Электромагнитные волны в принципе могут иметь любую частоту от нуля до бесконечно большой. Классификация электромагнитных волн по частотам называется спектром электромагнитных волн. Такой электромагнитный спектр показан на рисунке 1. Электромагнитные волны с очень низкими частотами (всего несколько герц) не имеют практического значения и поэтому генерируются сравнительно редко. Неизбежно, однако, излучение электромагнитных волн линиями электропередач переменного тока (обычно с частотой 50 Гц). Это излучение рассматривается как потеря энергии.
Электромагнитные волны с частотой, превышающей несколько тысяч герц, называются радиоволнами. Широковещательная полоса частот лежит в окрестности 1 МГц. Телевизионная полоса (видеочастоты) начинается примерно при 50 МГц. Затем идут ультравысокие частоты (УВЧ), за которыми следуют сверхвысокие частоты (СВЧ).
Электромагнитные волны с самыми высокими частотами, излучаемые электронными генераторами, называются микроволнами. Их длина волны составляет несколько сантиметров или даже миллиметров.
Электромагнитные волны с еще более высокими частотами могут излучаться молекулярными и атомными генераторами. Эти частоты соответствуют инфракрасному излучению. Электромагнитное излучение в диапазоне частот от 4,3 ·1014 до 7·1014 Гц лежит в области чувствительности человеческого глаза, это видимый свет. Электромагнитные волны с еще более высокими частотами невидимы человеческим глазом и называются ультрафиолетовым излучением. Диапазон ультрафиолетовых частот простирается вплоть до 5·1017 Гц. Начиная с этих частот и кончая частотами 1019 Гц лежит область рентгеновского излучения. Электромагнитное излучение с еще более высокими частотами называется гамма-излучением.
Рис. 1. Шкала электромагнитных излучений
2. Открытие ультрафиолетового излучения
Спектр лучей, видимых глазом человека не имеет резких, четко определенных границ. Со стороны фиолетового цвета одни исследователи относили границу к 4000 Å, другие - к 3800, а третьи сдвигали ее даже до 3200 Å. Очевидно, это объясняется различной световой чувствительностью глаза и свидетельствует о наличии области лучей, не видимых глазом человека.
Когда чувствительный термометр помещен в область спектра видимых лучей, он показывает значительное повышение температуры. Что же произойдет, если передвинуть термометр за пределы видимого спектра? Такие опыты были поставлены в начале XIX века английским астрономом У. Гершелем. После многократно проведенных исследований он обнаружил, что за границей красного цвета термометр показывает повышение температуры с определенным максимумом. Это послужило для ученого доказательством существования новых лучей, названных впоследствии инфракрасными.
А что происходит за фиолетовой, коротковолновой границей спектра? И здесь под влиянием невидимых лучей обнаружено повышение температуры. Правда, выражено оно значительно слабее, чем за красной границей спектра, и скептики пытались подвергнуть сомнению существование таких лучей. Когда же в качестве чувствительного приемника света немецкий физик И. Риттер и английский ученый У. Уоластон использовали в 1801 году фотопластинку, реальность новых лучей, названных ультрафиолетовыми, стала неоспоримой. За фиолетовой границей спектра фотографическая пластинка чернеет даже быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение фотопластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
3. Источники ультрафиолетового излучения и его основные свойства
Источники ультрафиолетового излучения условно можно разделить на естественные и искусственные. К естественным источникам относится Солнце и другие небесные светила, разряды молнии. К искусственным - электрическая дуга с угольными электродами или содержащими металлы в виде примесей или стержней, специальные газоразрядные лампы (например, ртутно-кварцевая лампа типа ПРК), водородные, бактерицидные, ксеноновые, люминесцентные, лампы-фотовспышки.
Ультрафиолетовое излучение обнаруживается с фотоэлементов, фотоумножителей, люминесцентных веществ. В таблице 1 приведены основные свойства ультрафиолетового излучения и примеры его технического применения.
Таблица 1
Свойства УФ-излучения
Техническое применение
Вызывает люминесценцию
Используется в люминесцентных лампах, люминесцентном анализе и дефектоскопии
Вызывает фотоэффект
Применяется в промышленной электронике и автоматике
Вызывает фотохимические реакции
Применяется в текстильном производстве
Производит бактерицидное действие
Используется для стерилизации воздуха в промышленных помещениях и в медицинской практике
В § 12 мы доказали, что вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести. Рассмотрим теперь вес тела, движущегося с ускорением. Это ускорение телу сообщает равнодействующая силы тяжести и силы, действующей со стороны опоры (или подвеса).
