' = Z (~ r ;t 0 ) j r j d 3 ~ r + ::: = Q j r j + ::: ; GDE Q | SUMMARNYJ ZARQD W OBLASTI . oN NE ZAWISIT OT WREMENI , IBO OBLASTX IZOLIROWANA I TOK WNE EE OTSUTSTWUET . sRAWNIM PODINTEGRALXNYE WYRAVENIQ W (6.10) I (6.11) I U^TEM KALU MAS TABOW (6.6). |TO SRAWNENIE DAET j A j R cT ': oCENKA R= ( cT ) 1, WYTEKA@]AQ IZ R cT , OZNA^AET , ^TO WEKTORNYJ POTENCIAL WY^ISLEN S BOLX EJ TO^NOSTX@ , ^EM SKALQRNYJ . zNA^IT , PRI WY^ISLENII ' NEOBHODIMO U^ITYWATX SLAGAEMYE SLEDU@]EGO PORQDKA MALOSTI W RAZLOVENIQH (6.4) I (6.5). sDELAW \TO , POLU^AEM (6.12) ' = Q j r j + Z @ (~ r ;t 0 ) @t r ; ~ r j r j 2 c d 3 ~ r + + Z (~ r ;t 0 ) j r j r ; ~ r j r j 2 d 3 ~ r + ::: : wY^ISLIW INTEGRALY W FORMULE (6.12), PREOBRAZUEM EE K SLE - DU@]EMU WIDU : (6.13) ' = Q j r j + _ D ; r j r j 2 c + D ; r j r j 3 + ::: : pOTENCIALY (6.10) I (6.13) | \TO ZAPAZDYWA@]IE POTENCI - ALY SISTEMY ZARQDOW W DIPOLXNOM PRIBLIVENII . zAWISIMOSTX x 6. izlu~enie |lektromagnitnyh woln . 67 I j OT WREMENI PROQWLQETSQ W NIH LI X W WIDE ZAWISIMOSTI DIPOLXNOGO MOMENTA D OT t 0 . rASSMOTRIM ASIMPTOTIKU \TIH POTENCIALOW PRI r ! 1 . pOSLEDNEE SLAGAEMOE W (6.13) PRI \TOM MOVNO OTBROSITX . tOGDA ' = Q j r j + _ D ; r j r j 2 c + ::: ; A = _ D j r j c + ::: : (6.14) tEPERX IZ FORMUL (3.4) I (6.14) NAJDEM ASIMPTOTIKU \LEK - TRI^ESKOGO I MAGNITNOGO POLEJ NA BOLX OM RASSTOQNII OT SISTEMY ZARQDOW . pRI WY^ISLENII rot A I grad ' U^TEM , ^TO WELI^INA t 0 = t ? j r j =c W ARGUMENTE _ D ( t 0 ) ZAWISIT OT r . iMENNO \TA ZAWISIMOSTX OPREDELQET GLAWNYE ^LENY W ASIMPTOTIKE E I H : E = r ; r ; D ]] j r j 3 c 2 + ::: ; H = ? r ; D ] j r j 2 c 2 + ::: : (6.15) wEKTORA E I H ( TO^NEE , GLAWNYE ^LENY W IH ASIMPTOTIKE ) PERPENDIKULQRNY DRUG DRUGU I PERPENDIKULQRNY WEKTORU r . |TO NAPOMINAET SITUACI@ W PLOSKOJ WOLNE . oDNAKO , W DANNOM SLU^AE MY IMEEM DELO SO SFERI^ESKOJ WOLNOJ , ISHODQ]EJ IZ NA^ALA KOORDINAT , GDE NAHODITSQ OBLASTX . nAPRQVENNOSTX POLEJ j E j ' j H j UBYWAET KAK 1 = j r j , ^TO ZNA^ITELXNO MEDLEN - NEE , ^EM W SLU^AE \LEKTROSTATI^ESKOGO KULONOWSKOGO POLQ . iZ FORMULY (2.5) MOVNO NAJTI PLOTNOSTX POTOKA \NERGII , PERE - NOSIMOJ WOLNAMI (6.15): (6.16) S = j r ; D ] j 2 4 j r j 5 c 3 r + ::: : dLQ MODULQ WEKTORA S IMEEM j S j 1 = j r j 2 . |TO ZNA^IT , ^TO POLNYJ POTOK \NERGII ^EREZ SFERU SKOLX UGODNO BOLX