Η ταχύτητα ενός κύματος φωτός στον τύπο αέρα. Ποια είναι η σημασία του μήκους κύματος

5. Ποια είναι η επίδραση του περιβάλλοντος στη διάδοση των ραδιοκυμάτων;

6. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τη διάδοση των ραδιοκυμάτων;

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ #4

ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΚΥΜΑΤΟΔΗΓΟΥ

Σκοπός του μαθήματος:σύμφωνα με τα διαθέσιμα δεδομένα, να υπολογίσετε τις παραμέτρους και τα χαρακτηριστικά των κυματοδηγών για τη μετάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.

1. Σύντομες πληροφορίες για το θέμα

Με την αυξανόμενη συχνότητα, οι απώλειες ενέργειας στον εσωτερικό αγωγό και το διηλεκτρικό του ομοαξονικού τροφοδότη αυξάνονται και η απόδοσή του γίνεται μικρή. Στο τμήμα βραχέων κυμάτων του δεκατιανού εύρους, στο εύρος των κυμάτων εκατοστών και μικρότερων κυμάτων, χρησιμοποιούνται ως τροφοδότες ορθογώνιοι, κυκλικοί και ελλειπτικοί κυματοδηγοί.

Σε αντίθεση με τις δισύρματες και ομοαξονικές γραμμές με ένα διηλεκτρικό αέρα, στις οποίες το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, όπως σε ένα επίπεδο κύμα, δεν έχει διαμήκεις συνιστώσες, διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός και έχει μια περιοδικότητα με μήκος κύματος  προς την κατεύθυνση διάδοσης, κυματοδηγοί αυτού του τύπου (ονομάζονται εγκάρσια ή Τ-κύματα), δεν μπορούν να διαδοθούν.

Στους κυματοδηγούς, μόνο ένα από τα διανύσματα, ηλεκτρικό ή μαγνητικό, βρίσκεται σε επίπεδο κάθετο στη διεύθυνση διάδοσης. Το δεύτερο διάνυσμα πεδίου (αντίστοιχα, μαγνητικό ή ηλεκτρικό), για τη διασφάλιση της εκπλήρωσης των οριακών συνθηκών, θα έχει απαραίτητα μια διαμήκη συνιστώσα.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό των κυματοδηγών είναι ότι στο επίπεδο της διατομής, η ένταση και των δύο διανυσμάτων έχει χωρική περιοδικότητα παρόμοια με στάσιμα κύματασε βραχυκύκλωμα. Κατά μήκος καθεμιάς από τις δύο αμοιβαία κάθετες διαστάσεις του τμήματος του κυματοδηγού, πρέπει να χωράει ένας ακέραιος αριθμός τέτοιων ημικυμάτων - m,n (0,1,2,...Προς την). Αξίες ΜΚαι nδεν μπορεί να είναι μηδέν ταυτόχρονα.

Έτσι, μόνο ορισμένοι τύποι ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορούν να διαδοθούν σε κυματοδηγούς: εγκάρσια μαγνητικά (κύματα Ε), στα οποία το διάνυσμα Ε έχει μια διαμήκη συνιστώσα και εγκάρσια ηλεκτρικά (κύματα Η), όπου το διάνυσμα Η έχει μια διαμήκη συνιστώσα. Σε καθένα από αυτούς τους τύπους κυμάτων, κύματα με διαφορετικές περιοδικότητες στο εγκάρσιο επίπεδο, που συμβολίζονται με H μν, Ε μν. Περιοδικότητα του πεδίου προς την κατεύθυνση διάδοσης, δηλ. το μήκος κύματος 5v κατά μήκος του κυματοδηγού θα καθοριστεί από την περίοδο της διαμήκους συνιστώσας του πεδίου.

Η χρήση ενός κυματοδηγού σε συνθήκες όπου διάφοροι τύποι κυμάτων μπορούν να διαδοθούν σε αυτόν είναι συνήθως ανεπιθύμητη, καθώς τα μεταδιδόμενα σήματα μπορεί να παραμορφωθούν λόγω της διαφοράς στις ταχύτητες φάσης και ομάδας. Ως εκ τούτου, στην πράξη, προσπαθούν έτσι ώστε σε ολόκληρο το εύρος μηκών κύματος λειτουργίας να υπάρχει μόνο μία και η μικρότερη τιμή ( Προς τηνμν) ελάχ. Σε αυτή την περίπτωση, ο κύριος τύπος κύματος θα διαδοθεί στον κυματοδηγό. Για την εκπλήρωση αυτής της απαίτησης, το μεγαλύτερο επιτρεπόμενο μήκος κύματος των εκπεμπόμενων σημάτων δεν πρέπει να υπερβαίνει το cr=2π / (Προς τηνμν)min και το ελάχιστο μήκος κύματος πρέπει να είναι μεγαλύτερο από cr για τον πλησιέστερο υψηλότερο τύπο κύματος.

Εάν είναι απαραίτητο να διαδοθεί ένας από τους υψηλότερους τύπους στον κυματοδηγό, τότε λαμβάνονται μέτρα για την καταστολή ανεπιθύμητων τύπων κυμάτων.

Το κύριο κύμα για έναν ορθογώνιο κυματοδηγό είναι το κύμα τύπου H 10, το οποίο χαρακτηρίζεται από τη σταθερότητα των εύρους πεδίου E κατά μήκος του άξονα yκαι αλλάζει σύμφωνα με το νόμο αμαρτία( π x/a) κατά μήκος του άξονα x. Η ταχύτητα φάσης και το μήκος κύματος του τύπου H 10 σε έναν ορθογώνιο κυματοδηγό καθορίζονται από το εσωτερικό μέγεθος του πλατιού τοιχώματος του κυματοδηγού και είναι αντίστοιχα ίσα με:

.

Ομαδική ταχύτητα του κύματος H10 στον κυματοδηγό:

.

Κρίσιμο μήκος κύματος = 2α. Μόνο μικρότερα κύματα μπορούν να διαδοθούν κατά μήκος του κυματοδηγού. Για τη δυνατότητα διάδοσης ενέργειας κατά μήκος του κυματοδηγού είναι απαραίτητο να a>0,5.

Εξασθένηση, σε ντεσιμπέλ, ανά μέτρο μήκους, ενός ορθογώνιου κυματοδηγού

,

όπου b είναι το εσωτερικό μέγεθος του στενού τοιχώματος του κυματοδηγού.

 - αγωγιμότητα του μετάλλου από το οποίο κατασκευάζονται τα τοιχώματα του κυματοδηγού, S/m (για χαλκό =5,8*10 7 , ορείχαλκος μάρκας L-96 =4,07*10 7).

Η πραγματική εξασθένηση στον κυματοδηγό είναι μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίζεται από τον παραπάνω τύπο κατά μέσο όρο 1,05-1,2 φορές. Η αύξηση της εξασθένησης οφείλεται στην τραχύτητα των τοιχωμάτων του κυματοδηγού και στην οξείδωσή τους, που δεν λαμβάνονται υπόψη στον τύπο. Η εξασθένηση μειώνεται αυξάνοντας τη διατομή του κυματοδηγού και ασημιώνοντας την εσωτερική του επιφάνεια. Η σταθεροποίηση της εξασθένησης στο χρόνο παρέχεται από μια αντιδιαβρωτική επίστρωση, ωστόσο, η αύξηση της διατομής είναι περιορισμένη λόγω της πιθανότητας εμφάνισης υψηλότερων τύπων κυμάτων H 20, E 11 κ.λπ. στον κυματοδηγό.

Για να διαδοθεί το κύμα H 10 και να αποκλειστεί η πιθανότητα ύπαρξης άλλων τύπων κυμάτων, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις: το μεγαλύτερο κύμα του εύρους λειτουργίας πρέπει να είναι μικρότερο από το διπλάσιο του πλάτους τοιχώματος του κυματοδηγού, το μικρότερο το κύμα πρέπει να είναι μεγαλύτερο από τον φαρδύ τοίχο. Το στενό τοίχωμα του κυματοδηγού είναι συνήθως λιγότερο από το μισό του φαρδιάς τοίχου.Έτσι, οι εσωτερικές διαστάσεις του τμήματος του κυματοδηγού είναι ίσες με:

.

Στο εύρος των 3,4-3,9 GHz, συνιστάται η χρήση ορθογώνιων κυματοδηγών με εσωτερική διατομή 58Χ25 mm με εξασθένηση 3,6-4 dB / 100 m και 72X34 mm με εξασθένηση 2-2,4 dB / 100 m. ορείχαλκου ποιότητας L -96 με 96% περιεκτικότητα σε χαλκό, τομές μήκους έως 5 m και πάχος τοιχώματος 2 mm. Στην περιοχή των 5,6-6,2 GHz, συνιστώνται κυματοδηγοί με διατομές 40 X20 mm με εξασθένηση 3,5-4 dB / 100 m και 48 X 24 mm με εξασθένηση 3,5-4 dB / 100 m.

Εκτός από τους ορθογώνιους κυματοδηγούς, χρησιμοποιούνται και στρογγυλοί κυματοδηγοί, ειδικά σε περιπτώσεις που η κεραία χρησιμοποιείται ταυτόχρονα για λήψη και μετάδοση και λειτουργεί με πεδία που έχουν κάθετες και οριζόντιες πολώσεις. Τα πεδία με κάθετες και οριζόντιες πόλωση στην κεραία θα αντιστοιχούν σε κύματα τύπου H11 με αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις του διανύσματος Ε στον κυματοδηγό. Η εργασία με αμοιβαία κάθετες πόλωση βελτιώνει την απομόνωση μεταξύ δεκτών και πομπών λόγω της επιλεκτικότητας πόλωσης της κεραίας- διαδρομή κυματοδηγού. Το τελευταίο θα είναι αποτελεσματικό μόνο όταν δεν υπάρχει διασταυρούμενη πόλωση. Διασταυρούμενη πόλωση είναι ένα φαινόμενο όταν ένα πεδίο με κύρια πόλωση εμφανίζεται λόγω ενός πεδίου με κάθετη πόλωση. Η διασταυρούμενη πόλωση υποβαθμίζει την απομόνωση μεταξύ των διαδρομών εκπομπής και λήψης. Η διασταυρούμενη πόλωση προκαλείται από την ελλειπτικότητα του κυματοδηγού, δηλ. τη διαφορά μεταξύ του τμήματος κυματοδηγού και του στρογγυλού, καθώς και στροφές, βαθουλώματα και απρόσεκτη εγκατάσταση. Στην κατασκευή κυκλικών κυματοδηγών, υπάρχει πάντα κάποια ελλειπτικότητα της διατομής. Με διάμετρο 70 mm, η ανακρίβεια των χάλκινων κυματοδηγών φτάνει τα 200 μm. Για να αυξηθεί η ακρίβεια της εκτέλεσης, οι κυματοδηγοί αυτής της διαμέτρου είναι κατασκευασμένοι από χάλυβα με επίστρωση χαλκού, δηλ. διμεταλλικός. Το πάχος του χάλυβα του διμεταλλικού κυματοδηγού είναι 3,7 mm, ο χαλκός είναι 0,3 mm. Σε έναν τέτοιο κυματοδηγό, η απόκλιση της διατομής από την υπολογιζόμενη τιμή δεν υπερβαίνει τα 500 μm. Έχει διαπιστωθεί ότι εάν η διεύθυνση του διανύσματος Ε συμπίπτει με έναν από τους άξονες της έλλειψης της διατομής του κυματοδηγού, η θέση του επιπέδου πόλωσης κύματος στον κυματοδηγό δεν θα αλλάξει.

