Лекция 3
3 Электромагнитные колебания и волны. Основные понятия и определения
|
|
|
Рисунок 0 – Модель измерительного процесса |
3.1 Колебания
Колебания являются источником волн. Но колебания не передают энергию, а только преобразует ее из одной формы в другую. Волны же переносят энергию в пространстве от точки к точке.
Природа колебаний может быть разной: механические, акустические, электромагнитные и т.д.
Волны могут распространяться в разной среде: в веществе, в воде, в воздухе и даже в вакууме. В вакууме распространяются электромагнитные волны.
Начнем с колебаний, поскольку колебания являются источником волн.
3.1.1 Гармонические колебания
Среди множества колебательных процессов особое место занимают периодические колебания, которые описываются следующим равенством:
(3.1)
где 
— колеблющаяся величина; 
— время; 
— любое целое число; 
— некоторый наименьший промежуток времени, через который повторяются значения всех физических величин, характеризующих колебательное движение [1]. Этот промежуток времени называется периодом колебания.
Пример периодической функции, описывающей периодическое колебание, показан на рис. 3.1 [2].
|
|
|
Рис. 3.1 – Периодическая функция |
Обратная периоду величина
(3.2)
выражает число колебаний в единицу времени и называется частотой.
Простейшим, но практически важнейшим случаем периодических колебаний являются гармонические (синусоидальные) колебания, описываемые уравнением
(3.3)
либо
. (3.4)
Эти колебания изображены на рис. 3.2.
|
|
|
Рис. 3.2 – Синусоидальные и косинусоидальные колебания |
В записанных уравнениях входящие в них величины имеют следующие наименования:
— величина 
называется амплитудой колебания, амплитуда – это наибольшее отклонение от положения равновесия;
— величина 
называется угловой или круговой частотой; круговая частота связана с периодом или частотой колебаний следующим соотношением
, (3.5)
— величина 
или 
называется начальной фазой.
Эти три параметра полностью характеризуют гармоническое колебание.
Аргумент синусоидальной или косинусоидальной функции, т.е. величину
, (3.6)
называют текущей или мгновенной фазой колебания или просто фазой колебания.
Фаза колебания – это смещение периодических колебаний одной частоты относительно друг друга по времени. Смещение по времени выражается в долях периода, а сдвиг или разность фаз – в угловых единицах. (показать файл 01)
Если колебания распространяются вдоль некоторой прямой со скоростью 
, то характеристики колебания в точке, находящейся на расстоянии 
от точки начала колебаний, будут находиться в следующей зависимости:
(3.7)
Из вышесказанного следует, что колебательный процесс характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и начальной фазой. Процесс изменения этих параметров называется модуляцией (амплитудной, частотной, фазовой).