Радіолокація презентація до уроку з фізики (10 клас) на тему. Наші бодання

У школі та інституті нам пояснювали, що якщо корабель летить від Землі із субсвітловою швидкістю, світло із Землі приходить до нього з усе більшим запізненням, і на кораблі здається, що час (усі процеси) на Землі сповільнюється… І виходить, що Ейнштейн каже лише про ілюзію «уповільнення» та «прискорення» часу для різних спостерігачів.

Тут виходить, що наскільки час "сповільнився" при віддаленні від Землі, настільки ж він і "прискорився" при поверненні на Землю. Якщо в першому випадку сигнал наздоганяв корабель п'ять секунд, то тепер сигнал зустрічає корабель раніше на 5 секунд. Жодного Ейнштейна з його відносністю тут немає.
Замініть у своєму оповіданні Землю Москвою, космічний корабель – поїздом, пункт призначення – Владивостоком, сигнали – телефонними дзвінками. І одразу стане ясно, що жодною теорією відносності тут і не пахне. Хоча реально якийсь ефект є, але він зовсім мізерний у порівнянні з тим вигадкою, що фігурує у Вашій легенді.

Так, а що реально? Реально є безліч експериментів, що перевіряли СТО. Я вибрав найпростіший і зрозуміліший. Власне, звіту про цей експеримент я не виявив. Але вірю, що це, справді, у сто тисяч разів точніше за експеримент 1938 року.

Канадські фізики попросили скористатися прискорювачем в інституті Макса Планка (є такий у Німеччині). Суть експерименту: іони літію збуджують лазером і вимірюють частоту випромінювання цих іонів. Частотою називаємо число «горбів», грубо кажучи, випромінюваної хвилі в одиницю часу. Спочатку вимірюють частоту в лабораторній системі відліку. Набувають значення f 0. Потім іони розганяють на прискорювачі. Якщо теорія Ейнштейна правильно пророкує уповільнення часу, то за час, скажімо, 2 с в лабораторній системі, в системі, що рухається з певною швидкістю, може пройти всього 1с. Порушивши іони літію, що рухаються, ми отримаємо в цьому випадку частоту випромінювання f 1, вдвічі меншу f 0. Власне це канадці й зробили. І отримали розбіжність із теорією менше однієї десятимільйонної секунди.

Але нам не це цікаво. Цікаве підґрунтя філософської критики СТО, ОТО, квантової механіки. Вивчаючи нинішніх «коментаторів» гонінь на фізику в СРСР, складається враження, що радянські фізики були в тій самій фізиці ні в зуб ногою. Реально ж проблема була в тому, що фізика 20-го століття опинилася у стані, коли «матерія зникла, залишилися одні рівняння». Іншими словами, фізика відмовилася шукати моделі матеріальної реальності, а отримавши рівняння, що досить успішно описують процеси, просто почала мислити їх інтерпретації. І цей момент однаково добре розуміли як фізики СРСР, і фізики Заходу. Ні Ейнштейн, ні Бор, ні Дірак, ні Фейнман, ні Бом ні... ніхто не був задоволений таким становищем у теоретичній фізиці. І радянська критика часто брала аргументи маде ін звідтева.

Спробую проілюструвати, що розуміється під фізичною моделлю СТО, наприклад, на відміну її математичної моделі, побудованої Лоренцем і Пуанкаре, й у доступнішому вигляді — Эйнштейном. Як приклад я вибрав модель Геннадія Івченкова. Підкреслю, це лише ілюстрація. Істинність її я відстоювати не берусь. Тим більше, що СТО Ейнштейна досить фізично бездоганна.

Подивимося спочатку рішення Ейнштейна. Відповідно до СТО час у системі, що рухається, тече повільніше, ніж у нерухомій:

Тоді частота коливань (байдуже яких) у системі, що рухається (виміряна нерухомим спостерігачем) буде меншою, ніж у нерухомій:

де ω ν — частота коливань у системі, що рухається, а ω 0 - У нерухомій. Таким чином, вимірюючи частоту випромінювання, що прийшло до нерухомого спостерігача з системи, що рухається, по відношенню частот ω ν / ω 0 можна визначити швидкість системи. Виходить все просто та логічно.

