Нормальные волны

Определение "Нормальные волны" в Большой Советской Энциклопедии

Распространение волн в одноосных кристаллах

Нормальные волны, собственные волны, гармонические волны той или иной физической природы (электромагнитные, упругие и др.), сохраняющие при своём прямолинейном распространении поперечную структуру поля и (или) поляризацию. Этим Нормальные волны отличаются от всех других волн, способных распространяться в данной системе. Например, при распространении между параллельными металлическими плоскостями (рис. 1) электромагнитных Нормальные волны поперечная (по отношению к направлению распространения) структура электрического поля Нормальные волны одинакова во всех сечениях. Поперечная же структура любых других волн, отличных от Нормальные волны, при распространении не сохраняется. Так, форма волны, полученной в результате наложения двух Нормальные волны, изображенных на рис. 1, а и б, меняется от сечения к сечению (рис. 1, в).

Распространение двух нормальных волн

Наибольший практический интерес представляют электромагнитные Нормальные волны в волноводных системах, используемых для передачи сообщений или электромагнитной энергии. К ним относятся радиоволноводы СВЧ, коаксиальные кабели, плазменные волноводы, ионосферные и тропосферные каналы дальней радиосвязи, световоды, выполненные в виде стеклянных волокон, т. н. квазиоптические линии передачи волн миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов и т.д.

Распространение рэлеевской волны

Важные применения находят Нормальные волны в акустических волноводных системах (акустические трубы, звуковые каналы в океане и тропосфере), упругие Нормальные волны - в пластинах (волны Лэмба, т. н. поперечные Нормальные волны) и стержнях (продольные, изгибные и крутильные Нормальные волны). Упругие Нормальные волны применяются, в частности, для создания ультразвуковых линий задержки и для определения упругих и др. параметров твёрдых тел.

Число Нормальные волны N, способных распространяться в перечисленных выше системах, зависит от соотношения между длиной волны l и поперечными размерами системы d. Для волн с фиксированной частотой это число всегда конечно, при этом чем больше отношение d/l, тем больше N. На очень низких частотах (т. е. при d/l << 1/2) может распространяться только одна Нормальные волны определённого типа, а в некоторых системах, например в полых радиоволноводах, распространение низкочастотных Нормальные волны вообще невозможно. Фазовые и групповые скорости Нормальные волны разных типов отличаются друг от друга (этим, в частности, объясняется искажение поперечной структуры поля при наложении нескольких Нормальные волны, рис. 1). Поэтому для передачи информации желательно использовать только один тип Нормальные волны

Физическое значение Нормальные волны определяется тем, что в области, свободной от источников, любое возмущение может быть представлено в виде суперпозиции Нормальные волны, причём результирующий поток энергии (упругой или электромагнитной) равен сумме потоков во всех Нормальные волны В этом отношении понятие Нормальные волны в волновой теории играет роль, аналогичную понятию нормальных колебаний в теории колебательных систем.

Вдоль границы раздела двух сред могут распространяться поверхностные Нормальные волны, например рэлеевские волны на границе упругого тела (рис. 2), т. н. медленные электромагнитные волны в замедляющих структурах и др. В случае Нормальные волны в многопроводных связанных линиях передачи, используемых в технике связи, в направлении распространения сохраняется не поперечное распределение поля, а отношение амплитуд колебаний на отдельных проводах.

Наконец, Нормальные волны в безграничных и однородных сплошных средах - это плоские волны, сохраняющие при распространении свою поляризацию. Нормальные волны являются, например, обыкновенная и необыкновенная волны в одноосных кристаллах. Эти волны линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях, причём поляризация этих волн сохраняется в направлении распространения (рис. 3), в то время как поляризация произвольно поляризованной волны меняется от точки к точке. Др. примерами Нормальные волны в сплошных средах являются плоские упругие волны, эллиптически поляризованные электромагнитные волны в магнитоактивной плазме, циркулярно поляризованные волны в оптически активных средах.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Бриллюэн Л. и Пароди М., Распространение волн в периодических структурах, пер. с франц., М., 1959; Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, М., 1973; Вайнштейн Л. А., Электромагнитные волны, М., 1957; Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., М., 1956; Викторов И. А., Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике, М., 1966.
  Ю. А. Кравцов.