OGO RADIUSA OTLI^EN OT NULQ I MY IMEEM DELO S REALXNYM IZ - LU^ENIEM \LEKTROMAGNITNOJ \NERGII . wELI^INA IZLU^AEMOJ \NERGII CELIKOM OPREDELQETSQ WTOROJ PROIZWODNOJ DIPOLXNO - 68 glawa I. |lektrostatika i magnitostatika GO MOMENTA . pO\TOMU RASSMOTRENNYJ WY E SLU^AJ PRINQTO NAZYWATX DIPOLXNYM PRIBLIVENIEM W TEORII IZLU^ENIQ . uPRAVNENIE 6.1. pOLXZUQSX FORMULOJ (6.16) , NAJDITE UG - LOWOE RASPREDELENIE INTENSIWNOSTI DLQ DIPOLXNOGO IZLU^ENIQ . nAJDITE TAKVE POLNU@ INTENSIWNOSTX DIPOLXNOGO IZLU^ENIQ . uPRAVNENIE 6.2. ~ASTICA ZARQDA q DWIVETSQ NEOGRANI - ^ENNO DOLGO PO OKRUVNOSTI RADIUSA R S POSTOQNNOJ SKOROSTX@ v = !R ( ! | UGLOWAQ SKOROSTX WRA]ENIQ ). nAJDITE ZAPAZDYWA - @]IE POTENCIALY I OPREDELITE UGLOWOE RASPREDELENIE INTEN - SIWNOSTI \LEKTROMAGNITNOGO IZLU^ENIQ ^ASTICY . wY^ISLITE POLNU@ INTENSIWNOSTX TAKOGO ( CIKLOTRONNOGO ) IZLU^ENIQ . uPRAVNENIE 6.3. pUSTX PLOTNOSTX ZARQDA RAWNA NUL@ , A PLOTNOSTX TOKA j ZADAETSQ SLEDU@]EJ OBOB]ENNOJ FUNKCIEJ : (6.17) j ( r ;t ) = ? c M ( t ) ; grad ( r )] ( SRAWNITE S (7.16) IZ PERWOJ GLAWY ). nAJDITE ZAPAZDYWA@]IE POTENCIALY (6.2) DLQ (6.17) . nAJDITE UGLOWOE RASPREDELENIE INTENSIWNOSTI I POLNU@ INTENSIWNOSTX DLQ TAKOGO ( MAGNITNO - DIPOLXNOGO ) IZLU^ENIQ . glawa III specialxnaq teoriq otnositelxnosti x 1. pREOBRAZOWANIQ gALILEQ . kLASSI^ESKAQ \LEKTRODINAMIKA , OSNOWANNAQ NA URAWNENIQH mAKSWELLA , STALA PERWOJ SERXEZNOJ POLEWOJ TEORIEJ . oNA PREKRASNO OB_QSNILA WSE NABL@DAEMYE \LEKTROMAGNITNYE QW - LENIQ , PREDSKAZAW SU]ESTWOWANIE \LEKTROMAGNITNYH WOLN , KO - TORYE WPOSLEDSTWII BYLI OBNARUVENY I NA LI POWSEMESTNOE PRAKTI^ESKOE PRIMENENIE . oDNAKO , S RAZWITIEM \TOJ TEORII OBNARUVILISX I NEKOTORYE TRUDNOSTI . oKAZALOSX , ^TO ONA NAHODITSQ W SERXEZNOM KONFLIKTE S KLASSI^ESKIM PRINCIPOM \KWIWALENTNOSTI SOSTOQNIJ POKOQ I RAWNOMERNOGO PRQMOLI - NEJNOGO DWIVENIQ . |TOT PRINCIP , FORMULIROWKA KOTOROGO WOSHODIT K gALILE@ I nX@TONU , GLASIT , ^TO DWE DEKARTOWY INERCIALXNYE SISTEMY KOORDINAT , DWIVU]IESQ RAWNOMERNO I PRQMOLINEJNO DRUG OTNOSITELXNO DRUGA , SOWER ENNO RAWNO - PRAWNY . wSE FIZI^ESKIE PROCESSY W NIH PROISHODQT IDENTI^ - NYM OBRAZOM I OPISYWA@TSQ ODNIMI I TEMI VE ZAKONAMI . rASSMOTRIM DWE TAKIE INERCIALXNYE DEKARTOWY SISTEMY KOORDINAT ( r ;t ) I (~ r ; ~ t ). pUSTX WTORAQ DWIVETSQ OTNOSITELX - NO PERWOJ SO