Поэтому, говоря далее об ускорении тела, мы должны понимать, что оно равно ускорению опоры (или подвеса).
Ускорение тела направлено вверх. Докажем, что в таком случае модуль веса тела
P = m(g + a), (1)
где m – масса тела, a – модуль ускорения тела.
Пусть тело массой m лежит на опоре, движущейся с ускорением , направленным вверх Тело давит на опору своим весом , а опора действует на груз с силой нормальной реакции ). По третьему закону Ньютона
ОбъяснениеОтсюда следует, что
P = N. (3)
На тело действуют сила тяжести mg_vec и сила нормальной реакции (рис. 16.1, б). Их равнодействующая = + m вызывает ускорение тела . Следовательно, согласно второму закону Ньютона
+ m = m.
Запишем эту формулу в проекциях на направленную вверх ось x:
N – mg = ma.
Отсюда
N = m(g + a) (4)
Из формул (3) и (4) следует, что
P = m(g + a).
Доказательство завершено: мы получили формулу (1).
Обратите внимание: если ускорение тела направлено вверх, вес груза больше действующей на него силы тяжести.
Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что оно испытывает перегрузку. Здоровый человек без вреда выдерживает кратковременные трехкратные перегрузки, то есть увеличение веса в три раза.
Космонавтам при старте и посадке космического корабля приходится выдерживать многократные перегрузки. Чтобы это не нанесло ущерба здоровью космонавтов, их тренируют с специального аппарата – центрифуги (см. § 8)Ускорение направлено вниз. Будем считать,что ускорение тела не превышает по модулю ускорения свободного падения.
1. Докажите, что в этом случае
P = m(g – a). (5)
Итак, если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше действующей на него силы тяжести.
Из формулы (5) следует, что при a = g, то есть когда тело движется с ускорением свободного падения, вес тела равен нулю. Подробнее мы рассмотрим это в пункте «Невесомость».
Обратите внимание: в формулы (1) и (5) для веса тела, движущегося с ускорением, не входит скорость тела. Это означает, что вес тела не зависит от модуля и направления скорости тела.
Например, если ускорение тела в некоторый момент направлено вверх, то вес будет больше действующей на это тело силы тяжести независимо от того, куда направлена скорость тела: вверх, вниз, горизонтально или под углом к горизонту!
2. Через 2 с после начала движения с постоянным ускорением скорость лифта стала равной 6 м/с. В лифте на весах стоит пассажир массой 60 кг. Каковы во время разгона лифта показания весов (в кг), если лифт едет вверх? вниз?
3. Лифт, двигавшийся со скоростью 4 м/с, начал тормозить. Во время торможения с постоянным ускорением вес находящегося в лифте человека массой 50 кг был равен 400 Н.
а) Куда направлено ускорение лифта?
б) Чему равно ускорение лифта?
в) Куда ехал лифт до остановки – вверх или вниз?
4. Подвешенный на нити длиной 1 м груз массой 0,5 кг совершает колебания в вертикальной плоскости (рис. 16.2). В нижней точке скорость груза равна 2 м/с.
а) Как направлено в нижней точке ускорение груза?
б) Чему равно ускорение груза в нижней точке?
в) Чему равна сила натяжения нити в нижней точке?
5. Автомобиль массой 1 т едет по выпуклому мосту, имеющему форму дуги окружности радиусом 40 м. Какой должна быть скорость автомобиля в верхней точке моста, чтобы в этой точке:
а) вес автомобиля был равен 2 кН?
б) автомобиль не давил на мост?
? 6. К пружине жесткостью 400 Н/м подвешивают груз массой 200 г, в результате чего пружина растягивается. Какова кратность перегрузки для груза в момент, когда удлинение пружины равно 2 см?
2. Невесомость
В предыдущем пункте была получена формула для веса тела, находящегося на опоре, движущейся с ускорением а, направленным вниз:
P = m(g – a).
(Мы считаем, что модуль ускорения тела не превышает ускорения свободного падения.)
Из этой формулы следует, что, когда ускорение опоры приближается к ускорению свободного падения у, вес тела стремится к нулю.
При a = g тело совсем перестает давить на опору. В этот момент вес тела становится ровным нулю. Такое состояние называют невесомостью.
. Спектр электромагнитных излучений.
