Prezentace radaru na lekci fyziky (10. ročník) na dané téma. Naše zadky

Ve škole a ústavu nám vysvětlili, že pokud loď letí ze Země podsvětelnou rychlostí, světlo ze Země k ní přichází se stále větším zpožděním a na lodi to vypadá, že se čas (všechny procesy) na Zemi zpomaluje dolů ... A ukazuje se, že Einstein mluví pouze o iluzi „zpomalování“ a „zrychlování“ času pro různé pozorovatele.

Zde se ukazuje, že jak se čas „zpomalil“ při vzdalování se od Země, tak se ve stejné míře „zrychlil“ při návratu na Zemi. Jestliže v prvním případě signál dostihl loď na pět sekund, nyní se signál setká s lodí dříve o stejných 5 sekund. Není zde žádný Einstein s jeho relativitou.
Ve svém příběhu nahraďte Zemi Moskvou, vesmírnou loď vlakem, cíl Vladivostokem, signály telefonáty. A hned se ukáže, že tu není cítit žádná teorie relativity. I když ve skutečnosti tam nějaký efekt je, ale je naprosto bezvýznamný ve srovnání s fikcí, která se objevuje ve vaší legendě.

Takže, co je skutečné? Ve skutečnosti existuje spousta experimentů, které testovaly SRT. Vybral jsem to nejjednodušší a nejsrozumitelnější. Ve skutečnosti jsem nenašel zprávu o tomto experimentu. Ale věřím, že je to skutečně stotisíckrát přesnější než experiment z roku 1938.

Kanadští fyzici požádali o použití urychlovače v Institutu Maxe Plancka (v Německu jeden existuje). Podstata experimentu: ionty lithia jsou excitovány laserem a následně je měřena emisní frekvence těchto iontů. Frekvenci nazýváme počet „hrbů“, zhruba řečeno, vyzařované vlny za jednotku času. Nejprve se změří frekvence v klidovém (laboratorním) referenčním rámci. Získejte hodnotu f 0. Poté jsou ionty urychlovány na urychlovači. Pokud Einsteinova teorie správně předpovídá dilataci času, pak za čas řekněme 2 s v laboratorním systému může v systému pohybujícím se určitou rychlostí uplynout pouze 1 s. Po excitaci pohybujících se iontů lithia v tomto případě získáme frekvenci záření f1, dvakrát menší f 0. To je přesně to, co Kanaďané udělali. A dostali rozpor s teorií menší než jedna desetimiliontina sekundy.

Ale to není to, co nás zajímá. Zajímavé je pozadí filozofické kritiky SRT, GTR, kvantové mechaniky. Při studiu současných „komentátorů“ pronásledování fyziky v SSSR má člověk dojem, že sovětští fyzici nebyli ve stejné fyzice v zubech. Ve skutečnosti byl problém v tom, že fyzika 20. století se ocitla ve stavu, kdy „hmota zmizela, zůstaly jen rovnice“. Jinými slovy, fyzika odmítala hledat modely hmotné reality, a když poměrně úspěšně obdržela rovnice popisující procesy, začala jednoduše vymýšlet jejich interpretace. A tento okamžik byl stejně dobře chápán jak fyziky SSSR, tak fyziky Západu. Ani Einstein, ani Bohr, ani Dirac, ani Feynman, ani Bohm, ani ... nikdo nebyl s takovou situací v teoretické fyzice spokojen. A sovětská kritika často přebírala argumenty Made in Ottedov.

Pokusím se ilustrovat, co je míněno například fyzikálním modelem SRT, na rozdíl od jeho matematického modelu postaveného Lorentzem a Poincarém a v přístupnější podobě Einsteina. Jako příklad jsem zvolil model Gennady Ivčenkova. Zdůrazňuji, že jde pouze o ilustraci. Nebudu obhajovat jeho pravdu. Navíc je Einsteinův SRT dostatečně fyzicky dokonalý.

Podívejme se nejprve na Einsteinovo řešení. Podle SRT plyne čas v pohyblivém systému pomaleji než ve stacionárním:

Potom bude frekvence kmitů (bez ohledu na to, jaká) v pohybujícím se systému (měřeno stacionárním pozorovatelem) menší než ve stacionárním:

kde ω ν je frekvence kmitání v pohyblivém systému a ω 0 - v nehybnosti. Tedy měřením frekvence záření, které přicházelo ke stacionárnímu pozorovateli z pohybujícího se systému, z hlediska poměru frekvencí ω ν / ω 0 můžete vypočítat rychlost systému. Ukazuje se, že vše je jednoduché a logické.

