Методика измерения абсолютной скорости в неподвижной волновой среде
Серия: ФИЗИКА И АСТРОНОМИЯ Иванов Ю.Н., Пинчук А.В.
Методика определения абсолютной скорости в мировом эфире
Эффект Доплера в системе отсчёта, движущейся с ускорением, и его использование для определения абсолютной скорости
Оглавление
1. Введение.
2. Физические явления и эффекты, лежащие в основе работы
3. Основные исходные положения
4. Постановка задачи и решение
5. Методика измерения абсолютной скорости в неподвижной волновой среде
6. Эксперименты и результаты
Интерферометр гомодинного типа
Интерферометр Майкельсона
7. Выводы
8. Заключение
Литература
Аннотация
В статье даны результаты исследований эффекта Доплера в закрытой от внешних ориентиров системе отсчёта, движущейся прямолинейно с ускорением, и в частности: 1) рассмотрены некоторые ключевые физические процессы и явления, позволяющие сравнивать и различать состояния инерциальной системы до начала и после окончания процесса изменения её скорости; 2) дано решение задачи по определению абсолютной скорости системы в волновой среде через эффект Доплера при условии, что источник волн и приёмник находятся непосредственно в системе отсчёта и расположены друг относительно друга на фиксированном расстоянии; 3) приведены результаты экспериментов, указывающие не только на возможность приборной регистрации относительной и абсолютной скорости в мировом эфире, но и на – создание автономных навигационных приборов для определения собственных координат на Земле, под водой и под землёй без использования GPS и любых других внешних реперов.
|
|
|
Введение.
Попытки измерить абсолютную скорость движения Земли в эфире предпринимались с 1881 года [3, 8], но в целом оказались неудачными. С появлением в 1905 году специальной теории относительности (СТО) вопрос экспериментального обнаружения абсолютного движения отошёл на второй план, а со временем и вовсе был выведен за скобки интересов науки. Тем не менее в физике тема определения собственной абсолютной скорости в электромагнитном (мировом) эфире полностью не исследована, а потому не может считаться закрытой. Есть и учёные, которые не теряют надежды найти «неуловимый» эфир в эксперименте.
В современном научном сообществе сложилась ситуация, в которой, с одной стороны, нет экспериментов, доказывающих отсутствие эфира, а с другой – нет однозначно трактуемых экспериментов в пользу наличия эфира. А если ни у кого нет надёжных экспериментальных подтверждений, то ситуация как в религии, где одни верят в наличие эфира, а другие верят в его отсутствие. И это противостояние длится уже более 100 лет. Поставить точку в споре может эксперимент, который не только должен быть хорошо обоснован теоретически, но и повторён в независимых лабораториях.
|
|
|
В статье рассмотрение проблемы осуществляется в рамках философии и основ физики, имевших место до 1905 года, а из уважения к исторической традиции используется термин «эфир». Это необходимо для того, чтобы разобравшись в проблеме дать возможность науке вернуться в русло классической физики, либо, в случае фиаско при независимых повторениях экспериментов, окончательно «похоронить» воззрения предшественников и современников на эфир, и этим утвердить мировоззренческие позиции современной науки.
В представленной работе эфиру не приписывались какие-либо экзотические свойства кроме тех, которые были предложены Х.Гюйгенсом и Г.Лоренцем.
Физические явления и эффекты, лежащие в основе работы
Инерция. Свойство вещественных тел сопротивляться изменению скоростного режима, т.е. реагировать на ускорение, названо инерцией. Наличие инерции означает, что в период действия силы, приводящей к изменению скорости тела, как системы, должны наблюдаться не только механическая реакция на ускорение, но и происходить изменения в области волновых явлений [1, 5]. Частично это подтверждается экспериментом Саньяка-Гарреса, показывающим, что волновые процессы реагируют на ускорение [2].
|
|
|
Эффект Доплера. Эффект Доплера невозможен без носителя волн (волновой среды). Эффект имеет место как в акустике, так и в электродинамике, и в обоих случаях описывается одними и теми же уравнениями.
Волновая природа вещества. Наличие волновых связей между элементами конденсированных тел означает, что эффект Доплера имеет место и на межатомном уровне организации материи, а в случае изменения скорости этих тел он проявляет себя, например, в виде инерции. В этом смысле эффект Доплера является первопричиной инертности тел.