Модель Івченкова

Припустимо, що взаємодіють два однакові за величиною однойменні заряди (наприклад, два електрони), що рухаються щодо лабораторної системи координат в одному напрямку з однією швидкістю V на відстані r паралельно одне одному. Очевидно, що в даному випадку кулонівські сили розштовхуватимуть заряди, а лоренцівські – притягуватимуть. При цьому кожен заряд летітиме в магнітному полі, створеному другим зарядом.

Сумарна сила (іноді її називають силою Лоренца, оскільки він її вивів) описується формулою

Отже, лоренцева сила тяжіння зарядів, що рухаються (друга частина формули), які при русі стали струмами, буде рівна (у скалярній формі):

Кулонівська сила, що відштовхує електричні заряди дорівнюватиме:

А швидкість зарядів, при якій сила тяжіння дорівнює силі відштовхування, дорівнюватиме:

Отже, при V< C кулонові сили переважають і заряди, що летять, не притягуються, а відштовхуються, правда сила відштовхування стає менше кулонової і зменшується при збільшенні швидкості V відповідно до залежності:

Цю формулу можна уявити інакше:

Отже, ми отримали залежність сили взаємодії зарядів, що рухаються, в лабораторній системі. Далі, врахуємо загальний вигляд рівняння коливань, не вдаючись у специфіку оного (в даному випадку можна мати на увазі модель де Бройля для основного та першого збудженого станів атома водню).

F = - ω 2 m q

тобто. частота випромінювання при фіксованій масі електрона та його «зміщення» пропорційна кореню квадратного з модуля сили. У нашій моделі нам не важливі деталі будови атома, нам важливо тільки знати, що спостерігатиметься у лабораторній системі відліку при отриманому вище співвідношенні сили взаємодії зарядів. Таким чином,

що збігається з висновком Ейнштейна:

МІБ, це не «легенда». Так у школі пояснювали теорію відносності.

Те саме відбувається не лише зі світловими, а й зі звуковими хвилями.

Так я й кажу, як Вас «навчали». Або як Ви «навчалися»? Ви говорите про ефект Допплера, а теорія відносності базується на рівноправності інерційних систем відліку та на кінцівці максимальної швидкості взаємодій. Саме ці два положення породжують геометрію із групою Лоренца.

Наскільки я читав, досвід Майкельсона-Морфі через складність повторили лише один раз. У США у середині 20-го століття.

Але справа не в цьому… справа у фізичній (філософській) інтерпретації рівнянь СТО.

Чи не Морфі, а Морлі.

Нижче — список статей, що належать до теми. У контексті фізики найцікавіші останні дві статті. У контексті філософії нічого розумного немає — Ви й самі демонструєте, хто, як і якій «філософії» та «фізиці» Вас навчав.

Але з чого пісок у поїзді, що рухається, буде сипатися повільніше, якщо сам Ейнштейн писав, що базовою посилкою його теорії є те, що фізичні процеси у всіх інерційних системах відліку протікають однаково.

М-да… Як усе запущено…

Давайте, почнемо спочатку, з «Почав» Ньютона. Те, що фізичні процеси у всіх інерційних системах відліку протікають однаково, — відкриття Галілея, а не Ньютона, а тим більше — не Ейнштейна. Однак, у Ньютона є тривимірне евклідове простір, параметризоване змінною t . Якщо розглядати цю конструкцію як єдиний простір-час, то отримаємо параболічну геометрію Галілея (тобто геометрію, відмінну як від плоскої евклідової, так і від гіперболічної Лобачевського та сферичної Рімана). Важлива риса Ньютонівської механіки допускається нескінченна швидкість взаємодії. Цьому відповідає група перетворень простору-часу Галілея.