Για να μειωθεί η εγκάρσια πόλωση κατά την εγκατάσταση, τα ενωμένα τμήματα περιστρέφονται μέχρι να συμπέσουν οι άξονες των ελλείψεων των επιμέρους τμημάτων του κυματοδηγού. Για να διευκολυνθεί η συναρμολόγηση, τα τμήματα των κυματοδηγών επισημαίνονται από τους κατασκευαστές. Οι διμεταλλικοί κυματοδηγοί, λόγω της χαμηλότερης κατοπτρότητας της εσωτερικής επιφάνειας, έχουν εξασθένηση περίπου 0,2 dB/100 m υψηλότερη από τους χάλκινους.

Ο τύπος κύματος H 11 είναι ο κύριος για έναν κυκλικό κυματοδηγό. Για τη μετάδοση του κύματος H 11, η διάμετρος του κυκλικού κυματοδηγού πρέπει να είναι:

.

Εξασθένηση κύματος H 11 σε έναν κυκλικό κυματοδηγό, dB/m,

όπου r είναι η εσωτερική ακτίνα του κυματοδηγού, m; - αγωγιμότητα του μετάλλου από το οποίο κατασκευάζονται τα τοιχώματα του κυματοδηγού, S/m, - μήκος κύματος, m.

Για να μειωθεί η εξασθένηση, οι διάμετροι των κυματοδηγών λαμβάνονται μεγαλύτερες από ό,τι καθορίζεται από τη συνθήκη. Για παράδειγμα, στην περιοχή συχνοτήτων (3,4 - 3,9) GHz, συνιστάται η χρήση κυματοδηγών με διάμετρο 70 mm με εξασθένηση (1,4 - 1,6) dB / 100 m και στην περιοχή (5,6 - 6,2) GHz - με διάμετρο 46 mm με εξασθένηση (3 -3,5) dB / 100 μ. Στην περίπτωση αυτή εκτός από το κύριο κύμα διαδίδεται και το κύμα Ε 01. Ένας κυματοδηγός με 70 mm μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλότερες συχνότητες (για παράδειγμα, στη ζώνη των 6 GHz), επιτρέποντας την ύπαρξη ακόμη περισσότερων υψηλότερων τύπων κυμάτων.

Για να εξασφαλιστεί η διάδοση μόνο του κύριου τύπου κύματος, οι υψηλότεροι τύποι πρέπει να κατασταλεί.

Για την καταστολή κυμάτων υψηλότερων τύπων, που έχουν διαμήκη συνιστώσα του πεδίου Ε, τοποθετούνται ράβδοι κατασκευασμένες από υλικό χαμηλής αγωγιμότητας, για παράδειγμα, διηλεκτρικές ράβδοι επικαλυμμένες με στρώμα οξειδίου, παράλληλα με το πεδίο Ε του κατασταλμένου κύματος.

Για να αυξηθεί η ευελιξία, οι κυματοδηγοί είναι αυλακωμένοι με ένα βήμα αυλάκωσης (0,12 - 0,15) sr και ένα βάθος αυλάκωσης περίπου 0,05 sr. Με την κατακόρυφη ανάρτηση στον κυματοδηγό, προκύπτουν αξονικές δυνάμεις που συμπιέζουν τον δευτερεύοντα άξονα της έλλειψης και μεγάλα φορτία προκαλούν μη αναστρέψιμες διεργασίες παραμόρφωσης. Όταν ο εσωτερικός χώρος του κυματοδηγού γεμίσει με υπερβολική πίεση αερίου, ο δευτερεύων άξονας της έλλειψης επιμηκύνεται. Οι κυματοδηγοί επιτρέπουν την πίεση (1,5 - 2) * 10 5 Pa. Οι εύκαμπτοι κυματοδηγοί γίνονται μακρύτεροι και μεταφέρονται τυλιγμένοι σε τύμπανα. Οι ελλειπτικοί κυματοδηγοί χρησιμοποιούνται σε κινητά συστήματα ραδιοφωνικών αναμετάδοσης όταν απαιτείται συχνή ανάπτυξη και αναδίπλωση γραμμών επικοινωνίας, καθώς και σε σταθερά συστήματα ραδιοηλεκτρονόμων, ειδικά σε περιοχές όπου οι διαδρομές των κυματοδηγών αλλάζουν την κατεύθυνση τους, για παράδειγμα, όταν μετακινούνται από κατακόρυφο θέση σε οριζόντια.

Οι άκαμπτοι κυματοδηγοί κατασκευάζονται σε τμήματα μήκους έως 5 m, τα οποία καταλήγουν με φλάντζες στα άκρα. Οι συνδέσεις φλάντζας πρέπει να αποκλείουν την πιθανότητα διαρροής ενέργειας από τον κυματοδηγό και να είναι σφιχτές. Οι φλάντζες έχουν δακτυλιοειδείς αυλακώσεις στις οποίες τοποθετούνται στεγανοποιητικά παρεμβύσματα από ελαστικό ανθεκτικό στον παγετό και μεταλλικοί δακτύλιοι για να σφραγίζουν το καουτσούκ και να εξαλείφουν τη διαρροή ενέργειας από τον κυματοδηγό.

Η ανεπαρκής ακριβής σύζευξη των κυματοδηγών στις αρθρώσεις προκαλεί αντανακλάσεις. Η μείωση των ανακλάσεων επιτυγχάνεται με ειδική επεξεργασία των άκρων των κυματοδηγών με επάργυρη επένδυση (με επίστρωση παλλάδιο) των επιφανειών επαφής και τη χρήση βαθμονομημένων μπουλονιών ή καρφιών. Οι φλάντζες των εξωτερικών κυματοδηγών πρέπει να αντέχουν σημαντικό μηχανικό φορτίο. Λαμβάνοντας υπόψη τον πάγο, το φορτίο στην επάνω φλάντζα με κάθετο μήκος κυματοδηγού 50 m μπορεί να φτάσει τον 1 τόνο. Οι κυματοδηγοί από χαλκό και ορείχαλκο συνδέονται άκαμπτα στο σώμα του ιστού μόνο στο πάνω μέρος του.

Το υλικό του κυματοδηγού (ορείχαλκος) και του ιστού (χάλυβας) έχει διαφορετικούς συντελεστές γραμμικής διαστολής. Η στερέωση των κυματοδηγών στον ιστό σε πολλά σημεία με αλλαγή θερμοκρασίας θα οδηγήσει σε παραμόρφωση του κυματοδηγού. Για την εξάλειψη των εγκάρσιων κραδασμών, οι κάθετοι κυματοδηγοί είναι εξοπλισμένοι με διαμπερείς συνδέσμους εγκατεστημένους μετά από (5-7) m. Η ενδιάμεση στερέωση των κυματοδηγών πραγματοποιείται μετά από (15-20) m μέσω αναρτήσεων ελατηρίου. Οι διμεταλλικοί κυματοδηγοί επιτρέπουν την άκαμπτη στερέωση σε όλο το μήκος χωρίς αναρτήσεις ελατηρίου.

Η παρουσία υγρασίας στον κυματοδηγό αυξάνει την εξασθένησή του. Για να αποφευχθεί αυτό, οι εξωτερικοί κυματοδηγοί σφραγίζονται και διατηρούνται υπό υπερβολική πίεση (0,2-0,5) * 10 3 Pa ξηρού αέρα. Για τη στεγανοποίηση, τοποθετούνται στεγανοποιητικά ένθετα στο κάτω και στο πάνω μέρος των κυματοδηγών. Τα στεγανοποιητικά ένθετα κατασκευάζονται με τη μορφή συνδέσμων κυματοδηγού με δύο λεπτές διηλεκτρικές μεμβράνες εγκατεστημένες κατά μήκος του κυματοδηγού.

Παράδειγμα 1Επιλέξτε το τμήμα ενός ορθογώνιου κυματοδηγού για λειτουργία με κύμα τύπου H 10 σε συχνότητα 10 GHz.

Μήκος κύματος σε ελεύθερο χώρο:

Η εσωτερική διάσταση του φαρδιού τοιχώματος του κυματοδηγού:

a \u003d (0,525-0,95)  \u003d 0,7 * 3 \u003d 2,1 cm.

Η εσωτερική διάσταση του στενού τοιχώματος του κυματοδηγού:

b=(0,3-0,5)a=0,5*2,1=1cm.

Επιλέγουμε το τμήμα του κυματοδηγού 10x21mm 2. Αυτός ο κυματοδηγός παρέχει τη δυνατότητα εργασίας στην περιοχή κυμάτων:

 \u003d a / (0,525-0,95) \u003d 2,1 / (0,525-0,95) \u003d (2,2-4) cm,

που αντιστοιχεί σε συχνότητες (7,5-13,6) GHz.

Παράδειγμα 2Για να λειτουργήσετε στην περιοχή συχνοτήτων (5,6-6,2) GHz, επιλέξτε τις διαστάσεις διατομής ενός ορθογώνιου κυματοδηγού και προσδιορίστε την εξασθένηση σε αυτόν. Ο κυματοδηγός είναι από χαλκό =5,8*10 7 S/m.

Λύση: Το εύρος λειτουργίας αντιστοιχεί στα μήκη κύματος:

Όταν επιλέγουμε ένα ευρύ τοίχο κυματοδηγού, θα προχωρήσουμε από την κατάσταση

Για να επιτύχουμε την ελάχιστη εξασθένηση, επιλέγουμε το μέγιστο επιτρεπόμενο πλάτος κυματοδηγού ίσο με 40mm, η διατομή του κυματοδηγού είναι 40x20mm 2 . Σε εξαιρετικές περιπτώσεις, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε έναν κυματοδηγό με = 0,99 cor = 48mm και διατομή 48x24mm 2.

Εξασθένηση κυματοδηγού στα 5,6 GHz

=

Παράδειγμα 3Για να λειτουργήσετε στην περιοχή συχνοτήτων (3,4-3,9) GHz, επιλέξτε τη διάμετρο του κυκλικού κυματοδηγού και προσδιορίστε την εξασθένηση σε αυτόν. Το υλικό του κυματοδηγού είναι ορείχαλκος L-96 = 4,07 Sm/m.