Основные исходные положения
Расчёты и исследования проводились в рамках нижеследующих представлений:
- наличие волновой среды (переносчика волновых возмущений), являющейся всепроникающей и неподвижной;
- перемещение любых вещественных систем осуществляется в волновой среде и относительно неё без возможности увлечения среды движущейся системой;
- скорость волн всегда постоянна в волновой среде и относительно неё;
- в движущейся системе скорость волн складывается со скоростью системы.
|
|
|
Постановка задачи и решение
Определение направления движения системы в эфире, а также её абсолютной скорости, относится к числу проблемных задач. Решение этой задачи является целью настоящей работы. Для достижения цели требуется решение промежуточных задач:
1) нахождение режима движения системы[1], при котором эффект Доплера проявляет себя; 2) выявление зависимости между мгновенной скоростью системы и эффектом Доплера; 3) разработка способов регистрации эффекта Доплера для выше обозначенных условий.
Для понимания, каким образом формируется эффект Доплера в системе, движущейся прямолинейно с ускорением, рассмотрен акустический аналог ситуации. Пусть имеется подвижная платформа, где на фиксированном расстоянии установлены источник волн и приёмник (рис.1). Требуется ответить на вопросы:
- Если скорость платформы равна нолю (V=0), то какой будет волновая картина в промежутке между источником и приёмником?
- Если платформа движется равномерно и прямолинейно (V>0), то как меняется волновая картина между источником и приёмником?
- Как выглядят волны в период изменении скорости платформы от V=0 до V>0?
4. Будет ли в системе иметь место сдвиг частоты принимаемого сигнала, если она движется с ускорением, а излученный сигнал отразится от приёмника/зеркала и вернётся к источнику[2]?
Условные обозначения:
V – скорость системы в волновой среде
V0 – начальная скорость системы
а – ускорение
t – время
с – скорость распространения волн
f0 – частота источника О ( 
)
λ – длина бегущей волны
1. Если скорость платформы равна нолю (V=0), то волна к приёмнику придёт с той же частотой, с которой была излучена (рис.1).
Рис.1 На подвижной платформе установлены: источник О, частота которого неизменна ( ), и приёмник М
(1.1)
2. При скорости платформы V>0 длина волны становится иной
Рис.2 Платформа движется с постоянной скоростью
Если скорость платформы больше ноля (V>0), то
(1.2)
Частота, с которой волна придёт к приёмнику М, не изменится
(1.3)
3. Между режимом отсутствия скорости ( 
) и режимом движения ( 
) имеет место третий режим – изменение скорости, т.е. платформа движется с ускорением (рис.3). Это значит, что волна, излученная при одной скорости, достигнет приёмника через промежуток времени, за который скорость платформы станет иной, в нашем случае – больше. Изменение скорости отразится на частоте приёма волны. В системе появляется эффект Доплера. Рассмотрим этот вариант подробнее.
Рис.3 Платформа движется с постоянным ускорением
Пусть скорость платформы меняется по правилу V=at. В момент начала движения (V=0) источник О стал излучать волны в направлении приёмника М. Длина первой волны была
(1.4)
За время t движения волны λ1 от О к М платформа переместилась на некоторое расстояние и её скорость стала V=at. Это значит, что волна λ1 придёт к удаляющемуся приёмнику М со скоростью (по отношению к приёмнику) 
, поэтому частота приёма волны λ1 в М будет:
(1.5)
где: fМ – частота волны λ1, изменившаяся (эффект Доплера) в результате увеличения скорости приёмника М.
Учитывая 1.4 получим
(1.6)
Очевидно, что
, а 
,
поэтому эффект Доплера налицо.
Для детального расчёта эффекта Доплера обратимся к рис.4.
4. Для расчёта эффекта Доплера и радар-эффекта необходимо знать скорость V0 источника О в момент излучения сигнала, скорость приёмника М в момент приёма/отражения этого сигнала (VМ1) и скорость источника О в момент прихода к нему отражённого сигнала (VО2).
Рис.4 Схема для расчёта эффекта Доплера и радар-эффекта
Пусть сигнал движется от О к М и за время t1 проходит путь ct1. За это время приёмник М смещается на Δ1:
где:
t1 – время движения сигнала от О до М1
ct1 – путь волны от источника до приёмника
Решение этого уравнения позволяет найти скорость VМ1, необходимую для определения частоты fM1 сигнала, излученного в О и достигшего приёмника М1:
(1.7)
(1.71)
где V0 и VМ1 – мгновенные скорости системы в момент излучения сигнала источником и его прихода к приёмнику соответственно.