SKOROSTX@ u , PRI^EM KOORDINATNYE OSI \TIH DWUH SISTEM OSTA@TSQ PARALLELXNYMI W PROCESSE DWIVENIQ . sWQZX RADIUS - WEKTOROW TO^EK MOVNO ZADATX W WIDE SLEDU@]IH PREOBRAZOWANIJ , IZWESTNYH KAK PREOBRAZOWANIQ gALILEQ : t = ~ t; r = ~ r + u ~ t: (1.1) 70 glawa III. teoriq otnositelxnosti pERWOE IZ SOOTNO ENIJ (1.1) OZNA^AET , ^TO ^ASY OBEIH SISTEM KOORDINAT SINHRONIZIROWANY I WSEGDA IDUT SINHRONNO . pUSTX ~ r (~ t ) TRAEKTORIQ NEKOTOROJ MATERIALXNOJ TO^KI W SISTEME KOOR - DINAT (~ r ; ~ t ). wO PERWOJ SISTEME KOORDINAT \TA VE TRAEKTORIQ ZADAETSQ WEKTOR - FUNKCIEJ r ( t ) = ~ r (~ t )+ u ~ t . dIFFERENCIRUQ \TO SOOTNO ENIE I U^ITYWAQ ~ t = t IZ (1.1), POLU^IM @ r @t = @ ~ r @ ~ t + u ; v = ~ v + u : (1.2) pOSLEDNEE SOOTNO ENIE IZ (1.2) IZWESTNO KAK KLASSI^ESKIJ ZAKON SLOVENIQ SKOROSTEJ . dIFFERENCIRUQ (1.2) E]E RAZ , NAJDEM SOOTNO ENIE MEVDU USKORENIQMI MATERIALXNOJ TO^KI W \TIH DWUH SISTEMAH KOORDINAT : @ 2 r @t 2 = @ 2 ~ r @ ~ t 2 ; a = ~ a : (1.3) sOGLASNO WTOROMU ZAKONU nX@TONA , USKORENIE MATERIALXNOJ TO^KI OPREDELQETSQ SILOJ F , KOTORAQ NA NEE DEJSTWUET , I EE MASSOJ : m a = F . iZ (1.3) W SILU PRINCIPA \KWIWALENTNOSTI ZAKL@^AEM , ^TO SILA F ESTX INWARIANT , NE ZAWISQ]IJ OT WYBORA INERCIALXNOJ SISTEMY KOORDINAT . bOLEE TO^NO \TO IZOBRAVAETSQ SOOTNO ENIEM (1.4) F (~ r + u ~ t; ~ v + u ) = ~ F (~ r ; ~ v ) : rASSMOTRIM TEPERX ZARQVENNU@ ^ASTICU c ZARQDOM q , KO - TORAQ POKOITSQ W SISTEME KOORDINAT (~ r ; ~ t ). w \TOJ SISTEME KOORDINAT ONA SOZDAET ^ISTO KULONOWSKOE \LEKTROSTATI^ESKOE POLE . w SISTEME KOORDINAT ( r ;t ) \TA VE ^ASTICA DWIVET - SQ , SLEDOWATELXNO , ONA DOLVNA SOZDAWATX KAK \LEKTRI^ESKOE , TAK I MAGNITNOE POLE . oPISANNAQ SITUACIQ UKAZYWAET NA TO , ^TO WEKTORA E I H NE QWLQ@TSQ INWARIANTAMI PREOBRAZOWA - NIJ gALILEQ (1.1). dAVE ESLI W ODNOJ SISTEME KOORDINAT MY Cop yRigh t c {ARIPO W r.a., 1997. x 1. preobrazowaniq galileq . 71 NABL@DAEM ^ISTO \LEKTRI^ESKOE POLE , TO W DRUGOJ SISTEME KO - ORDINAT SLEDUET OVIDATX PRISUTSTWIQ OBOIH POLEJ . aNALOG SOOTNO ENIJ (1.4) BUDEM ISKATX W FORME (1.5) E (~ r + u ~ t; ~ t ) = (~ E (~ r ; ~ t ) ; ~ H (~ r ; ~ t ) ; u ) ; H (~ r + u ~ t; ~ t ) = (~ E (~ r ; ~ t ) ; ~ H (~ r ; ~ t ) ; u ) : w SILU PRINCIPA SUPERPOZICII , KOTORYJ WYPOLNEN W OBOIH SISTEMAH KOORDINAT , FUNKCII I LINEJNY I ODNORODNY PO ~ E