Ivčenkovův model

Předpokládejme, že dva stejné náboje stejného jména interagují (například dva elektrony) pohybující se vzhledem k laboratornímu souřadnicovému systému stejným směrem stejnou rychlostí PROTI na dálku r vzájemně paralelní. Je zřejmé, že v tomto případě coulombovské síly zatlačí nálože a ty Lorentzovy se přitahují. V tomto případě bude každý náboj létat v magnetickém poli vytvořeném druhým nábojem.

Celková síla (někdy nazývaná Lorentzova síla, protože ji odvodil jako první) je popsána vzorcem

V důsledku toho Lorentzova síla přitažlivosti pohybujících se nábojů (druhá část vzorce), které se při pohybu staly proudy, bude stejná (ve skalární formě):

Coulombova síla odpuzující elektrické náboje se bude rovnat:

A rychlost nábojů, při které se přitažlivá síla rovná síle odpuzování, bude rovna:

Proto při PROTI< C Coulombovské síly převažují a létající nálože se nepřitahují, ale odpuzují, i když odpudivá síla je menší než Coulombova síla a s rostoucí rychlostí klesá. PROTI podle závislosti:

Tento vzorec lze vyjádřit jiným způsobem:

Získali jsme tedy závislost síly interakce pohybujících se nábojů v laboratorním systému. Dále budeme brát v úvahu obecnou formu vibrační rovnice, aniž bychom zacházeli do jejích specifik (v tomto případě můžeme mít na mysli de Broglieho model pro základní a první excitované stavy atomu vodíku).

F = - ω 2 m q

ty. frekvence záření při pevné hmotnosti elektronu a jeho "posunutí" je úměrné druhé odmocnině modulu síly. V našem modelu pro nás detaily struktury atomu nejsou důležité, je pro nás důležité pouze vědět, co bude pozorováno v laboratorním referenčním rámci s poměrem síly interakce nábojů získaným výše. Takto,

což souhlasí s Einsteinovým závěrem:

MIB, to není žádná "legenda". Tak nám byla ve škole vysvětlována teorie relativity.

Totéž se děje nejen se světlem, ale také se zvukovými vlnami.

Tak říkám, jak vás „naučili“. Nebo jak ses "učil"? Mluvíte o Dopplerově jevu a teorie relativity je založena na rovnosti inerciálních vztažných soustav a na konečnosti maximální rychlosti interakcí. Právě tyto dvě polohy generují geometrii s Lorentzovou skupinou.

Pokud jsem se dočetl, Michelson-Morphyho experiment se kvůli složitosti opakoval pouze jednou. USA v polovině 20. století.

Ale o to nejde... jde o fyzikální (filosofickou) interpretaci rovnic SRT.

Ne Morphy, ale Morley.

Níže je uveden seznam souvisejících článků. V kontextu fyziky jsou nejzajímavější poslední dva články. V kontextu filozofie není nic rozumného – sám předvádíte, kdo, jak a co vás naučila „filosofie“ a „fyzika“.

Proč by ale písek v jedoucím vlaku padal pomaleji, kdyby sám Einstein napsal, že základním předpokladem jeho teorie je, že fyzikální procesy ve všech inerciálních vztažných soustavách probíhají stejně.

M-ano... Jak všechno běží...

Začněme od začátku, s Newtonovými prvky. Skutečnost, že fyzikální procesy probíhají ve všech inerciálních vztažných soustavách stejným způsobem, je objev Galilea, nikoli Newtona, a ještě více, ne Einsteina. Newton má však trojrozměrný euklidovský prostor parametrizovaný proměnnou t . Uvažujeme-li tuto konstrukci jako jediný časoprostor, dostaneme parabolickou geometrii Galilea (tj. geometrii, která se liší jak od ploché euklidovské, tak od hyperbolické Lobačevského a sférické Riemannovy). Důležitým rysem newtonovské mechaniky je, že je povolena nekonečná rychlost interakce. To odpovídá Galileově skupině časoprostorových transformací.

