Сам Максвелл не решал своих уравнений, чтобы показать, что ускоренные заряды стряхивают с себя электромагнитную энергию. Детальный расчёт сложен, но можно приближённо разобраться в ситуации на основе модели линий поля. Поля, которые обнаруживают себя на некотором расстоянии от движущегося электрического заряда, были созданы этим зарядом в предшествующие моменты времени. Когда заряд движется с постоянной скоростью (но при условии, что она значительно меньше скорости света), Электрическое поле E в некоторой удалённой точке будет постепенно изменяться по модулю и направлению, как показано на рисунке.
стр. 307Излучение электромагнитных полей ускоренными зарядами
Отметьте в особенности, что размах волн увеличивается с увеличением расстояния от наконечника. Иллюстрация этого эффекта приведена на фотографии. Чтобы лучше понять излучение ускоренного заряда, стоит выполнить эту простую демонстрацию своими руками.
Особенно впечатляющий эффект можно получить, двигая наконечник перпендикулярно к струе туда и обратно по гармоническому закону. По струе будут перемещаться извивающиеся волны.
4. Струя воды из шланга даёт довольно точную аналогию линий электрического поля. Если перемещать шланг очень медленно (в сравнении со скоростью струи) в перпендикулярном к струе направлении, получается модель линий поля, выходящих из медленно движущегося электрического заряда. (Игнорируйте тот факт, что струя воды следует параболической траектории в вертикальной плоскости из-за силы тяжести. Наблюдайте только за горизонтальной проекцией струи.) Струя из шланга образует прямую линию, выходящую из наконечника и перпендикулярную к направлению движения. Если, однако, перемещать наконечник с ускорением, на струе образуется излом. Этот излом имеет ясно выраженную составляющую, перпендикулярную к основному направлению струи.
. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕЗнакомство с явлениями
Суорц К.Э.НЕОБЫКНОВЕННАЯ ФИЗИКА ОБЫКНОВЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ(Т.2. М.: Наука, 1987. фрагменты из книги)
. Наблюдаемый эффект зависел бы от расстояния между нами и двойной звездой. (Почему?) Если бы свет от звезды распространялся быстрее при её приближении к нам, чем при удалении от нас, нам бы казалось, что звезда проводит лишь очень короткое время в положении затмения. Такое могло бы также случиться и тогда, когда одна звезда большая, а её партнёр малая. Но тогда движение партнёра казалось бы неправильным. В конце концов могли бы появляться ложные звёзды звёзды-призраки: иногда двойная звезда выглядела бы как тройная. Отметьте также, что экспериментальные наблюдения за двойными звёздами доказывают, что в вакууме свет любого цвета распространяется с одинаковой скоростью. В противном случае двойные звёзды, попадающие в положение затмения, были бы видны быстро изменяющими свою окраску замечательно интересный эффект, если бы он наблюдался. Но он не наблюдается.
. Скорость наблюдаемого нами света всегда равна 3,0g108 м/с. Однако цвет приходящего от квазара света изменяется.
стр. 273Ответы на вопросы
Объяснение наблюдаемого поведения двойных звёзд может состоять только в том, что свет всегда распространяется с одной и той же скоростью независимо от скорости источника, как если бы свет представлял собой некоторый вид волнового движения в неподвижном пространстве. В конце концов, именно так происходит распространение звука в воздухе. Наблюдатель получает при измерении одну и ту же скорость звука, издаваемого свистком поезда, независимо от того, с какой скоростью поезд приближается к нему или удаляется (хотя высота тона может изменяться). Если это объяснение применить и к свету, то наблюдатель на Земле смог бы обнаружить изменение скорости света, вызванное движением Земли в пространстве. Если бы световые волны распространялись в некоторой заполняющей космическое пространство среде подобно звуковым волнам, распространяющимся в воздушной среде, то скорость света в направлении движения Земли отличалась бы от скорости света в перпендикулярном направлении.
Какого рода эффект при этом должен был бы наблюдаться?
Многие эксперименты показали, что скорость света не зависит от относительной скорости источника и наблюдателя. Например, на небе можно наблюдать множество двойных звёзд. Когда партнёры, составляющие двойную звезду, с большой скоростью обращаются один вокруг другого, мы видим их сначала как двойную звезду, затем как одиночную, когда один из партнёров проходит позади другого, и затем снова как двойную. В таких случаях мы располагаем источниками света, которые с большими скоростями движутся то к нам, то от нас (когда они движутся один вокруг другого), и эти источники света со строгой периодичностью включаются и выключаются (когда они заходят друг за друга). Если бы свет от той из звёзд, что удаляется от нас, распространялся медленнее, мы наблюдали бы запаздывание в наступлении её затмения передней звездой. Если бы свет от приближающейся к нам звезды распространялся быстрее, наблюдаемый эффект, в самом деле, был бы очень необычным.
Природа вещей такова, что скорость света универсальна и имеет одно и то же значение независимо от скорости источника света или скорости наблюдателя, выполняющего её измерение. Что это, гипотеза или экспериментальный факт? И то, и другое.
Но как это может быть? Один из самых удалённых космических объектов, называемых квазарами, удаляется от нашей Земли со скоростью, равной половине скорости света. Он испускает свет, который мы регистрируем. Чему равна скорость этого света относительно нас?
Эйнштейна занимала одна проблема, связанная с законами электромагнетизма, выражаемыми уравнениями Максвелла. Мы будем изучать их в . Они предсказывают, что электромагнитное излучение распространяется с вполне определённой скоростью скоростью света. Однако уравнения ничего не говорят о том, в какой системе отсчёта эта скорость будет именно такой. По всей видимости, уравнения справедливы в любой системе отсчёта и во всех системах отсчёта. Следовательно, в вакууме свет всегда распространяется только с этой скоростью, равной 3,0g108 м/с.
Преобразования Галилея решающим образом основаны на предположении, что промежутки времени во всех системах отсчёта одинаковы: Dt=Dt'. Это не означает, что если сейчас в Нью-Йорке 10 часов, то 10 часов должно быть и в Милуоки; но это значит, что если некоторый процесс продолжается 10 секунд в одной системе отсчёта, он будет продолжаться 10 секунд и в другой системе отсчёта. Это предположение представляется настолько очевидным, что не заслуживало бы и упоминания, если бы на самом деле оно не было ошибочным. Вскоре мы увидим, почему предположение о равенстве интервалов времени ошибочно. А пока отметьте, что это предположение прямо ведёт к заключению, что относительные скорости складываются алгебраически. Именно этот пункт и беспокоил больше всего Эйнштейна в начале нашего столетия.
стр. 248СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА
Суорц К.Э.НЕОБЫКНОВЕННАЯ ФИЗИКА ОБЫКНОВЕННЫХ ЯВЛЕНИЙ(Т.1. М.: Наука, 1986. фрагменты из книги)
Суорц К.Э. "Необыкновенная физика обыкновенных явлений" (фрагменты из книги)
Комментариев нет:
Отправить комментарий