I ~ H . pO\TOMU SOOTNO ENIE (1.5) PEREPI EM W WIDE (1.6) E ( r ;t ) = 1 ~ E (~ r ; ~ t ) + 2 ~ H (~ r ; ~ t ) ; H ( r ;t ) = 1 ~ E (~ r ; ~ t ) + 2 ~ H (~ r ; ~ t ) ; GDE 1 , 2 , 1 , 2 | NEKOTORYE LINEJNYE OPERATORY , KOTORYE ZAWISQT TOLXKO OT u . wEKTORA E I H OPREDELQ@T DEJSTWIE \LEKTROMAGNITNOGO POLQ NA ZARQDY , ^TO PROQWLQETSQ W WIDE SILY lORENCA ( SM . FORMULU (4.4) IZ GLAWY I). pODSTANOWKA (1.6) W \TU FORMULU I U^ET SOOTNO ENIJ (1.2) I (1.4) DAET (1.7) q 1 ~ E + q 2 ~ H + q c ~ v + u ; 1 ~ E ]+ + q c ~ v + u ; 2 ~ H ] = q ~ E + q c ~ v ; ~ H ] : sOOTNO ENIE (1.7) ESTX TOVDESTWO S TREMQ PROIZWOLXNYMI PARAMETRAMI : ~ v , ~ E , ~ H . pO\TOMU MY MOVEM PRIRAWNI - WATX OTDELXNO SLAGAEMYE , BILINEJNYE PO ~ v I ~ E . |TO DA - ET ~ v ; 1 ~ E ] = 0, OTKUDA SRAZU VE IMEEM 1 = 0. tEPERX PRIRAWNQEM SLAGAEMYE , BILINEJNYE PO ~ v I ~ H , ^TO DAET ~ v ; 2 ~ H ] = ~ v ; ~ H ]. oTS@DA IMEEM 2 = 1. oSTAETSQ RAS - SMOTRETX SLAGAEMYE LINEJNYE PO ~ H I ~ E . dLQ OPERATOROW 1 I 2 \TO DAET SLEDU@]IE FORMULY : 2 ~ H = ? 1 c u ; ~ H ] ; 1 = 1 : 72 glawa III. teoriq otnositelxnosti tEPERX , PODSTAWIW POLU^ENNYE WYRAVENIQ DLQ OPERATOROW 1 , 2 , 1 , 2 W FORMULU (1.6), POLU^AEM SOOTNO ENIQ E = ~ E ? 1 c u ; ~ H ] ; H = ~ H : (1.8) sOOTNO ENIQ (1.8) PRIZWANY DOPOLNITX PREOBRAZOWANIQ gA - LILEQ (1.1) W \LEKTRODINAMIKE . oDNAKO , KAK MY SEJ^AS UWIDIM , S \TOJ MISSIEJ ONI NE SPRAWLQ@TSQ . dLQ \TOGO PREOBRAZUEM URAWNENIQ mAKSWELLA , ZAPISANNYE W FORME URAWNENIJ (1.1) I (1.2) IZ GLAWY II, W SISTEMU KOORDINAT (~ r ; ~ t ). dLQ ^ASTNYH PROIZWODNYH W SILU PREOBRAZOWANIJ (1.1) IMEEM @ @r i = @ @ ~ r i ; @ @t = @ @ ~ t ? 3 X k =1 u k @ @ ~ r k : (1.9) tEPERX , OB_EDINQQ (1.8) I (1.9), WYWODIM div H = div ~ H ; div E = div ~ E + 1 c u ; rot ~ H ; rot H = rot ~ H rot E = rot ~ E + 1 c f u ; ~ H g ? 1 c u div ~ H ; @ H @t = @ ~ H @ ~ t ? f u ; ~ H g ; @ E @t = @ ~ E @ ~ t ? f u ; ~ E g + 1 c u ; f u ; ~ H g ] ? 1 c u ;@ ~ H =@ ~ t ] : zDESX FIGURNYMI SKOBKAMI OBOZNA^EN KOMMUTATOR WEKTORNYH POLEJ ( SM . 2]). pRI \TOM WEKTOR u RASSMATRIWAETSQ KAK KONSTANTNOE WEKTORNOE POLE . x 1. preobrazowaniq galileq . 73 pRI PODSTANOWKE POLU^ENNYH WY E SOOTNO ENIJ W URAWNE - NIQ mAKSWELLA OGRANI^IMSQ SLU^AEM NULEWYH ZARQDOW I TOKOW Download 2.8 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling