Смещение длин всех типов волн
И.В. Ефимов
Аннотация
Мысленный эксперимент со звуковыми волнами, распространяющимися в средах с изменяющимися значениями скоростей, позволил обосновать вывод: Если в процессе распространения волн любой природы имеет место изменение их длин, то это является следствием изменения их скорости.
Исходя из того, что скорость звука в твердых телах имеет широкий диапазон от значения 37 м/с в резине до 12000м/с в алмазе, то, не указывая конкретно марку материала, мы можем мысленно представить стержни произвольного диаметра и имеющие следующие параметры и характеристики:
- первый длина 100 метров, скорость звука 100 м/с
- второй длина 1000 метров, скорость звука 1000 м/с
- третий длина 2000 метров, скорость звука 2000 м/с
- четвертый длина 6000 метров, скорость звука 6000 м/с
- пятый длина 12000 метров, скорость звука 12000 м/с
В отличие от механических процессов, в случаях, когда движение начинается с начальной скоростью, равной нулю, скорость звука в этих стержнях сразу распространяется с вышеуказанными начальными скоростями.
Если плотно состыковать стержни в означенном порядке, то получим единую конструкцию в виде стержня длиной 21,1 метров.
Представим, что в торец со стороны первого стержня начнут наноситься удары (импульсы) с частотой 10 герц. В этом случае расстояние между импульсами можно представить, как некое подобие цуга волн, имеющих длину л1 = 10 метров и период Т = 0,1 секунды.
Распространяясь по длине стержня, первый и все последующие импульсы каждый из пяти участков будут проходить за одинаковое время, равное одной секунде, период будет неизменным, но при этом длины л на каждом из участков будут иметь следующие значения:
- второй участок л2 = 100 метров
- третий участок л3 = 200 метров
- четвертый участок л4 = 600 метров
- пятый участок л5 = 1200 метров.
Как видим, при неизменном начальном периоде Т = 0,1 с, имеет место увеличение длины волны Дл1-5 = л5 - л1 = 1190 метров.
Следующим шагом удаляем первый стержень и наносим удары в торец стержня номер два, имеющего длину 1000 метров, с прежней частотой 10 герц, и получаем неизменные длины волн:
- второй участок л2 = 100 метров
- третий участок л3 = 200 метров
- четвертый участок л4 = 600 метров
- пятый участок л5 = 1200 метров
в результате имеем увеличение длины волны Дл2-5 = 1100 метров
Отметим, что нумерация участков не изменялась, и принята такой, как это было в первом случае
Удалив второй стержень и проделав аналогичные манипуляции в торце третьего стержня, получаем неизменные значения длин волн:
- третий участок л3 = 200 метров
- четвертый участок л4 = 600 метров
- пятый участок л5 = 1200 метров
При этом имеем увеличение длины волны: Дл3-5 = 1000 метров
Удалив третий стержень и произведя удары с прежней частотой в торце четвертого стержня, получаем:
- четвертый участок л4 = 600 метров
- пятый участок л5 = 1200 метров
Имеем увеличение длины волны Дл4-5 = 600 метров
Когда будем воздействовать прежним образом на торец пятого стержня, то значение л5 будет составлять 1200 метров, но изменения длины не будет иметь место вследствие того, что скорость оставалась неизменной.
Можно упростить условия мысленного эксперимента.
Состыкуем вместе первый и пятый стержни. Ударяя в торец первого стержня, в результате будем иметь то же самое увеличение длины волны Дл1-5 = 1190 метров.
По аналогии с общеизвестным явлением, назовём это красное смещение звуковых волн.
Обратно же, если в торец пятого стержня наносить удары с частотой 10 герц, то на выходе в первом стержне получим длину волны 10 метров и уменьшение длины волны Дл5-1 = 1190 метров.
Этому явлению можно дать название синее смещение звуковых волн.
Таким образом, если волны, имеющие период Т, переходят из среды со скоростью v1 в среду со скоростью vi, то изменение длины волны можно будет рассчитать по формуле
Дл = (vi - v1) Т (1)
Мы наглядно показали, каким образом при распространении звуковых волн в средах с изменяющимися значениями скоростей имеет место изменение их длин, из чего следует:
Если в процессе распространения звуковых волн имеет место изменение их длин, то это является следствием изменения их скорости.
На основании вышеизложенного имеются основания обобщить:
Если в процессе распространения волн любой природы имеет место изменение их длин, то это является следствием изменения их скорости.
Данное обобщение распространяется и на волны электромагнитные, включая волны света - фотоны. Именно по этой причине явление Космологического красного смещения следует объяснять увеличением скорости света с течением времени.
Формула (1) в случае, когда имеет место изменения длины волн света, приобретает вид:
Дл = (c - ci)Т,
где Т - это период, а ci - скорость света в среде с другой скоростью, в том числе и в какой-то отдаленный, более ранний момент времени.
С учетом абсолютного показателя преломления n запишем:
Дл = (c - c/n ), что позволяет высказывать предположение, что во времена отдаленные показатель преломления вакуума был больше, чем в настоящее время. Возможно, что более целесообразным представляется ввести в обиход величину, обратную показателю преломления, назвав её, например, «показатель упругости».
Литература
звуковая волна скорость смещение
1. Э. Шмутцер. Теория относительности. Современное представление. Издательство «Мир», М. 1981
2. Р. Спроул. Современная физика. М. Наука, 1974