Электромагнитные волны в принципе могут иметь любую частоту от нуля до бесконечно большой. Классификация электромагнитных волн по частотам называется спектром электромагнитных волн. Такой электромагнитный спектр показан на рисунке 1. Электромагнитные волны с очень низкими частотами (всего несколько герц) не имеют практического значения и поэтому генерируются сравнительно редко. Неизбежно, однако, излучение электромагнитных волн линиями электропередач переменного тока (обычно с частотой 50 Гц). Это излучение рассматривается как потеря энергии.
Электромагнитные волны с частотой, превышающей несколько тысяч герц, называются радиоволнами. Широковещательная полоса частот лежит в окрестности 1 МГц. Телевизионная полоса (видеочастоты) начинается примерно при 50 МГц. Затем идут ультравысокие частоты (УВЧ), за которыми следуют сверхвысокие частоты (СВЧ).
Электромагнитные волны с самыми высокими частотами, излучаемые электронными генераторами, называются микроволнами. Их длина волны составляет несколько сантиметров или даже миллиметров.
Электромагнитные волны с еще более высокими частотами могут излучаться молекулярными и атомными генераторами. Эти частоты соответствуют инфракрасному излучению. Электромагнитное излучение в диапазоне частот от 4,3 ·1014 до 7·1014 Гц лежит в области чувствительности человеческого глаза, это видимый свет. Электромагнитные волны с еще более высокими частотами невидимы человеческим глазом и называются ультрафиолетовым излучением. Диапазон ультрафиолетовых частот простирается вплоть до 5·1017 Гц. Начиная с этих частот и кончая частотами 1019 Гц лежит область рентгеновского излучения. Электромагнитное излучение с еще более высокими частотами называется гамма-излучением.
Рис. 1. Шкала электромагнитных излучений
2. Открытие ультрафиолетового излучения
Спектр лучей, видимых глазом человека не имеет резких, четко определенных границ. Со стороны фиолетового цвета одни исследователи относили границу к 4000 Å, другие - к 3800, а третьи сдвигали ее даже до 3200 Å. Очевидно, это объясняется различной световой чувствительностью глаза и свидетельствует о наличии области лучей, не видимых глазом человека.
Когда чувствительный термометр помещен в область спектра видимых лучей, он показывает значительное повышение температуры. Что же произойдет, если передвинуть термометр за пределы видимого спектра? Такие опыты были поставлены в начале XIX века английским астрономом У. Гершелем. После многократно проведенных исследований он обнаружил, что за границей красного цвета термометр показывает повышение температуры с определенным максимумом. Это послужило для ученого доказательством существования новых лучей, названных впоследствии инфракрасными.
А что происходит за фиолетовой, коротковолновой границей спектра? И здесь под влиянием невидимых лучей обнаружено повышение температуры. Правда, выражено оно значительно слабее, чем за красной границей спектра, и скептики пытались подвергнуть сомнению существование таких лучей. Когда же в качестве чувствительного приемника света немецкий физик И. Риттер и английский ученый У. Уоластон использовали в 1801 году фотопластинку, реальность новых лучей, названных ультрафиолетовыми, стала неоспоримой. За фиолетовой границей спектра фотографическая пластинка чернеет даже быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение фотопластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.
3. Источники ультрафиолетового излучения и его основные свойства
Источники ультрафиолетового излучения условно можно разделить на естественные и искусственные. К естественным источникам относится Солнце и другие небесные светила, разряды молнии. К искусственным - электрическая дуга с угольными электродами или содержащими металлы в виде примесей или стержней, специальные газоразрядные лампы (например, ртутно-кварцевая лампа типа ПРК), водородные, бактерицидные, ксеноновые, люминесцентные, лампы-фотовспышки.
Ультрафиолетовое излучение обнаруживается с фотоэлементов, фотоумножителей, люминесцентных веществ. В таблице 1 приведены основные свойства ультрафиолетового излучения и примеры его технического применения.
Таблица 1
Свойства УФ-излучения
Техническое применение
Вызывает люминесценцию
Используется в люминесцентных лампах, люминесцентном анализе и дефектоскопии
Вызывает фотоэффект
Применяется в промышленной электронике и автоматике
Вызывает фотохимические реакции
Применяется в текстильном производстве
Производит бактерицидное действие
Используется для стерилизации воздуха в промышленных помещениях и в медицинской практике
Вызывает эритему
Применяется в профилактике заболеваний и лечении
4. Использование ультрафиолетового
В § 12 мы доказали, что вес покоящегося тела равен действующей на это тело силе тяжести. Рассмотрим теперь вес тела, движущегося с ускорением. Это ускорение телу сообщает равнодействующая силы тяжести и силы, действующей со стороны опоры (или подвеса).
