Просьба к Михалычу

Сообщение №5012 от А.Шляпников 26 января 2002 г. 19:27
Тема: Просьба к Михалычу


Уважаемый Михалыч!
Очень прошу Вас разобраться и сказать "да" или "нет" по тому же поводу о сохранении импульса.
Повторяю пример в другом варианте.
Первоначально две излучающие катушки или рамки подключены через кабели равной длины к источнику напряжения СВЧ, положены на идеально скользкую плоскость и сдвинуты вплотную. Катушки отталкиваются до какого-то расстояния (порядка четверти волны) и так остаются, продолжая держаться друг за друга. Они устанавливаются, согласно одного из законов Ленца, на максимум индуктивности, т.е. где внутреннее магнитное поле катушки совпадает с внешним по направлению и фазе.
После этого один из кабелей укорачивают, чтобы сдвинуть вперед фазу колебаний тока в одной из катушек. Тогда она начнет двигаться в сторону второй катушки, навстречу излучению, в сторону более ранних фаз излучения, где фаза поля излучения будет снова совпадать с фазой тока в этой катушке. Аналогично вторая катушка будет отдаляться от первой. Так катушки, держась друг за друга, будут набирать скорость, ни на что не опираясь.
Катушки излучают во все стороны, и даже чуть более вперед, чем назад, и нельзя сказать, что на них действует сила реактивной отдачи излучения. Я уж все мыслимые объяснения перебрал, остались только немыслимые. А тут я всё же какой-никакой, а специалист.
Хотелось бы получить ответ: как выполняется здесь закон сохранения и выполняется ли вообще? Сомнения в этом есть, т.к. этот закон перенесен из механики, проверен на электро- и магнитостатике, на примерах отражения волн от плоскости, но это - и всё. Распространяется ли он на общий случай электродинамических силовых взаимодействий? Это проверялось? Классическая теория имела в виду твердый эфир, и это спасало закон сохранения. Но современная теория эфир отбросила, и появилась проблема.
Если можете, спасите остатки моего былого преклонения перед физикой. С тех пор, как занялся выяснением причин несостоятельности классических теорий, я теряю к современной физике последнее уважение. Начальные главы учебников говорят о классической чепуху и видятся мне теперь как заумные рассуждения больших, но технически безграмотных начальников: и читаешь с омерзением, и возразить не можешь, и верить им велят, да еще, не дай Бог, исполнять заставят. Ведь сегодня классическая физика - это технические науки, которые элементарно разбираются и в вопросе о размерах тел, и почему атом не излучает, хотя и не лезут в эти вопросы.

С надеждой и уважением Шляпников, oldhat@yandex.ru


Отклики на это сообщение:

Уважаемый А.Шляпников!
Сожалею, но вопрос не по адресу.
Я панически боюсь всего, что работает "на электричестве"
:-))


Вы привели достаточно сложный пример, но заметно идеализируете его интерпретацию.

Каким образом Вы учитываете, например, волновое сопротивление кабеля? От этого будет зависеть и сдвиг фазы тока катушки относительно фазы источника, и сдвиг фазы собственного магнитного поля катушки относительно внешнего магнитного поля.

Я думаю, Ваш пример надо несколько упростить. Взять две одинаковые соосные параллельные рамки, в которых вмонтированы генераторы одинаковых периодических токов, после чего начать плавно сдвигать фазы токов относительно друг друга.

Пусть начальное положение рамок - почти вплотную (гораздо ближе длины волны), а токи синфазны. примем за положительное направление радиальной компоненты магнитного поля направление "от оси рамок", а за положительное направление токов "по часовой стрелке, если смотреть слева". Получается, что радиальная компонента действующего на правую рамку магнитного поля синфазна с ее током, а вот радиальная компонента действующего на левую рамку магнитного поля противофазна с ее током. При этом рамки притягиваются (сонаправленные токи).

Давайте теперь растаскивать рамки в стороны. От этого возрастает задержка фазы внешних магнитных полей относительно токов в рамках. Усредненное произведение тока каждой рамки на радиальную компоненту магнитного поля при этом уменьшается, а вместе с ним уменьшается и сила притяжения. Она обращается в нуль примерно на расстоянии в четверть длины волны, когда фаза магнитного поля, действующего на правую рамку, начинает отставать от фазы ее тока ровно на четверть периода. При этом фаза магнитного поля, действующего на левую рамку, на четверть периода опережает фазу ее тока. Но это точка неустойчивого равновесия: если продолжать удалять рамки, на них начнут действовать силы отталкивания.