Ένα σώμα που ταλαντώνεται σε ένα ελαστικό μέσο δημιουργεί μια διαταραχή που μεταδίδεται από το ένα σημείο στο άλλο και ονομάζεται κύμα. Αυτό συμβαίνει με μια ορισμένη ταχύτητα, η οποία θεωρείται η ταχύτητα διάδοσής του. Είναι δηλαδή μια τιμή που χαρακτηρίζει την απόσταση που διανύει οποιοδήποτε σημείο του κύματος σε ένα μόνο χρονικό διάστημα.

Αφήστε το κύμα να κινηθεί κατά μήκος ενός από τους άξονες (για παράδειγμα, οριζόντια). Το σχήμα του επαναλαμβάνεται στο διάστημα μέσα συγκεκριμένη ώρα, δηλαδή, το προφίλ κύματος κινείται κατά μήκος του άξονα διάδοσης με σταθερή ταχύτητα. Κατά τη διάρκεια του χρόνου που αντιστοιχεί στο μέτωπό του θα μετατοπιστεί σε μια απόσταση που ονομάζεται μήκος κύματος.

Αποδεικνύεται ότι το μήκος κύματος είναι η ίδια η απόσταση που «διανύει» το μέτωπό του σε χρονικό διάστημα ίσο με την περίοδο ταλάντωσης. Για λόγους σαφήνειας, ας φανταστούμε ένα κύμα με τη μορφή που συνήθως απεικονίζεται στα σχήματα. Όλοι θυμόμαστε πώς μοιάζουν, για παράδειγμα, ο Άνεμος τα οδηγεί κατά μήκος της θάλασσας, και κάθε κύμα έχει μια κορυφή (μέγιστο σημείο) και ένα χαμηλότερο σημείο (ελάχιστο), και τα δύο κινούνται συνεχώς και αντικαθιστούν το ένα το άλλο. Τα σημεία που βρίσκονται στην ίδια φάση είναι οι κορυφές δύο γειτονικών κορυφών (θα υποθέσουμε ότι οι κορυφές έχουν το ίδιο ύψος και η κίνηση γίνεται με σταθερή ταχύτητα) ή τα δύο χαμηλότερα σημεία γειτονικών κυμάτων. Το μήκος κύματος είναι ακριβώς η απόσταση μεταξύ τέτοιων σημείων (δύο γειτονικές κορυφές).

Όλα μπορούν να διαδοθούν με τη μορφή κυμάτων - θερμικό, φως, ήχο. Όλα έχουν διαφορετικά μήκη. Για παράδειγμα, όταν διέρχονται από την ατμόσφαιρα, τα ηχητικά κύματα αλλάζουν ελαφρώς την πίεση του αέρα. Οι περιοχές της μέγιστης πίεσης αντιστοιχούν στα μέγιστα των ηχητικών κυμάτων. Λόγω της δομής του, το ανθρώπινο αυτί συλλαμβάνει αυτές τις αλλαγές πίεσης και στέλνει σήματα στον εγκέφαλο. Έτσι ακούμε ήχο.

Το μήκος ενός ηχητικού κύματος καθορίζει τις ιδιότητές του. Για να το βρείτε, πρέπει να διαιρέσετε την ταχύτητα κύματος (μετρούμενη σε m / s) με τη συχνότητα σε Hz. Παράδειγμα: στα 688 Hz ηχητικό κύμακινείται με ταχύτητα 344 m/sec. Το μήκος κύματος σε αυτή την περίπτωση θα είναι ίσο με 344: 688=0,5 μ. Είναι γνωστό ότι η ταχύτητα διάδοσης του κύματος στο ίδιο μέσο δεν αλλάζει, επομένως, το μήκος του θα εξαρτηθεί από τη συχνότητα. Οι χαμηλές συχνότητες έχουν μεγαλύτερο μήκος κύματος από τις υψηλές.

Ένα παράδειγμα άλλης ποικιλίας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίαμπορεί να είναι ένα ελαφρύ κύμα. Το φως είναι το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που είναι ορατό στα μάτια μας. Το μήκος κύματος του φωτός που μπορεί να γίνει αντιληπτό από την ανθρώπινη όραση κυμαίνεται από 400 έως 700 nm (νανόμετρα). Και στις δύο πλευρές του ορατού εύρους του φάσματος βρίσκονται περιοχές που δεν γίνονται αντιληπτές από τα μάτια μας.

Τα υπεριώδη κύματα είναι μικρότερα από το ορατό φάσμα. Αν και το ανθρώπινο μάτι δεν είναι σε θέση να τα δει, αλλά, ωστόσο, μπορούν να προκαλέσουν σημαντική βλάβη στην όρασή μας.

Το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο από το μέγιστο μήκος κύματος που μπορούμε να δούμε. Αυτά τα κύματα καταγράφονται με ειδικό εξοπλισμό και χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, σε κάμερες νυχτερινής όρασης.

Μεταξύ των ακτίνων που είναι διαθέσιμες στην όρασή μας, η βιολετί ακτίνα έχει το μικρότερο μήκος, η κόκκινη ακτίνα το μεγαλύτερο. Στο κενό μεταξύ τους βρίσκεται όλο το φάσμα που είναι διαθέσιμο στο μάτι (θυμηθείτε το ουράνιο τόξο!)

Πώς αντιλαμβανόμαστε τα χρώματα; Ακτίνες φωτός με ορισμένο μήκος πέφτουν στον αμφιβληστροειδή, ο οποίος έχει φωτοευαίσθητους υποδοχείς. Αυτοί οι υποδοχείς μεταδίδουν σήματα απευθείας στον εγκέφαλό μας, όπου σχηματίζεται η αίσθηση ενός συγκεκριμένου χρώματος. Το είδος των χρωμάτων που βλέπουμε εξαρτάται από τα μήκη κύματος των προσπίπτων ακτίνων και η φωτεινότητα της αίσθησης χρώματος καθορίζεται από την ένταση της ακτινοβολίας.

Όλα τα αντικείμενα που μας περιβάλλουν έχουν την ικανότητα να ανακλούν, να μεταδίδουν ή να απορροφούν το προσπίπτον φως (εν όλω ή εν μέρει). Για παράδειγμα, το πράσινο χρώμα του φυλλώματος σημαίνει ότι οι πράσινες ακτίνες αντανακλώνται κυρίως από όλο το φάσμα, οι υπόλοιπες απορροφώνται. Τα διαφανή αντικείμενα τείνουν να καθυστερούν την ακτινοβολία συγκεκριμένου μήκους, η οποία χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, στη φωτογραφία με φίλτρο).

Έτσι, το χρώμα ενός αντικειμένου μας λέει για την ικανότητα να ανακλάσουμε τα κύματα ενός συγκεκριμένου τμήματος του φάσματος. Αντικείμενα που αντανακλούν ολόκληρο το φάσμα, βλέπουμε λευκό, απορροφώντας όλες τις ακτίνες - μαύρες.

Το φως είναι ένα πολύπλοκο φαινόμενο: σε ορισμένες περιπτώσεις συμπεριφέρεται σαν ηλεκτρομαγνητικό κύμα, σε άλλες συμπεριφέρεται σαν ένα ρεύμα ειδικών σωματιδίων (φωτόνια). Αυτός ο τόμος περιγράφει την κυματική οπτική, δηλαδή το εύρος των φαινομένων που βασίζονται στην κυματική φύση του φωτός. Το σύνολο των φαινομένων που οφείλονται στη σωματιδιακή φύση του φωτός θα εξεταστεί στον τρίτο τόμο.

Σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, τα διανύσματα E και H. Όπως δείχνει η εμπειρία, οι φυσιολογικές, φωτοχημικές, φωτοηλεκτρικές και άλλες επιδράσεις του φωτός προκαλούνται από ταλαντώσεις του ηλεκτρικού φορέα. Σύμφωνα με αυτό, θα μιλήσουμε περαιτέρω για το διάνυσμα φωτός, που σημαίνει από αυτό το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Δύσκολα θα αναφέρουμε το μαγνητικό διάνυσμα ενός φωτεινού κύματος.

Θα συμβολίζουμε τη μονάδα πλάτους διανύσματος φωτός, κατά κανόνα, με το γράμμα Α (μερικές φορές ). Αντίστοιχα, η μεταβολή του χρόνου και του χώρου της προβολής του διανύσματος φωτός στην κατεύθυνση κατά την οποία ταλαντώνεται θα περιγραφεί από την εξίσωση

Εδώ k είναι ο αριθμός κύματος, είναι η απόσταση που μετράται κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης του κύματος φωτός. Για ένα επίπεδο κύμα που διαδίδεται σε ένα μη απορροφητικό μέσο, ​​το Α = σταθερό, για ένα σφαιρικό κύμα το Α μειώνεται ως κ.λπ.

Ο λόγος της ταχύτητας ενός φωτεινού κύματος στο κενό προς την ταχύτητα φάσης v σε ένα ορισμένο μέσο ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης αυτού του μέσου και συμβολίζεται με το γράμμα . Ετσι,

Η σύγκριση με τον τύπο (104.10) δείχνει ότι για τη συντριπτική πλειοψηφία των διαφανών ουσιών, πρακτικά δεν διαφέρει από τη μονάδα. Ως εκ τούτου, μπορεί να θεωρηθεί ότι

Ο τύπος (110.3) συνδέει τις οπτικές ιδιότητες μιας ουσίας με τις ηλεκτρικές της ιδιότητες. Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι αυτός ο τύπος είναι εσφαλμένος. Για παράδειγμα, για το νερό Ωστόσο, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η τιμή λαμβάνεται από ηλεκτροστατικές μετρήσεις. Σε ταχέως μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά πεδία, η τιμή είναι διαφορετική και εξαρτάται από τη συχνότητα των ταλαντώσεων του πεδίου. Αυτό εξηγεί τη διασπορά του φωτός, δηλαδή την εξάρτηση του δείκτη διάθλασης (ή της ταχύτητας του φωτός) από τη συχνότητα (ή το μήκος κύματος). Η αντικατάσταση στον τύπο (110.3) της τιμής που λαμβάνεται για την αντίστοιχη συχνότητα οδηγεί στη σωστή τιμή του .

Οι τιμές του δείκτη διάθλασης χαρακτηρίζουν την οπτική πυκνότητα του μέσου. Ένα μέσο με μεγάλο λέγεται ότι είναι οπτικά πιο πυκνό από ένα μέσο με μικρότερο . Κατά συνέπεια, ένα μέσο με μικρότερο ονομάζεται οπτικά λιγότερο πυκνό από ένα μέσο με μεγάλο .