Nyní Maxwell. Rovnice elektrodynamiky neumožňují nekonečnou rychlost interakcí, elektromagnetická pole se šíří konečnou rychlostí - rychlostí světla S . Vzniká tak nepříjemná skutečnost: Maxwellovy rovnice nejsou transformovány Galileovskou grupou, nebo, jak se říká, nejsou vůči této skupině invariantní, což prudce oslabuje jejich kognitivní hodnotu, pokud se pro ně nenajde nějaká specifická grupa. v limitu S → ∞ ke galilejské skupině. Navíc chceme zachovat princip kauzality, tzn. vyhnout se situaci, kdy se nějaká událost již stala v jednom referenčním rámci, ale buď se ještě nestala v jiných, nebo se stala ještě dříve. V podstatě je rovnost rychlosti světla ve všech inerciálních vztažných soustavách důsledkem principu kauzality. Z toho plyne požadavek, aby existovala určitá veličina, určitý invariant, který je stejný ve všech inerciálních vztažných soustavách. Takovým invariantem se ukázal být výraz

s 2 \u003d r 2 - (ct) 2

(Nepíšu v diferenciálech, abych nestrašil). Tato hodnota se nazývá interval. Jak vidíte, jedná se pouze o přeponu čtyřrozměrného trojúhelníku se třemi skutečnými (prostorovými) nohami a jednou imaginární (časovou). Tady S - maximální rychlost interakce (bereme ji rovnou rychlosti světla, ale fyzici mají důvod pochybovat, že k interakcím s vyšší rychlostí nedochází).

Interval spojuje dvojici událostí v libovolné inerciální vztažné soustavě (ISR) a je stejný pro stejnou dvojici událostí ve všech vztažných soustavách (ISR). Další je otázka technologie. Při přechodu z jednoho IFR do druhého jsou prostorové a časové souřadnice transformovány Lorentzovou skupinou, přičemž interval zůstává invariantní. Lorentzovy transformace jsou skupinou rotací našeho trojúhelníku ve 4rozměrném časoprostoru tak, že se všechny 4 souřadnice mění x, y, z, ict , ale délka přepony s zůstává neměnný.

Při snaze S → ∞ Lorentzovy transformace přecházejí na Galileovské transformace.

Někde na prstech. Pokud vám něco uniklo nebo jste to vyjádřili nepřesně - zavolejte, zeptejte se.

snímek 2

Účel: určit vztah mezi rádiem a radarem, zjistit, jak se šíří rádiový signál. Úkoly: Zjistěte, kdy se objevilo první rádio, kdo ho vymyslel. Definujte radarový a rádiový vlnový signál. Zjistěte, co určuje přesnost měření rádiových vln. Zvažte oblasti použití radaru. Udělejte závěr o šíření signálu. Hypotéza: Je možné řídit letecký provoz bez znalosti principů radaru?

snímek 3

A jak to všechno začalo? V roce 1888 Německý fyzik Heinrich Rudolf Hertz experimentálně prokázal existenci elektromagnetických vln. Při experimentech používal zdroj elektromagnetického záření (vibrátor) a od něj vzdálený přijímací prvek (rezonátor), který na toto záření reaguje. Francouzský vynálezce E. Branly v roce 1890 zopakoval. Hertzovy experimenty, využívající spolehlivější prvek pro detekci elektromagnetického vlnění – rádiový vodič. Anglický vědec O. Lodge vylepšil přijímací prvek a nazval jej koherer. Byla to skleněná trubice naplněná železnými pilinami.

snímek 4

Další krok učinil ruský vědec a vynálezce Alexandr Stepanovič Popov. Jeho zařízení mělo kromě cohereru elektrický zvonek s kladívkem, které třáslo trubicí. To umožnilo přijímat rádiové signály nesoucí informaci – Morseovu abecedu. Ve skutečnosti začala éra vytváření rádiových zařízení vhodných pro praktické účely s přijímačem Popov. Popovův rozhlasový přijímač. 1895 Kopírovat. Polytechnické muzeum. Moskva. Schéma Popovova rozhlasového přijímače