Поэтому, говоря далее об ускорении тела, мы должны понимать, что оно равно ускорению опоры (или подвеса).
Ускорение тела направлено вверх. Докажем, что в таком случае модуль веса тела
P = m(g + a), (1)
где m – масса тела, a – модуль ускорения тела.
Пусть тело массой m лежит на опоре, движущейся с ускорением , направленным вверх Тело давит на опору своим весом , а опора действует на груз с силой нормальной реакции ). По третьему закону Ньютона
ОбъяснениеОтсюда следует, что
P = N. (3)
На тело действуют сила тяжести mg_vec и сила нормальной реакции (рис. 16.1, б). Их равнодействующая = + m вызывает ускорение тела . Следовательно, согласно второму закону Ньютона
+ m = m.
Запишем эту формулу в проекциях на направленную вверх ось x:
N – mg = ma.
Отсюда
N = m(g + a) (4)
Из формул (3) и (4) следует, что
P = m(g + a).
Доказательство завершено: мы получили формулу (1).
Обратите внимание: если ускорение тела направлено вверх, вес груза больше действующей на него силы тяжести.
Когда вес тела больше силы тяжести, говорят, что оно испытывает перегрузку. Здоровый человек без вреда выдерживает кратковременные трехкратные перегрузки, то есть увеличение веса в три раза.
Космонавтам при старте и посадке космического корабля приходится выдерживать многократные перегрузки. Чтобы это не нанесло ущерба здоровью космонавтов, их тренируют с специального аппарата – центрифуги (см. § 8)Ускорение направлено вниз. Будем считать,что ускорение тела не превышает по модулю ускорения свободного падения.
1. Докажите, что в этом случае
P = m(g – a). (5)
Итак, если ускорение тела направлено вниз, то вес тела меньше действующей на него силы тяжести.
Из формулы (5) следует, что при a = g, то есть когда тело движется с ускорением свободного падения, вес тела равен нулю. Подробнее мы рассмотрим это в пункте «Невесомость».
Обратите внимание: в формулы (1) и (5) для веса тела, движущегося с ускорением, не входит скорость тела. Это означает, что вес тела не зависит от модуля и направления скорости тела.
Например, если ускорение тела в некоторый момент направлено вверх, то вес будет больше действующей на это тело силы тяжести независимо от того, куда направлена скорость тела: вверх, вниз, горизонтально или под углом к горизонту!
2. Через 2 с после начала движения с постоянным ускорением скорость лифта стала равной 6 м/с. В лифте на весах стоит пассажир массой 60 кг. Каковы во время разгона лифта показания весов (в кг), если лифт едет вверх? вниз?
3. Лифт, двигавшийся со скоростью 4 м/с, начал тормозить. Во время торможения с постоянным ускорением вес находящегося в лифте человека массой 50 кг был равен 400 Н.
а) Куда направлено ускорение лифта?
б) Чему равно ускорение лифта?
в) Куда ехал лифт до остановки – вверх или вниз?
4. Подвешенный на нити длиной 1 м груз массой 0,5 кг совершает колебания в вертикальной плоскости (рис. 16.2). В нижней точке скорость груза равна 2 м/с.
а) Как направлено в нижней точке ускорение груза?
б) Чему равно ускорение груза в нижней точке?
в) Чему равна сила натяжения нити в нижней точке?
5. Автомобиль массой 1 т едет по выпуклому мосту, имеющему форму дуги окружности радиусом 40 м. Какой должна быть скорость автомобиля в верхней точке моста, чтобы в этой точке:
а) вес автомобиля был равен 2 кН?
б) автомобиль не давил на мост?
? 6. К пружине жесткостью 400 Н/м подвешивают груз массой 200 г, в результате чего пружина растягивается. Какова кратность перегрузки для груза в момент, когда удлинение пружины равно 2 см?
2. Невесомость
В предыдущем пункте была получена формула для веса тела, находящегося на опоре, движущейся с ускорением а, направленным вниз:
P = m(g – a).
(Мы считаем, что модуль ускорения тела не превышает ускорения свободного падения.)
Из этой формулы следует, что, когда ускорение опоры приближается к ускорению свободного падения у, вес тела стремится к нулю.
При a = g тело совсем перестает давить на опору. В этот момент вес тела становится ровным нулю. Такое состояние называют невесомостью.