Τα μήκη κύματος του ορατού φωτός είναι μέσα

Αυτές οι τιμές αναφέρονται σε κύματα φωτός στο κενό. Στην ύλη, τα μήκη κύματος των κυμάτων φωτός θα είναι διαφορετικά. Στην περίπτωση των ταλαντώσεων της συχνότητας v, το μήκος κύματος στο κενό είναι ίσο με . Σε ένα μέσο στο οποίο η ταχύτητα φάσης ενός φωτεινού κύματος, το μήκος κύματος έχει σημασία Έτσι, το μήκος κύματος ενός φωτεινού κύματος σε ένα μέσο με δείκτη διάθλασης σχετίζεται με το μήκος κύματος στο κενό από τη σχέση

Οι συχνότητες των κυμάτων ορατού φωτός βρίσκονται μέσα

Η συχνότητα των αλλαγών στο διάνυσμα της πυκνότητας της ροής ενέργειας που μεταφέρεται από το κύμα θα είναι ακόμη μεγαλύτερη (είναι ίση με ). Ούτε το μάτι, ούτε οποιοσδήποτε άλλος δέκτης φωτεινής ενέργειας μπορεί να παρακολουθεί τέτοιες συχνές αλλαγές στη ροή ενέργειας, με αποτέλεσμα να καταγράφουν μια μέση χρονική ροή. Η μονάδα της μέσης τιμής του χρόνου της πυκνότητας της ροής ενέργειας που μεταφέρεται από ένα φωτεινό κύμα ονομάζεται ένταση φωτός σε ένα δεδομένο σημείο του χώρου. αναλογικά

Οι γραμμές κατά τις οποίες διαδίδεται η φωτεινή ενέργεια ονομάζονται ακτίνες. Το μέσο διάνυσμα Poynting (S) κατευθύνεται σε κάθε σημείο που εφάπτεται στην ακτίνα. Στα ισότροπα μέσα, η κατεύθυνση (S) συμπίπτει με την κανονική προς επιφάνεια κύματος, δηλαδή με τη διεύθυνση του διανύσματος κύματος κ. Κατά συνέπεια, οι ακτίνες είναι κάθετες στις επιφάνειες των κυμάτων. Σε ανισότροπα μέσα, η κάθετη προς την επιφάνεια του κύματος γενικά δεν συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος Poynting, έτσι ώστε οι ακτίνες να μην είναι ορθογώνιες ως προς τις επιφάνειες κύματος.

Αν και τα κύματα φωτός είναι εγκάρσια, συνήθως δεν παρουσιάζουν ασυμμετρία ως προς τη δέσμη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στο φυσικό φως (δηλαδή το φως που εκπέμπεται από συνηθισμένες πηγές) υπάρχουν ταλαντώσεις που συμβαίνουν σε διάφορες κατευθύνσεις κάθετες στη δέσμη (Εικ. 111.1). Η ακτινοβολία ενός φωτεινού σώματος αποτελείται από κύματα που εκπέμπονται από τα άτομα του. Η διαδικασία ακτινοβολίας ενός μεμονωμένου ατόμου συνεχίζεται για περίπου . Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, καταφέρνει να σχηματιστεί μια ακολουθία από καμπούρες και γούρνες (ή, όπως λένε, ένα τρένο από κύματα) με μήκος περίπου 3 m.

Πολλά άτομα «αναβοσβήνουν» ταυτόχρονα.

Τα τρένα των κυμάτων που διεγείρονται από αυτά, τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο, σχηματίζουν ένα φωτεινό κύμα που εκπέμπεται από το σώμα. Το επίπεδο ταλάντωσης για κάθε τρένο είναι τυχαία προσανατολισμένο. Επομένως, στο κύμα που προκύπτει, αναπαρίστανται ταλαντώσεις διαφορετικών κατευθύνσεων με ίση πιθανότητα.

Στο φυσικό φως, δονήσεις διαφόρων κατευθύνσεων αντικαθιστούν γρήγορα και τυχαία ο ένας τον άλλο. Το φως στο οποίο οι κατευθύνσεις των δονήσεων διατάσσονται με κάποιο τρόπο ονομάζεται πολωμένο. Εάν οι ταλαντώσεις του διανύσματος φωτός συμβαίνουν μόνο σε ένα επίπεδο που διέρχεται από τη δέσμη, το φως ονομάζεται επίπεδο (ή γραμμικό) πολωμένο. Η σειρά μπορεί να έγκειται στο γεγονός ότι το διάνυσμα Ε περιστρέφεται γύρω από τη δέσμη, παλλόμενος ταυτόχρονα σε μέγεθος. Ως αποτέλεσμα, το τέλος του διανύσματος Ε περιγράφει μια έλλειψη. Ένα τέτοιο φως ονομάζεται ελλειπτικά πολωμένο. Εάν το άκρο του διανύσματος Ε περιγράφει έναν κύκλο, το φως ονομάζεται κυκλικά πολωμένο.

Στα Κεφάλαια XVII και XVIII θα ασχοληθούμε με το φυσικό φως. Επομένως, η κατεύθυνση ταλάντωσης του φωτεινού διανύσματος δεν θα μας ενδιαφέρει ιδιαίτερα. Μέθοδοι λήψης και ιδιότητες του πολωμένου φωτός συζητούνται στο Κεφ. XIX.

Μήκος και απόσταση Μάζα Μέτρα όγκου χύδην προϊόντων και τροφίμων Περιοχή Όγκος και μονάδες μέτρησης σε συνταγέςΘερμοκρασία Πίεση, μηχανική καταπόνηση, μέτρο του Young Ενέργεια και εργασία Ισχύς Δύναμη Χρόνος Γραμμική ταχύτητα Επίπεδη γωνία Θερμική απόδοση και απόδοση καυσίμου Αριθμοί Μονάδες μέτρησης της ποσότητας πληροφοριών Ισοτιμίες συναλλάγματος Μεγέθη γυναικείων ρούχων και παπουτσιών Μεγέθη ανδρικών ρούχων και υποδημάτων Γωνιακή ταχύτητα και περιστροφή συχνότητα Επιτάχυνση Γωνιακή επιτάχυνση Πυκνότητα Ειδικός όγκος Ροπή αδράνειας Ροπή δύναμης Ροπή Ειδική θερμογόνος δύναμη (κατά μάζα) Πυκνότητα ενέργειας και ειδική θερμογόνος δύναμη καυσίμου (κατ' όγκο) Διαφορά θερμοκρασίας Συντελεστής θερμικής διαστολής Θερμική αντίσταση Θερμική αγωγιμότητα Ειδική θερμική ικανότητα Έκθεση ενέργειας, θερμική Ισχύς ακτινοβολίας Πυκνότητα ροής θερμότητας Συντελεστής μεταφοράς θερμότητας Ροή όγκου Ταχύτητα ροής μάζας Μοριακός ρυθμός ροής Πυκνότητα ροής μάζας Μοριακή συγκέντρωση Συγκέντρωση μάζας σε διάλυμα Δυναμικό (απόλυτο) ιξώδες Κινηματικό (απόλυτο) ιξώδες Κινηματικό ιξώδες Επιφανειακή τάση Διαπερατότητα ατμών Διαπερατότητα ατμών, ταχύτητα μεταφοράς ατμών Επίπεδο ηχητικής πίεσης Ευαισθησία μικροφώνου (SPL) Φωτεινότητα Φωτεινή ένταση Φωτισμός Ανάλυση σε γραφικά υπολογιστή Συχνότητα και μήκος κύματος Ισχύς οπτικής διόπτρας και εστιακή απόσταση Ισχύς διόπτρας και μεγέθυνση φακού (×) Ηλεκτρικό φορτίο Γραμμική πυκνότητα φόρτισης Πυκνότητα επιφανειακής φόρτισης Πυκνότητα μαζικής φόρτισης Ηλεκτρική ενέργειαΓραμμική πυκνότητα ρεύματος Πυκνότητα επιφανειακού ρεύματος Ισχύς ηλεκτρικού πεδίου Ηλεκτροστατικό δυναμικό και τάση Ηλεκτρική αντίσταση Ηλεκτρική αντίσταση Ηλεκτρική αγωγιμότητα Ειδική ηλεκτρική αγωγιμότηταΗλεκτρική χωρητικότητα Επαγωγή Αμερικάνικος μετρητής καλωδίων Επίπεδα σε dBm (dBm ή dBmW), dBV (dBV), Watt και άλλες μονάδες Μαγνητολογική δύναμη Ισχύς μαγνητικού πεδίου Μαγνητική ροή Μαγνητική επαγωγή Ρυθμός απορροφούμενης δόσης ιονίζουσας ακτινοβολίας Ραδιενέργεια. Ραδιενεργή διάσπαση Ακτινοβολία. Δόση έκθεσης Ακτινοβολία. Απορροφημένη δόση Δεκαδικά προθέματα Μετάδοση δεδομένων Τυπογραφία και επεξεργασία εικόνας Μονάδες όγκου ξυλείας Υπολογισμός μοριακής μάζας Περιοδικό σύστημα χημικών στοιχείων του D. I. Mendeleev

1 kilohertz [kHz] = 299792,458 μήκος κύματος σε μέτρα [m]

Αρχική τιμή

Τιμή μετατροπής

Hertz exahertz petahertz terahertz gigahertz megahertz kilohertz hectohertz dekahertz decihertz centihertz millihertz microhertz terahertz νανοhertz picohertz femtohertz attohertz κύκλοι ανά δευτερόλεπτο μήκος κύματος σε εκατοστά βαρύμετρα κύματος βαρύμετρα σε εξάμετρο s μήκος κύματος σε μεγαμέτρα μήκος κύματος σε χιλιόμετρα μήκος κύματος σε εκατόμετρα ah μήκος κύματος σε δεκαμέτρα μήκος κύματος σε μέτρα μήκος κύματος σε δεκατόμετρα μήκος κύματος σε εκατοστά μήκος κύματος σε χιλιοστά μήκος κύματος σε μικρόμετρα Μήκος κύματος ηλεκτρονίου Compton Μήκος κύματος πρωτονίου Compton Περιστροφές μήκους κύματος νετρονίων Compton ανά δευτερόλεπτο περιστροφές ανά λεπτό περιστροφές ανά ώρα περιστροφές ανά ημέρα

Περισσότερα για τη συχνότητα και το μήκος κύματος

Γενικές πληροφορίες

Συχνότητα

Η συχνότητα είναι μια ποσότητα που μετρά πόσο συχνά επαναλαμβάνεται μια συγκεκριμένη περιοδική διαδικασία. Στη φυσική, χρησιμοποιώντας τη συχνότητα, περιγράφονται οι ιδιότητες των διεργασιών των κυμάτων. Συχνότητα κύματος - ποσότητα πλήρεις κύκλουςκυματική διαδικασία ανά μονάδα χρόνου. Η μονάδα συχνότητας SI είναι τα Hertz (Hz). Ένα hertz ισούται με μία ταλάντωση ανά δευτερόλεπτο.