Если удалять их и дальше, то на расстоянии примерно в пол-длины волны силы отталкивания пройдут через точку максимума, после чего они начнут уменьшаться. На расстоянии примерно в три четверти длины волны силы отталкивания между рамками обратятся в нуль. Но это будет уже точка устойчивого равновесия. Если здесь рамки отпустить, они будут поддерживать такое расстояние автоматически. При этом фаза магнитного поля, действующего на правую рамку, опережает фазу ее тока ровно на четверть периода, а фаза магнитного поля, действующего на левую рамку, отстает от фазы ее тока ровно на четверть периода.

Теперь введем небольшую дополнительную задержку фазы тока правой рамки. Чтобы правая рамка вернулась в точку устойчивого равновесия необходимо ввести аналогичную задержку фазы действующего на нее магнитного поля. Это достигается увеличением расстояния между рамками. Т.е. правая рамка будет стремиться двигаться вправо.

С точки же зрения левой рамки появилась дополнительная задержка фазы действующего на нее магнитного поля. Чтобы рамка вернулась в точку устойчивого равновесия необходимо уменьшить фазу действующего на нее магнитного поля на ту же величину, т.е. уменьшить расстояние между рамками. Поэтому левая рамка тоже будет стремиться вправо.

Т.е. описанная Вами картина в принципе верна: на систему действует нескомпенсированная суммарная сила. Единственный мыслимый ее источник - уносимый с излучением импульс электромагнитного поля.

С точки зрения излучения мы имеем два излучающих магнитных диполя. Максимум интенсивности каждого из них приходился бы на направления, перпендикулярные оси. Но за счет интерференции волн от двух источников направление максимума может сместиться. Давайте посмотрим, в какую сторону.

Рассмотрим плоскость, параллельную плоскостям рамок и расположенную строго посередине между ними. Возьмем на этой плоскости точку, очень удаленную от оси рамок (на расстояние, во много раз превосходящее длину волны). Магнитное поле в этой точке буде направлено вдоль оси, т.е. будет испытывать периодические колебания вправо-влево.

Пока токи в рамках синфазны, направление на эту точку будет направлением максимума излучения. Это можно понять из того, что колебания магнитных полей, создаваемые рамками в этой точке, синфазны (поскольку расстояния до рамок равны). Если точку смещать, например, влево (сохраняя расстояние до рамок большим), то расстояние до левой рамки станет меньше расстояния до правой рамки, т.е. появится разность фаз между слагаемыми и суммарная амплитуда будет падать.

Нулевая интенсивность излучения будет достигнута на направлении, составляющем с осью рамок угол, равный arccos(2/3) - примерно 48 градусов. При уменьшении угла с осью интенсивность будет опять нарастать, но второй (и последний) максимум, достигаемый при угле где-то около 20 градусов, будет меньше первого.

При отклонении точки наблюдения вправо будет наблюдаться, очевидно, совершенно симметричная картина.

А теперь давайте учтем небольшую (существенно меньшую четверти периода) задержку фазы правого диполя. Теперь в центральном положении точки наблюдения (направление перпендикулярно оси) не будет наблюдаться синфазность полей от двух источников - поле от правого диполя слегка отстает. Потому это не будет направлением максимума интенсивности. Если сместить точку излучения слегка влево, разность фаз источников только увеличится, т.е. интенсивность излучения будет падать. А вот если сдвинуть точку наблюдения слегка вправо, разность фаз скомпенсируется и мы попадем в максимум.

Получается, что основной максимум излучения сдвинулся вправо! Это, наверное Вы и имели в виду утверждая, что излучение не может объяснить возникновение внешних сил.

Я думаю, дело вот в чем: импульс, уносимый первым максимумом ЭМИ, направлен в основном перпендикулярно оси. Его компонента, направленная вправо, достаточно невелика. Зато смещение всей картинки излучения вправо приводит к увеличению интенсивности второго максимума, направленного влево, как и к уменьшению второго максимума, направленного вправо. Полагаю, что этот эффект оказывает бОльшее влияние на продольную компоненту уносимого ЭМИ импульса, чем эффект смещения главного максимума. Конечно, это надо бы аккуратно подсчитать, но, честно говоря, мне просто лень.


Спасибо, выручили.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100