snímek 5

Alexander Stepanovič Popov se narodil v roce 1859. Na Uralu ve městě Krasnoturinsk. Studoval na základní náboženské škole. Jako malý rád vyráběl hračky a jednoduchá technická zařízení. Po absolvování všeobecně vzdělávacích kurzů nastoupil na Fyzikálně-matematickou fakultu Petrohradské univerzity. Úspěšně promoval v roce 1882. University, A.S. Popov vstoupil do třídy důlního důstojníka v Kronštadtu jako učitel. Ve volném čase se věnuje fyzikálním experimentům a studiu elektromagnetických kmitů. V důsledku četných experimentů vynalezl první rozhlasový přijímač. 7. května 1895 Popov učinil zprávu na setkání Ruské fyzikální a chemické společnosti. Byly to narozeniny rádia. V roce 1901 Popov se stal profesorem na Petrohradském elektrotechnickém institutu a v roce 1905. byl zvolen ředitelem tohoto ústavu. O demografická práva studentů musel bojovat s carskými úředníky. To podkopalo sílu vědce a 13. ledna 1906 náhle zemřel.

snímek 6

Souhlasit! Tím rádiem není jen radiotelefonie a radiotelegrafie, rozhlasové vysílání a televize, ale také radar, rádiové řízení a mnoho dalších oblastí techniky, které vznikly a úspěšně se rozvíjejí díky vynikajícímu vynálezu A. S. Popova. Co je radar?

Snímek 7

Radar

Radar - detekce, přesné určení polohy a rychlosti objektů pomocí rádiových vln. Rádiový vlnový signál - elektrické vibrace ultravysoké frekvence šířené ve formě elektromagnetických vln. Rychlost rádiových vln, kde R je vzdálenost k cíli. Přesnost měření závisí na: tvaru snímacího signálu energii odraženého signálu typu signálu trvání signálu

Snímek 8

Využití radaru v naší době

Zemědělství a lesnictví: stanovení půdního typu, teploty, detekce požáru. Geofyzika a geografie: struktura využití území, rozložení dopravy, vyhledávání ložisek nerostných surovin. Hydrologie: nauka o znečištění vodních ploch. Oceánografie: stanovení reliéfu povrchů dna moří a oceánů. Vojenský a kosmický výzkum: podpora letu, detekce vojenských cílů.

Popis prezentace na jednotlivých snímcích:

1 snímek

Popis snímku:

2 snímek

Popis snímku:

Radar (z latinských slov „radio“ – vyzařuji a „lokatio“ – poloha) Radar je detekce a přesné určení polohy objektů pomocí rádiových vln.

3 snímek

Popis snímku:

V září 1922 v USA provedli H. Taylor a L. Young pokusy s rádiovou komunikací na dekametrových vlnách (3-30 MHz) přes řeku Potomac. V této době proplula loď podél řeky a spojení bylo přerušeno - což je přimělo přemýšlet také o použití rádiových vln k detekci pohybujících se objektů. V roce 1930 Young a jeho kolega Hyland objevili odraz rádiových vln z letadla. Krátce po těchto pozorováních vyvinuli metodu využití rádiových ozvěn k detekci letadel. Historie vývoje radaru A. S. Popov v roce 1897 při pokusech na radiové komunikaci mezi loděmi objevil fenomén odrazu rádiových vln od boku lodi. Rádiový vysílač byl instalován na horním můstku transportu Europa, který kotvil, a rádiový přijímač byl instalován na křižníku Afrika. Během experimentů, kdy křižník Lieutenant Ilyin spadl mezi lodě, se interakce přístrojů zastavila, dokud lodě neopustily stejnou přímku.

4 snímek

Popis snímku:

Skotský fyzik Robert Watson-Watt jako první postavil v roce 1935 radarovou instalaci schopnou detekovat letadla na vzdálenost 64 km. Tento systém hrál obrovskou roli při ochraně Anglie před německými nálety během druhé světové války. V SSSR byly první experimenty s rádiovou detekcí letadel provedeny v roce 1934. Průmyslová výroba prvních radarových stanic uvedených do provozu byla zahájena v roce 1939. (Yu.B. Kobzarev). Robert Watson-Watt (1892 - 1973) Historie radaru

5 snímek

Popis snímku:

Radar je založen na fenoménu odrazu rádiových vln od různých objektů. Znatelný odraz od předmětů je možný, pokud jejich lineární rozměry přesahují délku elektromagnetické vlny. Proto radary pracují v mikrovlnném rozsahu (108-1011 Hz). Stejně jako výkon vysílaného signálu ~ω4.