Μήκος κύματος

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι κυμάτων στη φύση, από θαλάσσια κύματα που οδηγούνται από τον άνεμο μέχρι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Οι ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων εξαρτώνται από το μήκος κύματος. Τέτοια κύματα χωρίζονται σε διάφορους τύπους:

• ακτίνες γάμμαμε μήκος κύματος μέχρι 0,01 νανόμετρο (nm).
• ακτινογραφίεςμε μήκος κύματος - από 0,01 nm έως 10 nm.
• Κυματιστά φάσμα υπεριώδους, τα οποία έχουν μήκος από 10 έως 380 nm. Δεν είναι ορατά με το ανθρώπινο μάτι.
• φως μέσα ορατό τμήμα του φάσματοςμε μήκος κύματος 380–700 nm.
• Αόρατο στους ανθρώπους υπέρυθρη ακτινοβολία με μήκος κύματος από 700 nm έως 1 χιλιοστό.
• Ακολουθούνται υπέρυθρα κύματα ΦΟΥΡΝΟΣ ΜΙΚΡΟΚΥΜΑΤΩΝ, με μήκος κύματος από 1 χιλιοστό έως 1 μέτρο.
• Το μακρύτερο - ραδιοκύματα. Το μήκος τους ξεκινά από 1 μέτρο.

Αυτό το άρθρο αφορά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και ειδικά το φως. Σε αυτό, θα συζητήσουμε πώς το μήκος κύματος και η συχνότητα επηρεάζουν το φως, συμπεριλαμβανομένου του ορατού φάσματος, της υπεριώδους και της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι ενέργεια, οι ιδιότητες της οποίας είναι ταυτόχρονα παρόμοιες με εκείνες των κυμάτων και των σωματιδίων. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου. Ηλεκτρομαγνητικά κύματααποτελούνται από ένα μαγνητικό κύμα και ένα ηλεκτρικό κύμα κάθετα σε αυτό.

Η ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι το αποτέλεσμα της κίνησης των σωματιδίων που ονομάζονται φωτόνια. Όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα ακτινοβολίας, τόσο πιο ενεργά είναι και τόσο μεγαλύτερη βλάβη μπορούν να προκαλέσουν στα κύτταρα και τους ιστούς των ζωντανών οργανισμών. Αυτό συμβαίνει γιατί όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας, τόσο περισσότερη ενέργεια μεταφέρουν. Η μεγαλύτερη ενέργεια τους επιτρέπει να αλλάξουν τη μοριακή δομή των ουσιών στις οποίες δρουν. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ και η ακτινοβολία γάμμα είναι τόσο επιβλαβείς για τα ζώα και τα φυτά. Ένα τεράστιο μέρος αυτής της ακτινοβολίας βρίσκεται στο διάστημα. Είναι επίσης παρόν στη Γη, παρά το γεγονός ότι το στρώμα του όζοντος της ατμόσφαιρας γύρω από τη Γη αποκλείει το μεγαλύτερο μέρος της.

Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία και Ατμόσφαιρα

Η ατμόσφαιρα της γης εκπέμπει μόνο ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με συγκεκριμένη συχνότητα. Οι περισσότερες ακτίνες γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδες φως, κάποια υπέρυθρη ακτινοβολία και μεγάλα ραδιοκύματα εμποδίζονται από την ατμόσφαιρα της Γης. Η ατμόσφαιρα τα απορροφά και δεν περνάει παραπέρα. Μέρος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, ειδικότερα, η ακτινοβολία στην περιοχή βραχέων κυμάτων, ανακλάται από την ιονόσφαιρα. Όλες οι άλλες ακτινοβολίες χτυπούν την επιφάνεια της Γης. Στα ανώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα, δηλαδή πιο μακριά από την επιφάνεια της Γης, υπάρχει περισσότερη ακτινοβολία από ότι στα κατώτερα στρώματα. Επομένως, όσο πιο ψηλά, τόσο πιο επικίνδυνο είναι για τους ζωντανούς οργανισμούς να βρίσκονται εκεί χωρίς προστατευτικές στολές.

Η ατμόσφαιρα μεταδίδει μια μικρή ποσότητα υπεριώδους φωτός στη Γη και προκαλεί βλάβη στο δέρμα. Λόγω της υπεριώδους ακτινοβολίας οι άνθρωποι καίγονται στον ήλιο και μπορούν ακόμη και να εμφανίσουν καρκίνο του δέρματος. Από την άλλη πλευρά, ορισμένες από τις ακτίνες που μεταδίδονται από την ατμόσφαιρα είναι ευεργετικές. Για παράδειγμα, οι υπέρυθρες ακτίνες που χτυπούν την επιφάνεια της Γης χρησιμοποιούνται στην αστρονομία - τα υπέρυθρα τηλεσκόπια παρακολουθούν τις υπέρυθρες ακτίνες που εκπέμπονται από αστρονομικά αντικείμενα. Όσο υψηλότερα από την επιφάνεια της Γης, τόσο περισσότερη υπέρυθρη ακτινοβολία, επομένως τηλεσκόπια εγκαθίστανται συχνά σε κορυφές βουνών και σε άλλα υψόμετρα. Μερικές φορές αποστέλλονται στο διάστημα για να βελτιώσουν την ορατότητα των υπέρυθρων ακτίνων.

Σχέση συχνότητας και μήκους κύματος

Η συχνότητα και το μήκος κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογα μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι όσο αυξάνεται το μήκος κύματος, η συχνότητα μειώνεται και αντίστροφα. Αυτό είναι εύκολο να φανταστεί κανείς: εάν η συχνότητα ταλάντωσης της κυματικής διαδικασίας είναι υψηλή, τότε ο χρόνος μεταξύ των ταλαντώσεων είναι πολύ μικρότερος από ό,τι για κύματα των οποίων η συχνότητα ταλάντωσης είναι χαμηλότερη. Αν φανταστείτε ένα κύμα σε ένα γράφημα, τότε η απόσταση μεταξύ των κορυφών του θα είναι όσο μικρότερη, τόσο περισσότερες ταλαντώσεις κάνει σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.

Για να προσδιοριστεί η ταχύτητα διάδοσης ενός κύματος σε ένα μέσο, ​​είναι απαραίτητο να πολλαπλασιαστεί η συχνότητα του κύματος με το μήκος του. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο κενό διαδίδονται πάντα με την ίδια ταχύτητα. Αυτή η ταχύτητα είναι γνωστή ως ταχύτητα του φωτός. Είναι ίσο με 299 792 458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Φως

Το ορατό φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα με συχνότητα και μήκος που καθορίζουν το χρώμα του.

Μήκος κύματος και χρώμα

Το μικρότερο μήκος κύματος του ορατού φωτός είναι 380 νανόμετρα. Είναι μοβ, ακολουθούμενο από μπλε και κυανό, μετά πράσινο, κίτρινο, πορτοκαλί και τέλος κόκκινο. Το λευκό φως αποτελείται από όλα τα χρώματα ταυτόχρονα, δηλαδή τα λευκά αντικείμενα αντανακλούν όλα τα χρώματα. Αυτό μπορεί να φανεί με ένα πρίσμα. Το φως που εισέρχεται σε αυτό διαθλάται και παρατάσσεται σε μια ζώνη χρωμάτων με την ίδια σειρά όπως σε ένα ουράνιο τόξο. Αυτή η ακολουθία είναι από τα χρώματα με το μικρότερο μήκος κύματος έως το μεγαλύτερο. Η εξάρτηση της ταχύτητας διάδοσης του φωτός σε μια ουσία από το μήκος κύματος ονομάζεται διασπορά.

Ένα ουράνιο τόξο σχηματίζεται με παρόμοιο τρόπο. Τα σταγονίδια νερού που διασκορπίζονται στην ατμόσφαιρα μετά τη βροχή συμπεριφέρονται σαν πρίσμα και διαθλούν κάθε κύμα. Τα χρώματα του ουράνιου τόξου είναι τόσο σημαντικά που σε πολλές γλώσσες υπάρχει μια μνημονική, δηλαδή μια τεχνική για να θυμάστε τα χρώματα του ουράνιου τόξου, τόσο απλή που ακόμη και τα παιδιά μπορούν να τα θυμούνται. Πολλά παιδιά που μιλούν ρωσικά γνωρίζουν ότι «κάθε κυνηγός θέλει να μάθει πού κάθεται ο φασιανός». Μερικοί άνθρωποι επινοούν τα δικά τους μνημονικά, και αυτή είναι μια ιδιαίτερα χρήσιμη άσκηση για τα παιδιά, αφού επινοώντας τη δική τους μέθοδο για να θυμούνται τα χρώματα του ουράνιου τόξου, θα τα θυμούνται πιο γρήγορα.

Το φως στο οποίο είναι πιο ευαίσθητο το ανθρώπινο μάτι είναι πράσινο, με μήκος κύματος 555 nm. φωτεινό περιβάλλονκαι 505 nm το σούρουπο και το σκοτάδι. Δεν μπορούν όλα τα ζώα να διακρίνουν χρώματα. Στις γάτες, για παράδειγμα, η έγχρωμη όραση δεν είναι ανεπτυγμένη. Από την άλλη, ορισμένα ζώα βλέπουν τα χρώματα πολύ καλύτερα από τους ανθρώπους. Για παράδειγμα, ορισμένα είδη βλέπουν υπεριώδες και υπέρυθρο φως.

αντανάκλαση του φωτός

Το χρώμα ενός αντικειμένου καθορίζεται από το μήκος κύματος του φωτός που ανακλάται από την επιφάνειά του. Τα λευκά αντικείμενα αντανακλούν όλα τα μήκη κύματος του ορατού φάσματος, ενώ τα μαύρα αντικείμενα, αντίθετα, απορροφούν όλα τα κύματα και δεν αντανακλούν τίποτα.

Ένα από τα φυσικά υλικά με υψηλό συντελεστή διασποράς είναι το διαμάντι. Τα σωστά κομμένα διαμάντια αντανακλούν το φως τόσο από την εξωτερική όσο και από την εσωτερική όψη, διαθλώντας το σαν πρίσμα. Ταυτόχρονα, είναι σημαντικό το μεγαλύτερο μέρος αυτού του φωτός να ανακλάται προς τα πάνω, προς το μάτι, και όχι, για παράδειγμα, προς τα κάτω, στο πλαίσιο, όπου δεν είναι ορατό. Λόγω της υψηλής διασποράς, τα διαμάντια λάμπουν πολύ όμορφα στον ήλιο και κάτω από τεχνητό φωτισμό. Το γυαλί κομμένο σαν διαμάντι λάμπει επίσης, αλλά όχι τόσο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, λόγω της χημικής σύνθεσης, τα διαμάντια αντανακλούν το φως πολύ καλύτερα από το γυαλί. Οι γωνίες που χρησιμοποιούνται κατά την κοπή διαμαντιών είναι υψίστης σημασίας, επειδή οι γωνίες που είναι πολύ έντονες ή πολύ αμβλείες είτε εμποδίζουν το φως να αντανακλάται στους εσωτερικούς τοίχους είτε αντανακλούν το φως στη ρύθμιση, όπως φαίνεται στην εικόνα.

