Что такое волны

Прежде чем определить первый принцип радиолокации, мы говорили об отражении звука и радиосигналов. Что же объединяет эти два совершенно различные по своей природе явления? Что позволяет изучать некоторые свойства радиоволн на примерах звуковых, водяных, световых волн? Ответ на этот вопрос напрашивается. Именно волновой характер распространения позволяет с помощью простых, не раз наблюдавшихся примеров продемонстрировать общие законы волнового движения.

Что же такое волны?

Понаблюдайте за звучащей струной. Вы заметите, что она быстро колеблется. Колебания струны заставляют в свою очередь колебаться слой воздуха, соприкасающийся с ней. Постепенно, слой за слоем захватываются этим движением. Образуются так называемые, звуковые волны — попеременно меняющиеся сжатия и разрежения воздуха. Процесс «захватывания» все новых слоев воздуха этим движением проходит с определенной скоростью, равной приблизительно 330 м/сек Вот почему мы говорим, что звуковая волна распространяется со скоростью 330 м/сек. Ясно, что в рассматриваемом случае звуковая волна распространяется в воздухе. Проверим это, закрыв звучащую струну колпаком, из-под которого удален воздух. Звучание исчезнет — нет той среды, которая «передавала» звуковую волну.

А вот другой пример. Бросьте камень на зеркальную поверхность спокойного озера. Все дальше удаляясь от места падения камня, «побегут» кольцеобразные водяные волны. Непосвященному {8} наблюдателю может показаться, что образовавшиеся кольцеобразные волны действительно удаляются от места падения, унося с собой и те частицы воды, из которых они состоят. Но присмотритесь внимательно. В этом вам поможет случайный предмет, плавающий на поверхности озера. Вы заметите, что, поднимаясь и опускаясь, этот предмет остается на одном и том же месте. Значит, частицы воды лишь колеблются, то поднимаясь и образуя «гребни» волны, то опускаясь во «впадины». Падение камня лишь создает первоначальный очаг этого волнового движения — «возмущение».

Вокруг звучащего предмета распространяются звуковые волны — сжатия и разрежения воздуха.

Образовавшаяся же волна распространяется с определенной скоростью во всех направлениях. Расстояние между двумя соседними «гребнями» или «впадинами» называется длиной образовавшейся «волны» Совершенно ясно, что понятие «длина волны» применимо к любому волновому движению.

Описанный опыт позволяет обратить внимание на еще одно ценное свойство волн. Например, два брошенных на поверхность камня образуют два очага кольцеобразных водяных волн. Эти волны, встречаясь, как бы перекрещиваются, оставаясь в то же время неизменными. Именно это свойство, принадлежащее любым волнам, позволяет сотням радиостанций одновременно вести радиопередачу в полной уверенности, что сигналы каждой из них «по дороге» к радиослушателю не перепутаются, не смешаются с другими.

По сходству с водяными волнами, хорошо знакомыми всем с детства, все явления, в которых картина повторяется во времени и в пространстве, называются волновыми. Так, например, для {9} звуковой волны характерно, что через расстояние, равное ее длине, повторяется сжатие (или разрежение) воздуха (это повторение в пространстве). А в каждой данной точке наблюдается то сжатие, то разрежение, то снова сжатие (это повторение во времени).

Радиоволны — это тоже повторение во времени и в пространстве, на этот раз — электрических и магнитных полей. Они представляют собой лишь сравнительно небольшую группу целого класса подобных волн, называемых электромагнитными. Для своего распространения эти волны не нуждаются в воздухе. Спрячьте

Две различных серии волн, распространяясь, не мешают друг другу.

источник их излучения под тот же колпак, что и звучащую струну, волны беспрепятственно «выйдут» оттуда. Развитие радиотехники за последние десятки лет сделало понятие «радиоволны» широко доступным. Действительно, каждый день по радио или из первой страницы газеты «Радиопрограммы» читатель узнает длины волн, на которых будет передаваться та или иная передача. Известно, что для слушания на соответствующей волне нужно перестроить приемник, «выделить» в окружающем пространстве интересующую нас радиоволну. Однако далеко не все знают, что солнце — тоже передатчик электромагнитной энергии. Потоки света — это также электромагнитные волны. Разница заключается лишь в том, что световые волны следуют одна за другой через значительно меньшие интервалы времени, чем радиоволны. Конечно, существенная разница в длинах волн влечет за собой и некоторые различия, но природа обоих явлений одинакова.

Необходимо обратить внимание на еще одно важное свойство волнового движения.

Пусть по какой-либо причине, например, из-за землетрясения, в океане возникнет очаг огромных волн. Через десятки километров эти волны, обрушившись на берег, причинят значительные разрушения. Откуда же взялась эта энергия? Образовавшаяся волна передала ее из точки своего возникновения (на месте землетрясения). Массы воды, участвуя в волновом движении (колеблясь вверх и вниз), в то же время передают энергию в сторону движения волны.

Распространение электромагнитной волны — это тоже передача одного из видов энергии — электромагнитной энергии. Антенна радиопередатчика излучает энергию в пространство. Почти вся эта энергия пропадает в необъятных просторах, окружающих земной {10} шар. Но какая-то часть ее улавливается приемниками. Она приносит радиослушателям последние известия, музыку, пение.

О том, как много энергии приносят с собой световые волны, известно каждому. Солнечный свет — источник жизни на нашей планете. Под воздействием солнечных лучей нагреваются и испаряются водоемы, тают ледники, образуя горные потоки и водопады. Наконец, специальные энергетические установки позволяют непосредственно использовать солнечные лучи. Таким образом, становится ясно, что волны, какие бы они ни были, несут с собой тот или иной вид энергии.

Все эти общие сведения о волновом движении необходимо знать читателю, для того чтобы хорошо представлять себе в дальнейшем, как используются радиоволны в радиолокации. В главе II этой книги более подробно рассмотрены свойства радиоволн.