Тепер Максвелл. Рівняння електродинаміки не допускають нескінченної швидкості взаємодій, електромагнітні поля поширюються з кінцевою швидкістю - швидкістю світла з . Це породжує неприємний факт: рівняння Максвелла не перетворюються групою Галілея, або, як кажуть, не інваріантні щодо цієї групи, що різко послаблює їхню пізнавальну цінність, якщо не буде знайдена для них якась специфічна група, яка переходить у межі з → ∞ до групи Галілея. З іншого боку, хочеться зберегти принцип причинності, тобто. уникнути ситуації, коли в одній системі відліку подія вже відбулася, а в інших або не відбулася, або сталося ще раніше. Фактично, рівність швидкості світла переважають у всіх інерційних системах відліку є наслідком принципу причинності. Звідси виникає вимога, щоб існувала певна величина, інваріант, однаковий у всіх інерційних системах відліку. Таким інваріантом виявився вираз

s 2 = r 2 - (ct) 2

(У диференціалах не пишу, щоб не злякати). Ця величина називається інтервал. Як бачимо, це просто гіпотенуза чотиривимірного трикутника з трьома дійсними (просторовим) катетами та одним уявним (тимчасовим). Тут з - максимальна швидкість взаємодії (ми приймаємо її рівною швидкістю світла, але фізики мають підстави сумніватися, що не існують взаємодії з більшою швидкістю).

Інтервал пов'язує пару подій у будь-якій інерційній системі відліку (ІСО) і однаковий для однієї і тієї ж пари подій у всіх системах відліку (ІСО). Далі справа техніки. При переході від однієї ІСО до іншої просторові та часові координати перетворюються групою Лоренца, залишаючи інтервал інваріантним. Перетворення Лоренца - це група обертань нашого трикутника в 4-х мірному просторі-часі таким чином, що змінюються всі 4 координати х, y, z, ict , але довжина гіпотенузи s залишається незмінною.

При прагненні з → ∞ лоренцевські перетворення перетворюються на перетворення Галілея.

На пальцях десь так. Якщо щось упустив чи висловився неточно — звиняй, питай.

Слайд 2

Мета: визначити взаємозв'язок між радіо та радіолокацією, з'ясувати, як поширюється радіосигнал. Завдання: З'ясувати, коли з'явилося перше радіо, хто його винайшов. Дати визначення радіолокації та сигналу радіохвилі. Дізнатися, від чого залежить точність вимірювання радіохвиль. Розглянути сфери застосування радіолокації. Зробити висновок поширення сигналу. Гіпотеза: чи можна керувати повітряним рухом, не знаючи принципів радіолокації?

Слайд 3

А з чого все почалося? У 1888р. Німецький фізик Генріх Рудольф Герц експериментально довів існування електромагнітних хвиль. У дослідах він використав джерело електромагнітного випромінювання (вібратор) та віддалений від нього приймальний елемент (резонатор), що реагує на це випромінювання. Французький винахідник Еге. Бранлі повторив 1890г. експерименти Герца, застосувавши більш надійний елемент виявлення електромагнітних хвиль – радиокондуктор. Англійський учений О. Лодж удосконалив прийомний елемент та назвав його когерером. Він являв собою скляну трубку, наповнену залізною тирсою.

Слайд 4

Наступний крок був зроблений російським вченим та винахідником Олександром Степановичем Поповим. Його прилад мав, крім когерера, електричний дзвінок з молоточком, який струшував трубку. Це давало можливість приймати радіосигнали, що несуть інформацію, - абетку Морзе. Насправді, з приймача Попова почалася епоха створення засобів радіотехніки, придатних для практичних цілей. Радіоприймач Попова. 1895р. Копія. Політехнічний музей. Москва. Схема радіоприймача Попова

Слайд 5

Олександр Степанович Попов Народився 1859р. На Уралі у місті Краснотур'їнськ. Навчався у початковому духовному училищі. У дитинстві любив майструвати іграшки та прості технічні пристрої. Після закінчення загальноосвітніх класів вступив до фізико-математичного факультету Петербурзького університету. Успішно закінчивши 1882р. Університет, А.С.Попов вступив викладачем до Мінного офіцерського класу в Кронштадті. Вільний час він присвячує фізичним дослідам та вивченню електромагнітних коливань. В результаті численних дослідів він винаходить перший радіоприймач. 7 травня 1895р. Попов зробив доповідь на засіданні Російського фізико-хімічного товариства. То був день народження радіо. У 1901р. Попов став професором Петербурзького електротехнічного інституту, а 1905г. його обрали директором цього інституту. Йому довелося боротися із царськими чиновниками за демографічні права студентів. Це підірвало сили вченого і він раптово помер 13 січня 1906 року.