Φασματοσκοπία

Για τον καθορισμό χημική σύνθεσηΟι ουσίες μερικές φορές χρησιμοποιούν φασματική ανάλυση ή φασματοσκοπία. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα καλή εάν η χημική ανάλυση της ουσίας δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί με απευθείας εργασία μαζί της, για παράδειγμα, κατά τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης των αστεριών. Γνωρίζοντας τι είδους ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία απορροφά ένα σώμα, είναι δυνατό να προσδιοριστεί από τι αποτελείται. Η φασματοσκοπία απορρόφησης, που είναι ένας από τους κλάδους της φασματοσκοπίας, καθορίζει ποια ακτινοβολία απορροφάται από το σώμα. Μια τέτοια ανάλυση μπορεί να γίνει σε απόσταση, επομένως χρησιμοποιείται συχνά στην αστρονομία, καθώς και στην εργασία με δηλητηριώδεις και επικίνδυνες ουσίες.

Προσδιορισμός παρουσίας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Το ορατό φως, όπως κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, είναι ενέργεια. Όσο περισσότερη ενέργεια εκπέμπεται, τόσο πιο εύκολο είναι να μετρηθεί αυτή η ακτινοβολία. Η ποσότητα της ακτινοβολούμενης ενέργειας μειώνεται όσο αυξάνεται το μήκος κύματος. Η όραση είναι δυνατή ακριβώς επειδή οι άνθρωποι και τα ζώα αναγνωρίζουν αυτή την ενέργεια και αισθάνονται τη διαφορά μεταξύ ακτινοβολίας με διαφορετικά μήκη κύματος. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαφορετικού μήκους γίνεται αντιληπτή από το μάτι ως διαφορετικά χρώματα. Όχι μόνο τα μάτια των ζώων και των ανθρώπων λειτουργούν σύμφωνα με αυτήν την αρχή, αλλά και οι τεχνολογίες που δημιουργούνται από ανθρώπους για την επεξεργασία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

ορατό φως

Οι άνθρωποι και τα ζώα βλέπουν ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι περισσότεροι άνθρωποι και ζώα, για παράδειγμα, ανταποκρίνονται ορατό φως, και μερικά ζώα - επίσης σε υπεριώδεις και υπέρυθρες ακτίνες. Η ικανότητα διάκρισης των χρωμάτων δεν υπάρχει σε όλα τα ζώα - ορισμένα βλέπουν μόνο τη διαφορά μεταξύ φωτεινών και σκοτεινών επιφανειών. Ο εγκέφαλός μας ορίζει το χρώμα ως εξής: φωτόνια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας εισέρχονται στο μάτι στον αμφιβληστροειδή και περνώντας μέσα από αυτόν διεγείρουν τους κώνους, τους φωτοϋποδοχείς του ματιού. Ως αποτέλεσμα, ένα σήμα μεταδίδεται μέσω του νευρικού συστήματος στον εγκέφαλο. Εκτός από τους κώνους, υπάρχουν και άλλοι φωτοϋποδοχείς στα μάτια, ράβδοι, αλλά δεν είναι σε θέση να διακρίνουν τα χρώματα. Σκοπός τους είναι να προσδιορίσουν τη φωτεινότητα και τη δύναμη του φωτός.

Υπάρχουν συνήθως διάφορα είδη κώνων στο μάτι. Οι άνθρωποι έχουν τρεις τύπους, καθένας από τους οποίους απορροφά φωτόνια φωτός μέσα σε συγκεκριμένα μήκη κύματος. Όταν απορροφώνται, συμβαίνει μια χημική αντίδραση, με αποτέλεσμα νευρικές ώσεις με πληροφορίες για το μήκος κύματος να εισέρχονται στον εγκέφαλο. Αυτά τα σήματα επεξεργάζονται από τον οπτικό φλοιό του εγκεφάλου. Αυτή είναι η περιοχή του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνη για την αντίληψη του ήχου. Κάθε τύπος κώνου είναι υπεύθυνος μόνο για ορισμένα μήκη κύματος, επομένως για να έχετε μια πλήρη εικόνα του χρώματος, αθροίζονται οι πληροφορίες που λαμβάνονται από όλους τους κώνους.

Μερικά ζώα έχουν ακόμη περισσότερους τύπους κώνων από τους ανθρώπους. Έτσι, για παράδειγμα, σε ορισμένα είδη ψαριών και πουλιών υπάρχουν από τέσσερις έως πέντε τύπους. Είναι ενδιαφέρον ότι τα θηλυκά ορισμένων ζώων έχουν περισσότερους τύπους κώνων από τα αρσενικά. Μερικά πουλιά, όπως οι γλάροι που πιάνουν θήραμα μέσα ή στην επιφάνεια του νερού, έχουν κίτρινες ή κόκκινες σταγόνες λαδιού μέσα στους κώνους τους που λειτουργούν ως φίλτρο. Αυτό τους βοηθά να βλέπουν περισσότερα χρώματα. Τα μάτια των ερπετών είναι διατεταγμένα με παρόμοιο τρόπο.

υπέρυθρο φως

Τα φίδια, σε αντίθεση με τους ανθρώπους, δεν έχουν μόνο οπτικούς υποδοχείς, αλλά και ευαίσθητα όργανα που ανταποκρίνονται υπέρυθρη ακτινοβολία. Απορροφούν την ενέργεια των υπέρυθρων ακτίνων, δηλαδή αντιδρούν στη θερμότητα. Ορισμένες συσκευές, όπως τα γυαλιά νυχτερινής όρασης, ανταποκρίνονται επίσης στη θερμότητα που παράγεται από τον πομπό υπέρυθρων. Τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται από τον στρατό, καθώς και για τη διασφάλιση της ασφάλειας και της προστασίας των χώρων και του εδάφους. Τα ζώα που βλέπουν υπέρυθρο φως και οι συσκευές που μπορούν να το αναγνωρίσουν, βλέπουν περισσότερα από αντικείμενα που βρίσκονται στο οπτικό τους πεδίο αυτή τη στιγμή, αλλά και ίχνη αντικειμένων, ζώων ή ανθρώπων που βρίσκονταν εκεί πριν, αν δεν έχει περάσει πολύς χρόνος. Για παράδειγμα, τα φίδια μπορούν να δουν εάν τα τρωκτικά σκάβουν μια τρύπα στο έδαφος και οι αστυνομικοί που χρησιμοποιούν νυχτερινή όραση μπορούν να δουν εάν έχουν κρυφτεί πρόσφατα ίχνη εγκλήματος στο έδαφος, όπως χρήματα, ναρκωτικά ή κάτι άλλο. Συσκευές ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται σε τηλεσκόπια, καθώς και για έλεγχο δοχείων και θαλάμων για διαρροές. Με τη βοήθειά τους, ο τόπος διαρροής θερμότητας είναι σαφώς ορατός. Στην ιατρική, οι υπέρυθρες εικόνες χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση. Στην ιστορία της τέχνης - για να προσδιορίσετε τι απεικονίζεται κάτω από το ανώτερο στρώμα του χρώματος. Οι συσκευές νυχτερινής όρασης χρησιμοποιούνται για την προστασία των χώρων.

υπεριώδες φως

Κάποια ψάρια βλέπουν υπεριώδες φως. Τα μάτια τους περιέχουν μια χρωστική ουσία που είναι ευαίσθητη στις υπεριώδεις ακτίνες. Το δέρμα των ψαριών περιέχει περιοχές που αντανακλούν το υπεριώδες φως, αόρατο για τον άνθρωπο και άλλα ζώα - το οποίο χρησιμοποιείται συχνά στο ζωικό βασίλειο για να επισημάνει το φύλο των ζώων, καθώς και για κοινωνικούς σκοπούς. Μερικά πουλιά βλέπουν επίσης υπεριώδες φως. Αυτή η ικανότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική κατά την περίοδο ζευγαρώματος, όταν τα πουλιά αναζητούν πιθανούς συντρόφους. Οι επιφάνειες ορισμένων φυτών αντανακλούν επίσης καλά το υπεριώδες φως και η ικανότητα να το βλέπεις βοηθά στην εύρεση τροφής. Εκτός από τα ψάρια και τα πουλιά, ορισμένα ερπετά μπορούν να δουν το υπεριώδες φως, όπως οι χελώνες, οι σαύρες και τα πράσινα ιγκουάνα (στη φωτογραφία).

Το ανθρώπινο μάτι, όπως και τα μάτια των ζώων, απορροφά το υπεριώδες φως αλλά δεν μπορεί να το επεξεργαστεί. Στον άνθρωπο καταστρέφει τα κύτταρα των ματιών, ειδικά στον κερατοειδή και τον φακό. Αυτό με τη σειρά του προκαλεί διάφορες ασθένειεςακόμα και τύφλωση. Αν και το υπεριώδες φως είναι επιβλαβές για την όραση, μικρές ποσότητες χρειάζονται από τον άνθρωπο και τα ζώα για την παραγωγή βιταμίνης D. Η υπεριώδης ακτινοβολία, όπως και η υπέρυθρη ακτινοβολία, χρησιμοποιείται σε πολλές βιομηχανίες, για παράδειγμα, στην ιατρική για απολύμανση, στην αστρονομία για την παρατήρηση άστρων και άλλα αντικείμενα και στη χημεία για στερεοποίηση υγρών ουσιών, καθώς και για οπτικοποίηση, δηλαδή δημιουργία διαγραμμάτων κατανομής ουσιών σε συγκεκριμένο χώρο. Με τη βοήθεια της υπεριώδους ακτινοβολίας ανιχνεύονται πλαστά τραπεζογραμμάτια και κονκάρδες εάν πρόκειται να τυπωθούν σήματα σε αυτά με ειδικά μελάνια αναγνωρίσιμα από την υπεριώδη ακτινοβολία. Στην περίπτωση πλαστών εγγράφων, η λάμπα UV δεν βοηθά πάντα, καθώς οι εγκληματίες χρησιμοποιούν μερικές φορές το πραγματικό έγγραφο και αντικαθιστούν τη φωτογραφία ή άλλες πληροφορίες σε αυτό, έτσι ώστε να παραμένει η σήμανση για τις λάμπες UV. Υπάρχουν επίσης πολλές άλλες χρήσεις για την υπεριώδη ακτινοβολία.