6 snímek

Popis snímku:

Radarová anténa Radar využívá antény ve formě parabolických kovových zrcadel s vyzařovacím dipólem v ohnisku. Díky interferenci vln se získá vysoce směrované záření. Může se otáčet a měnit úhel sklonu a vysílat rádiové vlny v různých směrech. Stejná anténa je automaticky připojena střídavě s pulzní frekvencí buď k vysílači, nebo k přijímači.

7 snímek

Popis snímku:

8 snímek

Popis snímku:

Činnost radaru Vysílač generuje krátké pulsy střídavého mikrovlného proudu (doba trvání pulsů 10-6 s, interval mezi nimi je 1000x delší), které jsou přes anténní spínač přiváděny k anténě a vyzařovány. V intervalech mezi zářeními přijímá anténa signál odražený od objektu, přičemž se připojuje na vstup přijímače. Přijímač provádí zesílení a zpracování přijímaného signálu. V nejjednodušším případě je výsledný signál přiveden na paprskovou trubici (obrazovku), která zobrazuje obraz synchronizovaný s pohybem antény. Moderní radar zahrnuje počítač, který zpracovává signály přijímané anténou a zobrazuje je na obrazovce ve formě digitálních a textových informací.

9 snímek

Popis snímku:

S je vzdálenost k objektu, t je doba šíření rádiového impulsu k objektu a zpět Určení vzdálenosti k objektu Při znalosti orientace antény při detekci cíle se určí její souřadnice. Změnou těchto souřadnic v čase se určí rychlost cíle a vypočítá se jeho dráha.

10 snímek

Popis snímku:

Hloubka radarového průzkumu Minimální vzdálenost, na kterou lze detekovat cíl (doba zpáteční cesty signálu musí být větší nebo rovna trvání pulsu) Maximální vzdálenost, ve které lze detekovat cíl (doba zpáteční cesty signálu nesmí překročit periodu opakování pulzu) - doba trvání pulzu Perioda opakování pulzu T

11 snímek

Popis snímku:

Pomocí signálů na radarových obrazovkách letištní dispečeři řídí pohyb letadel po dýchacích cestách a piloti přesně určují výšku letu a obrysy terénu a mohou se orientovat v noci a za ztížených povětrnostních podmínek. Letectví Aplikace radaru

12 snímek

Popis snímku:

Hlavním úkolem je sledovat vzdušný prostor, detekovat a navádět cíl, v případě potřeby na něj nasměrovat protivzdušnou obranu a letectví. Hlavní aplikací radaru je protivzdušná obrana.

13 snímek

Popis snímku:

Řízená střela (bezpilotní prostředek s jedním startem) Řízení střely za letu je zcela autonomní. Princip činnosti jeho navigačního systému je založen na porovnání terénu konkrétní oblasti, kde se střela nachází, s referenčními mapami terénu podél trasy jejího letu, dříve uloženými v paměti palubního řídicího systému. Rádiovýškoměr zajišťuje let po předem stanovené trase v režimu obálky terénu přesným udržováním výšky letu: nad mořem - ne více než 20 m, nad pevninou - od 50 do 150 m (při přiblížení k cíli - snížení na 20 m) . Korekce trajektorie letu střely na pochodovém segmentu se provádí podle údajů subsystému družicové navigace a subsystému korekce terénu.

14 snímek

Popis snímku:

Technologie „stealth“ snižuje pravděpodobnost, že letoun bude lokalizován nepřítelem. Povrch letadla je sestaven z několika tisíc plochých trojúhelníků vyrobených z materiálu, který dobře pohlcuje rádiové vlny. Na něj dopadající paprsek lokátoru je rozptýlen, tzn. odražený signál se nevrací do bodu, odkud přišel (do nepřátelské radarové stanice). Letadlo je neviditelné

15 snímek

Popis snímku:

Jednou z důležitých metod ke snížení nehodovosti je kontrola rychlosti vozidel na silnicích. První civilní radary k měření rychlosti provozu používala americká policie již na konci druhé světové války. Nyní se používají ve všech vyspělých zemích. Radar pro měření rychlosti vozidla

Popis prezentace na jednotlivých snímcích:

1 snímek

Popis snímku:

2 snímek