Слайд 6

Погодьтеся! Що радіо – це не тільки радіотелефонний та радіотелеграфний зв'язок, радіомовлення та телебачення, а й радіолокація, та радіоуправління та багато інших сфер техніки, які виникли та успішно розвиваються завдяки видатному винаходу А. С. Попова. А що таке радіолокація?

Слайд 7

Радіолокація

Радіолокація – виявлення, точне визначення місцезнаходження та швидкості об'єктів за допомогою радіохвиль. Сигнал радіохвилі - електричні коливання надвисокої частоти, що розповсюджується у вигляді електромагнітних хвиль. Швидкість радіохвиль, то де R - відстань до мети. Точність вимірювання залежить від: Форми зондувального сигналу Енергії відбитого сигналу

Слайд 8

Застосування радіолокації в наш час

Сільське та лісове господарство: визначення виду ґрунтів, температури, виявлення пожеж. Геофізика та географія: структура землекористування, розподіл транспорту, пошуки мінеральних місцезнаходжень. Гідрологія: вивчення забруднень поверхонь води. Океанографія: визначення рельєфу поверхонь дна морів та океанів. Військова справа та космічні дослідження: забезпечення польотів, виявлення військових цілей.

Опис презентації з окремих слайдів:

1 слайд

Опис слайду:

2 слайд

Опис слайду:

Радіолокація (від латинських слів «radio» - випромінюю і «lokatio» – розташування) Радіолокація – виявлення та точне визначення положення об'єктів за допомогою радіохвиль.

3 слайд

Опис слайду:

У вересні 1922 р. у США, Х. Тейлор та Л. Янг проводили досліди з радіозв'язку на декаметрових хвилях (3-30 МГц) через річку Потомак. У цей час по річці пройшов корабель, і зв'язок перервався - що наштовхнуло їх теж на думку про застосування радіохвиль для виявлення об'єктів, що рухаються. У 1930 році Янг та його колега Хайленд виявили відображення радіохвиль від літака. Незабаром після цих спостережень вони розробили метод використання радіоехи виявлення літака. Історія розвитку радіолокації А. С. Попов в 1897 під час дослідів з радіозв'язку між кораблями виявив явище відображення радіохвиль від борту корабля. Радіопередавач був встановлений на верхньому містку транспорту «Європа», який стояв на якорі, а радіоприймач – на крейсері «Африка». Під час дослідів, коли між кораблями потрапляв крейсер «Лейтенант Ільїн», взаємодія приладів припинялася, доки судна не сходили з однієї прямої лінії.

4 слайд

Опис слайду:

Шотландський фізик Роберт Уотсон-Уатт перший 1935 р. побудував радарну установку, здатну виявити літаки на відстані 64 км. Ця система зіграла величезну роль захисту Англії від нальотів німецької авіації під час Другої світової війни. У СРСР перші досліди з радіовиявлення літаків було проведено 1934г. Промисловий випуск перших РЛС, прийнятих озброєння, розпочато 1939г. (Ю.Б.Кобзарєв). Роберт Уотсон-Уатт (1892 - 1973гг.) Історія створення радара (RADAR - абревіатура Radio Detection And Ranging, тобто радіовиявлення та вимірювання дальності)

5 слайд

Опис слайду:

Радіолокація заснована на явищі відображення радіохвиль від різних об'єктів. Помітне відображення можливе від об'єктів у тому випадку, якщо їх лінійні розміри перевищують довжину електромагнітної хвилі. Тому радари працюють у діапазоні НВЧ (108-1011 Гц). А також потужність випромінюваного сигналу ~ω4.