αχρωματοψία

Λόγω οπτικών ελαττωμάτων, μερικοί άνθρωποι δεν μπορούν να διακρίνουν τα χρώματα. Αυτό το πρόβλημα ονομάζεται αχρωματοψία ή αχρωματοψία, από το όνομα του ατόμου που περιέγραψε για πρώτη φορά αυτό το χαρακτηριστικό της όρασης. Μερικές φορές οι άνθρωποι δεν μπορούν να δουν μόνο χρώματα σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και μερικές φορές δεν μπορούν να δουν καθόλου χρώματα. Συχνά η αιτία είναι ανεπαρκώς ανεπτυγμένοι ή κατεστραμμένοι φωτοϋποδοχείς, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις το πρόβλημα είναι η βλάβη στις νευρικές οδούς, όπως ο οπτικός φλοιός, όπου επεξεργάζονται οι πληροφορίες χρώματος. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτή η κατάσταση δημιουργεί ταλαιπωρία και προβλήματα σε ανθρώπους και ζώα, αλλά μερικές φορές η αδυναμία διάκρισης των χρωμάτων, αντίθετα, αποτελεί πλεονέκτημα. Αυτό επιβεβαιώνεται από το γεγονός ότι, παρά τα μακρά χρόνια εξέλιξης, η χρωματική όραση δεν έχει αναπτυχθεί σε πολλά ζώα. Οι άνθρωποι και τα ζώα που έχουν αχρωματοψία μπορούν, για παράδειγμα, να δουν καλά το καμουφλάζ άλλων ζώων.

Παρά τα οφέλη της αχρωματοψίας, θεωρείται πρόβλημα στην κοινωνία και ο δρόμος για ορισμένα επαγγέλματα είναι κλειστός για τα άτομα με αχρωματοψία. Συνήθως δεν μπορούν να αποκτήσουν πλήρη δικαιώματα για να πετάξουν το αεροσκάφος χωρίς περιορισμούς. Σε πολλές χώρες, οι άδειες αυτών των ατόμων είναι επίσης περιορισμένες και σε ορισμένες περιπτώσεις δεν μπορούν να λάβουν καθόλου άδεια. Επομένως, δεν μπορούν πάντα να βρουν δουλειά όπου χρειάζεται να οδηγούν αυτοκίνητο, αεροπλάνο και άλλα οχήματα. Επίσης, δυσκολεύονται να βρουν μια δουλειά όπου η ικανότητα αναγνώρισης και χρήσης χρωμάτων έχει μεγάλη σημασία. Για παράδειγμα, είναι δύσκολο για αυτούς να γίνουν σχεδιαστές ή να εργαστούν σε ένα περιβάλλον όπου το χρώμα χρησιμοποιείται ως σήμα (για παράδειγμα, για τον κίνδυνο).

Γίνονται εργασίες για τη δημιουργία ευνοϊκότερων συνθηκών για άτομα με αχρωματοψία. Για παράδειγμα, υπάρχουν πίνακες στους οποίους τα χρώματα αντιστοιχούν σε πινακίδες και σε ορισμένες χώρες αυτές οι πινακίδες χρησιμοποιούνται σε ιδρύματα και δημόσιους χώρους μαζί με το χρώμα. Ορισμένοι σχεδιαστές δεν χρησιμοποιούν ή περιορίζουν τη χρήση του χρώματος για να μεταδώσουν σημαντικές πληροφορίες στη δουλειά τους. Αντί για χρώμα, ή μαζί με αυτό, χρησιμοποιούν φωτεινότητα, κείμενο και άλλους τρόπους επισήμανσης πληροφοριών, έτσι ώστε ακόμη και οι αχρωματοψίες να μπορούν να συλλάβουν πλήρως τις πληροφορίες που μεταφέρει ο σχεδιαστής. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα άτομα με αχρωματοψία δεν κάνουν διάκριση μεταξύ κόκκινου και πράσινου, έτσι οι σχεδιαστές μερικές φορές αντικαθιστούν τον συνδυασμό «κόκκινο = κίνδυνος, πράσινο = όλα είναι καλά» με κόκκινο και μπλε. Τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα σάς επιτρέπουν επίσης να προσαρμόζετε τα χρώματα έτσι ώστε τα άτομα με αχρωματοψία να μπορούν να δουν τα πάντα.

Χρώμα στη μηχανική όραση

Η έγχρωμη μηχανική όραση είναι ένας ταχέως αναπτυσσόμενος κλάδος της τεχνητής νοημοσύνης. Μέχρι πρόσφατα, οι περισσότερες εργασίες σε αυτόν τον τομέα γίνονταν με μονόχρωμες εικόνες, αλλά τώρα όλο και περισσότερα επιστημονικά εργαστήρια εργάζονται με χρώμα. Ορισμένοι αλγόριθμοι για την εργασία με μονόχρωμες εικόνες χρησιμοποιούνται επίσης για την επεξεργασία έγχρωμων εικόνων.

Εφαρμογή

Η μηχανική όραση χρησιμοποιείται σε μια σειρά από βιομηχανίες, όπως τα ρομπότ ελέγχου, τα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα και τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα. Είναι χρήσιμο στον τομέα της ασφάλειας, για παράδειγμα, για την αναγνώριση ατόμων και αντικειμένων από φωτογραφίες, για αναζήτηση βάσεων δεδομένων, για παρακολούθηση της κίνησης των αντικειμένων, ανάλογα με το χρώμα τους, κ.λπ. Ο εντοπισμός κινούμενων αντικειμένων επιτρέπει στον υπολογιστή να προσδιορίζει την κατεύθυνση του βλέμματος ενός ατόμου ή να παρακολουθεί την κίνηση των αυτοκινήτων, των ανθρώπων, των χεριών και άλλων αντικειμένων.

Για να αναγνωρίσετε σωστά άγνωστα αντικείμενα, είναι σημαντικό να γνωρίζετε το σχήμα και τις άλλες ιδιότητές τους, αλλά οι πληροφορίες χρώματος δεν είναι τόσο σημαντικές. Όταν εργάζεστε με οικεία αντικείμενα, το χρώμα, αντίθετα, βοηθά στην ταχύτερη αναγνώρισή τους. Η εργασία με χρώμα είναι επίσης βολική, επειδή οι πληροφορίες χρώματος μπορούν να ληφθούν ακόμη και από εικόνες χαμηλής ανάλυσης. Η αναγνώριση του σχήματος ενός αντικειμένου, σε αντίθεση με το χρώμα, απαιτεί υψηλή ανάλυση. Η εργασία με χρώμα αντί για το σχήμα του θέματος σάς επιτρέπει να μειώσετε το χρόνο επεξεργασίας της εικόνας και να χρησιμοποιήσετε λιγότερους πόρους υπολογιστή. Το χρώμα βοηθά στην αναγνώριση αντικειμένων του ίδιου σχήματος και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως σήμα ή σημάδι (για παράδειγμα, το κόκκινο είναι σήμα κινδύνου). Σε αυτήν την περίπτωση, δεν είναι απαραίτητο να αναγνωρίσετε το σχήμα αυτού του σημείου ή το κείμενο που είναι γραμμένο σε αυτό. Υπάρχουν πολλά ενδιαφέροντα παραδείγματα χρήσης της έγχρωμης μηχανικής όρασης στον ιστότοπο του YouTube.

Επεξεργασία πληροφοριών χρώματος

Οι φωτογραφίες που επεξεργάζεται ο υπολογιστής είτε ανεβαίνουν από τους χρήστες είτε λαμβάνονται με την ενσωματωμένη κάμερα. Η διαδικασία της ψηφιακής φωτογραφίας και της βιντεοσκόπησης είναι καλά κατακτημένη, αλλά η επεξεργασία αυτών των εικόνων, ειδικά σε χρώμα, συνδέεται με πολλές δυσκολίες, πολλές από τις οποίες δεν έχουν ακόμη επιλυθεί. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η έγχρωμη όραση σε ανθρώπους και ζώα είναι πολύ περίπλοκη και δεν είναι εύκολο να δημιουργηθεί όραση υπολογιστή όπως η ανθρώπινη. Η όραση, όπως και η ακοή, βασίζεται στην προσαρμογή περιβάλλον. Η αντίληψη του ήχου εξαρτάται όχι μόνο από τη συχνότητα, την ηχητική πίεση και τη διάρκεια του ήχου, αλλά και από την παρουσία ή απουσία άλλων ήχων στο περιβάλλον. Έτσι είναι και με την όραση - η αντίληψη του χρώματος εξαρτάται όχι μόνο από τη συχνότητα και το μήκος κύματος, αλλά και από τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, τα χρώματα των γύρω αντικειμένων επηρεάζουν την αντίληψή μας για το χρώμα.

Από εξελικτική άποψη, μια τέτοια προσαρμογή είναι απαραίτητη για να μας βοηθήσει να συνηθίσουμε στο περιβάλλον μας και να σταματήσουμε να δίνουμε προσοχή σε ασήμαντα στοιχεία και να κατευθύνουμε την πλήρη προσοχή μας σε ό,τι αλλάζει στο περιβάλλον. Αυτό είναι απαραίτητο για να παρατηρήσετε πιο εύκολα τα αρπακτικά και να βρείτε τροφή. Μερικές φορές εμφανίζονται οπτικές ψευδαισθήσεις λόγω αυτής της προσαρμογής. Για παράδειγμα, ανάλογα με το χρώμα των γύρω αντικειμένων, αντιλαμβανόμαστε το χρώμα δύο σωμάτων διαφορετικά, ακόμη και όταν αντανακλούν φως με το ίδιο μήκος κύματος. Η εικόνα δείχνει ένα παράδειγμα μιας τέτοιας οπτικής ψευδαίσθησης. Το καφέ τετράγωνο στο επάνω μέρος της εικόνας (δεύτερη σειρά, δεύτερη στήλη) φαίνεται πιο ανοιχτό από το καφέ τετράγωνο στο κάτω μέρος της εικόνας (πέμπτη σειρά, δεύτερη στήλη). Στην πραγματικότητα, τα χρώματά τους είναι ίδια. Ακόμη και γνωρίζοντας αυτό, εξακολουθούμε να τα αντιλαμβανόμαστε ως διαφορετικά χρώματα. Δεδομένου ότι η αντίληψή μας για το χρώμα είναι τόσο περίπλοκη, είναι δύσκολο για τους προγραμματιστές να περιγράψουν όλες αυτές τις αποχρώσεις στους αλγόριθμους μηχανικής όρασης. Παρά αυτές τις δυσκολίες, έχουμε ήδη πετύχει πολλά σε αυτόν τον τομέα.

Τα άρθρα Unit Converter επιμελήθηκε και εικονογραφήθηκε από τον Anatoly Zolotkov

Δυσκολεύεστε να μεταφράσετε μονάδες μέτρησης από τη μια γλώσσα στην άλλη; Οι συνάδελφοι είναι έτοιμοι να σας βοηθήσουν. Δημοσιεύστε μια ερώτηση στο TCTermsκαι μέσα σε λίγα λεπτά θα λάβετε απάντηση.

κύμα φωτός - ηλεκτρομαγνητικό κύμα στο ορατό εύρος μήκους κύματος. Η συχνότητα του φωτεινού κύματος καθορίζει το χρώμα. Η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα φωτεινό κύμα είναι ανάλογη με το τετράγωνο του πλάτους του.

