Резонатор. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

При приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте в резонаторе наблюдается достаточно резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний. Это - явление резонанса. После отключения внеш. источника колебания внутри резонатора какое-то время сохраняются. Они совершаются на частотах, близких к резонансным, и представляют собой уже собственные или свободные колебания резонатора. Если пренебречь диссипацией (в т. ч. и потерями на излучение), то резонатор ведёт себя как идеальная консервативная колебательная система, обладающая дискретным спектром собств. колебаний. При наличии потерь чисто гармонич. собств. колебания невозможны, соответствующие им резонансные кривые резонатора уширяются. Это уширение характеризуют добротностью Q = w/Dw (w - резонансная частота, Dw-ширина резонансной кривой). Добротность определяет отношение запасённой в резонаторе. колебательной энергии W к энергии потерь за один период колебаний, Q = wW/P (P - мощность потерь); однако следует иметь в виду, что само понятие запасённой энергии в диссипативных системах является до нек-рой степени условным, зависящим от принятой модели (идеализации) резонатора.

Резонаторы различаются прежде всего физическим характером происходящих в них процессов. Так, существуют механич., акустич., эл--магн. и др. резонаторы. Например, одномерным механическим резонатором является струна с закреплёнными концами, двумерным - упругая мембрана. В случае акустич. колебаний роль резонатора часто выполняют разл. трубы, колбы, сосуды, наполненные газом (воздухом) (см. Резонатор акустический). Акустическими резонаторами могут служить комнаты, залы или их отд. части, что приводит к эффекту реверберации (продолжительного эхового звучания на избранных частотах) и нарушает акустич. совершенство помещений. Уникален по своим свойствам (диапазонность, перестраиваемость и т. п.) резонатора голосового аппарата человека и животных.

Простейший резонатор для эл--магн. колебаний - колебательный контур, состоящий из индуктивности L, ёмкости С, сопротивления R; его собств. частота

, а добротность

. Размеры колебат. контура l должны быть малы по сравнению с длиной волны

. Иначе существенны будут потери на излучение эл--магн. волн, что ведёт к уменьшению Q. Для снижения таких потерь применяют экранированные резонаторы в виде замкнутых объёмов с хорошо проводящими стенками. Это - так называемые объёмные резонаторы, или эндовибраторы (в отличие от экзовибраторов, поля которых сосредоточены вне формирующих поверхностей).

Сверхвысокие частоты, СВЧ

В миллиметровом, субмиллиметровом и оптическом диапазонах чаще всего используют открытые резонаторы, размер которых . Их резонансные моды формируются в результате многократного отражения квазиоптич. пучков эл--магн. волн от двух или неск. зеркальных поверхностей (см. Оптический резонатор, Квазиоптика, Интерферометр Фабри - Перо). Спектр собств. колебаний открытых резонаторах значительно разрежен по сравнению со спектром полностью экраниров. систем, т. к. объединённые в пучки группы мод, попадающие мимо зеркал, высвечиваются и, следовательно, относятся к низкодобротным. Открытые резонаторы играют важную роль в работе мазеров и лазеров .В рентг. диапазоне обычные зеркала перестают быть хорошими отражателями, поэтому их заменяют перио-дич. многослойными структурами, обеспечивающими отражение вследствие брэгговского рассеяния (см. Брэгга - Вулъфа условие).

Литература по резонаторам

Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.