6 слайд

Опис слайду:

Антена радіолокатора Для радіолокації використовуються антени у вигляді параболічних металевих дзеркал, у фокусі яких розташований випромінюючий диполь. За рахунок інтерференції хвиль виходить гостронаправлене випромінювання. Вона може обертатися і змінювати кут нахилу, посилаючи радіохвилі у різних напрямках. Одна й та сама антена по черзі автоматично з частотою імпульсів підключається то до передавача, то до приймача.

7 слайд

Опис слайду:

8 слайд

Опис слайду:

Робота радіолокатора Передавач виробляє короткі імпульси змінного струму НВЧ (тривалість імпульсів 10-6 с, проміжок між ними в 1000 разів більше), які через антену перемикач надходять на антену та випромінюються. У проміжках між випромінюваннями антена приймає відбитий від об'єкта сигнал, підключаючись до входу приймача. Приймач виконує посилення та обробку прийнятого сигналу. У найпростішому випадку результуючий сигнал подається на променеву трубку (екран), яка показує зображення синхронізоване з рухом антени. Сучасний радар включає комп'ютер, який обробляє прийняті антеною сигнали і відображає їх на екрані у вигляді цифрової та текстової інформації.

9 слайд

Опис слайду:

S – відстань до об'єкта, t – час поширення радіоімпульсу до об'єкта і назад Визначення відстані до об'єкта Знаючи орієнтацію антени під час виявлення мети визначають її координати. По зміні цих координат з часом визначають швидкість цілі та розраховують її траєкторію.

10 слайд

Опис слайду:

Глибина розвідки радіолокатора Мінімальна відстань, на якій можна виявити ціль (час розповсюдження сигналу туди і назад має бути більшою або дорівнює тривалості імпульсу) Максимальна відстань, але якій можна виявити ціль (час розповсюдження сигналу туди і назад не має бути більшою за період слідування імпульсів) - тривалість імпульсу Т-період проходження імпульсів

11 слайд

Опис слайду:

За сигналами на екранах радіолокаторів диспетчери аеропортів контролюють рух літаків повітряними трасами, а пілоти точно визначають висоту польоту та обриси місцевості, можуть орієнтуватися вночі і в складних метеоумовах. Авіація Застосування радіолокації

12 слайд

Опис слайду:

Головне завдання - спостерігати за повітряним простором, виявити та вести мету, у разі потреби навести на неї ППО та авіацію. Основне застосування радіолокації – це ППО.

13 слайд

Опис слайду:

Крилата ракета (безпілотний літальний апарат одноразового запуску). Принцип роботи її системи навігації заснований на зіставленні рельєфу місцевості конкретного району знаходження ракети з еталонними картами рельєфу місцевості за маршрутом її польоту, попередньо закладеними на згадку про бортову систему управління. Радіовисотомір забезпечує політ заздалегідь закладеним маршрутом у режимі огинання рельєфу за рахунок точного витримування висоти польоту: над морем - не більше 20 м, над суходолом - від 50 до 150 м (при підході до мети - зниження до 20 м). Коригування траєкторії польоту ракети на маршовому ділянці здійснюється за даними підсистеми супутникової навігації та підсистеми корекції по рельєфу місцевості.

14 слайд

Опис слайду:

"Стелс"-технологія зменшує ймовірність того, що літак буде запеленгований супротивником. Поверхня літака зібрана з декількох тисяч плоских трикутників, виконаних з матеріалу, що добре поглинає радіохвилі. Промінь локатора, що падає неї, розсіюється, тобто. відбитий сигнал не повертається в точку, звідки він прийшов (до станції радіолокації противника). Літак - невидимка

15 слайд

Опис слайду:

Одним із важливих методів зниження аварійності є контроль швидкісного режиму руху автотранспорту на дорогах. Першими громадянськими радарами для вимірювання швидкості руху транспорту американські поліцейські користувалися вже наприкінці Другої світової війни. Нині вони використовуються у всіх розвинених станах. Радар для вимірювання швидкості руху транспорту

Опис презентації з окремих слайдів:

1 слайд

Опис слайду:

2 слайд