ελαφρά κύματακαλύπτουν ένα τεράστιο εύρος στην κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, το οποίο βρίσκεται πέρα ​​από τα υπερμικρά ραδιοκύματα χιλιοστών και εκτείνεται στις μικρότερες ακτίνες γάμμα - ηλεκτρομαγνητικά κύματα με μήκος κύματος ʎ μικρότερο από 0,1 nm (1 nm = 10 -9 m)

Η ταχύτητα διάδοσης του φωτός και γενικά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό (και πρακτικά στον αέρα) είναι περίπου 300.000 km/s

Κοντά στο αντικείμενο, η σκιά του έχει αιχμηρές άκρες, αλλά τα περιγράμματα
οι σκιές θολώνουν καθώς η απόσταση μεταξύ του θέματος αυξάνεται
και σκιά. Αυτό είναι εύκολο να γίνει κατανοητό, δεδομένου ότι το φως διαδίδεται
είναι ευθύγραμμη και κάθε πηγή φωτός έχει πεπερασμένη
μεγέθη. Η μελέτη της διάδοσης των ακτίνων φωτός δείχνει
ότι στην άκρη κάθε σκιάς υπάρχει ένα μερικώς φωτισμένο
τελευταίος. Αυτή η λεγόμενη μισοφέγγαρα κάνει τα περιγράμματα της σκιάς
πλυμένο. Το πιο σκοτεινό μέρος της σκιάς (βαθιά σκιά) είναι εντελώς
περιφραγμένο από την πηγή φωτός. Το πλάτος του μισού είναι το μικρότερο
όσο πιο κοντά είναι η σκιά στο αντικείμενο που τη ρίχνει, έτσι
κοντά στο θέμα, η σκιά φαίνεται πιο έντονη.

Διαπιστώθηκε ότι ένα φωτεινό κύμα είναι μια ταλάντωση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που διαδίδονται στο διάστημα. Και τα δύο πεδία ταλαντώνονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα, τα οποία είναι επίσης κάθετα στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Στην πραγματικότητα, τα κύματα φωτός είναι ένας από τους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ, της υπεριώδους, της υπέρυθρης ακτινοβολίας και των ραδιοκυμάτων. Τα κύματα φωτός εκπέμπονται από τα άτομα όταν τα ηλεκτρόνια σε αυτά μετακινούνται από τη μια τροχιά στην άλλη. Εάν ένα άτομο λαμβάνει ενέργεια, όπως με τη μορφή θερμότητας, φωτός ή ηλεκτρική ενέργεια, τα ηλεκτρόνια απομακρύνονται από τον πυρήνα σε τροχιές με υψηλότερη ενέργεια. Στη συνέχεια μετακινούνται και πάλι σε τροχιές πιο κοντά στον πυρήνα με λιγότερη ενέργεια, ενώ ακτινοβολούν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Έτσι δημιουργείται το φως.

Κυματομορφή- μια οπτική αναπαράσταση μιας κυματομορφής, όπως ένα κύμα, που διαδίδεται μέσω ενός φυσικού μέσου ή της αφηρημένης αναπαράστασής του.

Σε πολλές περιπτώσεις, το μέσο στο οποίο διαδίδεται το κύμα δεν επιτρέπει σε κάποιον να παρατηρήσει οπτικά το σχήμα του. Σε αυτή την περίπτωση, ο όρος "σήμα" αναφέρεται στο σχήμα ενός γραφήματος μεγέθους που ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο ή την απόσταση. Για μια οπτική αναπαράσταση της κυματομορφής, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα όργανο που ονομάζεται «παλμογράφος», εμφανίζοντας στην οθόνη την τιμή της μετρούμενης ποσότητας και την αλλαγή της. Με μια ευρύτερη έννοια, ο όρος "σήμα" χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στο σχήμα ενός γραφήματος των τιμών οποιασδήποτε ποσότητας που ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου.

Τα κοινά περιοδικά σήματα είναι ( t- χρόνος):

Ημιτονοειδής: sin(2 π t). Το πλάτος του σήματος αντιστοιχεί στην τριγωνομετρική συνάρτηση του ημιτονοειδούς (sin), η οποία μεταβάλλεται με το χρόνο.

Μαίανδρος: πριόνι( t) − πριόνι ( t− καθήκον). Αυτό το σήμα χρησιμοποιείται συνήθως για την αναπαράσταση και τη μετάδοση ψηφιακών δεδομένων. Οι παλμοί τετραγωνικών κυμάτων με σταθερή περίοδο περιέχουν περιττές αρμονικές που πέφτουν στα -6dB/οκτάβα.

Τριγωνικό κύμα: ( t− 2 όροφος (( t+ 1) /2)) (−1) όροφος (( t+ 1) /2) . Περιλαμβάνει περιττές αρμονικές που πέφτουν στα -12dB/οκτάβα.

Πριονισμένο κύμα: 2 ( t− όροφο ( t)) - 1. Μοιάζει με δόντια πριονιού. Χρησιμοποιείται ως σημείο εκκίνησης για την αφαιρετική σύνθεση, καθώς ένα κύμα πριονωτής σταθερής περιόδου περιέχει άρτιες και περιττές αρμονικές που πέφτουν στα -6 dB/οκτάβα.

Άλλες κυματομορφές αναφέρονται συχνά ως σύνθετες κυματομορφές επειδή στις περισσότερες περιπτώσεις μπορούν να περιγραφούν ως ένας συνδυασμός πολλών ημιτονοειδών κυμάτων ή το άθροισμα άλλων συναρτήσεων βάσης.

Η σειρά Fourier περιγράφει την αποσύνθεση ενός περιοδικού σήματος με βάση τη θεμελιώδη αρχή ότι κάθε περιοδικό σήμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως άθροισμα (πιθανώς άπειρο) θεμελιωδών και αρμονικών συνιστωσών. Τα ενεργειακά πεπερασμένα μη περιοδικά σήματα μπορούν να αναλυθούν ως ημιτονοειδή μετά από μετασχηματισμό Fourier.

διακυμάνσεις- η διαδικασία αλλαγής των καταστάσεων του συστήματος γύρω από το σημείο ισορροπίας, η οποία επαναλαμβάνεται σε κάποιο βαθμό στο χρόνο. Για παράδειγμα, όταν το εκκρεμές ταλαντώνεται, οι αποκλίσεις του προς τη μία κατεύθυνση και την άλλη από την κατακόρυφη θέση επαναλαμβάνονται. κατά τη διάρκεια ταλαντώσεων σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ταλάντωσης, επαναλαμβάνεται το μέγεθος και η κατεύθυνση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο.

Ηλεκτρομαγνητικές δονήσειςπεριοδικές αλλαγές στην ένταση Ε και επαγωγή Β ονομάζονται.

Οι ηλεκτρομαγνητικές δονήσεις είναι τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα, η υπέρυθρη ακτινοβολία, το ορατό φως, η υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ, οι ακτίνες γάμμα.

Η μετάδοση των ταλαντώσεων οφείλεται στο γεγονός ότι γειτονικά τμήματα του μέσου συνδέονται μεταξύ τους. Αυτή η σύνδεση μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους τρόπους. Μπορεί να οφείλεται, ειδικότερα, , ελαστικές δυνάμειςπου προκύπτει λόγω της παραμόρφωσης του μέσου κατά τις ταλαντώσεις του. Ως αποτέλεσμα, μια δόνηση που προκαλείται με οποιονδήποτε τρόπο σε ένα μέρος συνεπάγεται τη διαδοχική εμφάνιση δονήσεων σε άλλα μέρη, όλο και πιο απομακρυσμένα από το αρχικό, και υπάρχει το λεγόμενο κύμα.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα - αυτά τα κύματα αντιπροσωπεύουν τη μετάδοση από το ένα μέρος στο διάστημα στο άλλο των ταλαντώσεων των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και ρεύματα. Οποιαδήποτε αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί την εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου και αντίστροφα, οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο. Ένα στερεό, υγρό ή αέριο μέσο μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, αλλά η παρουσία ενός τέτοιου μέσου δεν είναι απαραίτητη για αυτά τα κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν παντού όπου μπορεί να υπάρχει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, και ως εκ τούτου στο κενό, δηλ. στο διάστημα χωρίς άτομα.

Οποιοδήποτε κύμα διαδίδεται από το ένα σημείο στο άλλο όχι αμέσως, αλλά με μια ορισμένη ταχύτητα.

Ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις - διασυνδεδεμένες ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων.

Ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις εμφανίζονται σε διάφορα ηλεκτρικά κυκλώματα. Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή φόρτισης, η τάση, η ένταση του ρεύματος, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου, η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου και άλλα ηλεκτροδυναμικά μεγέθη κυμαίνονται.

Ελεύθερες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις συμβαίνουν σε ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα αφού βγει από την ισορροπία, για παράδειγμα, με φόρτιση ενός πυκνωτή ή αλλαγή του ρεύματος σε ένα τμήμα κυκλώματος.

Πρόκειται για αποσβεσμένες ταλαντώσεις, καθώς η ενέργεια που μεταδίδεται στο σύστημα δαπανάται για θέρμανση και άλλες διεργασίες.

Εξαναγκαστικές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις - ταλαντώσεις χωρίς απόσβεση στο κύκλωμα που προκαλούνται από ένα εξωτερικό ημιτονοειδές EMF που μεταβάλλεται περιοδικά.

Οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις περιγράφονται από τους ίδιους νόμους με τις μηχανικές, αν και η φυσική φύση αυτών των ταλαντώσεων είναι εντελώς διαφορετική.

Οι ηλεκτρικές ταλαντώσεις είναι ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικών, όταν λαμβάνονται υπόψη ταλαντώσεις μόνο ηλεκτρικών μεγεθών. Σε αυτή την περίπτωση, μιλούν για εναλλασσόμενο ρεύμα, τάση, ισχύ κ.λπ.

ΤΑΛΑΝΤΩΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ

Ένα κύκλωμα ταλάντωσης είναι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που αποτελείται από έναν πυκνωτή με χωρητικότητα C, έναν επαγωγέα με επαγωγή L και έναν αντιστάτη με αντίσταση R συνδεδεμένο σε σειρά.

Η κατάσταση σταθερής ισορροπίας του κυκλώματος ταλάντωσης χαρακτηρίζεται από την ελάχιστη ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου (ο πυκνωτής δεν φορτίζεται) και το μαγνητικό πεδίο (δεν υπάρχει ρεύμα μέσω του πηνίου).

Ποσότητες που εκφράζουν τις ιδιότητες του ίδιου του συστήματος (παράμετροι συστήματος): L και m, 1/C και k

ποσότητες που χαρακτηρίζουν την κατάσταση του συστήματος:

ποσότητες που εκφράζουν το ρυθμό μεταβολής της κατάστασης του συστήματος: u = x"(t)Και i = q"(t).