Из 1.7 и 1.71 видно, что при движении платформы с ускорением появляется эффект Доплера, который можно измерить. Из расчётов следует, что по мере изменения скорости частота сигнала, приходящего к приёмнику М1, также будет изменяться.
Если сигнал отразится от М1 и вернётся обратно к источнику О, сместившемуся за время t2 в положение О2, то частота вернувшегося сигнала опять изменится. Причина – система движется с ускорением и в момент прихода сигнала её скорость становится равной VO2.
(1.8)
(1.9)
где:
– частота источника ( )
– скорость источника О в момент излучения сигнала
– частота принятого/отражённого сигнала
– скорость приёмника М в момент приёма/отражения сигнала
– частота вернувшегося сигнала
– скорость источника О в момент прихода к нему отражённого сигнала
Радар-эффект меньше эффекта Доплера, т.к. частично компенсируется ускорением системы, но частота волны, вернувшейся к источнику О, всё равно будет отличаться от ранее излученной этим источником.
Из формулы 1.8 видно, что если скорость платформы постоянна ( 
), то
. Тогда 
,
т.е. эффект Доплера и радар-эффект отсутствуют.
Если платформа движется с ускорением 
, то
,
что приводит к разнице частот между опорным f0 и принимаемым fO2 сигналами:
(эффект Доплера)
(радар-эффект)
В 1.71 и 1.9 присутствует только начальная скорость V0. Причина в том, что в системе расстояние между источником и приёмником/отражателем неизменно, а потому алгебраические операции позволили избавиться от промежуточных скоростных параметров и показать чёткую зависимость эффектов от V0.
Формулы 1.8 и 1.9 универсальны и применимы для оценки радар-эффекта как в акустике, так и в оптике. Но в оптике ситуация усложнена относительной малостью эффекта, что иллюстрируется расчётами, сведёнными в таблицу 1.
Важным является то, что радар-эффект и эффект Доплера зависят не только от ускорения системы, которое может быть постоянным, но и от мгновенной скорости V0=at. Например, в акустике для V0=0м/с радар-эффект ΔfR=0,0032Гц, а для V0=30м/с его значение на два порядка больше и равно ΔfR=0,3358Гц. Иными словами, чем выше начальная скорость, тем больше величина радар-эффекта. Именно эта зависимость позволяет судить о так называемой абсолютной скорости. Это относится и к движению системы в эфире. Рассмотрим ситуацию подробно.
Таблица 1. Эффект Доплера 
и радар-эффект 
| Акустика | Оптика |
Дано:
а = 9,8 м/с2
l = 10 м
с = 330 м/с
 0 м/с
Решение:
( 0 м/с) 
(V0=30 м/с) ΔfR = 0,335787Hz
| Дано:
а = 9,8 м/с2
l = 10 м
с = 300000000 м/с
0 м/с
Решение:
( 0км/с) 
(V0=30км/с) ΔfR = 2,46·10–4Hz
|
Методика измерения абсолютной скорости в неподвижной волновой среде
Для понимания того, как определять абсолютную скорость системы, необходимо в 1.71 и 1.9 рассмотреть зависимости ΔfD и ΔfR от начальной скорости V0. Очевидно, что при V0>0 значения этих параметров будут, по абсолютной величине, отличаться в большую сторону от случая, когда V0=0. Чем выше начальная скорость V0, тем больше разность частот как в случае эффекта Доплера (1.71), так и в случае радар-эффекта (1.9). Сравнивая полученные в эксперименте значения с аналогичными расчётными значениями для V0=0 и можно вычислить абсолютную скорость системы в любой волновой среде.
Самый простой способ определить абсолютную скорость системы, это в эксперименте измерить величину радар-эффекта и по графику (рис.5) найти соответствующую ему скорость. Эта скорость и будет абсолютной. Например, если измеренный в акустике (для условий из таблицы 1) радар-эффект равен 2Гц, то согласно расчётам и из графика на рис.5 видно, что мгновенная/абсолютная скорость системы равна 131м/с. При радар-эффекте в 0,78Гц абсолютная скорость будет 66м/с, т.е. почти в два раза меньше. Заметим, что при V0=0 значение радар-эффекта равно всего лишь 0,0032Гц.
В оптике радар-эффект на много порядков меньше, чем в акустике, а потому возникает проблема его измерения. Один из способов – фазовая интерферометрия. Пригодными могут быть интерферометры гомодинного и гетеродинного типов, а также классический интерферометр Майкельсона с удлинёнными плечами. Также есть способы и в микроэлектронике, т.к. движение с ускорением оказывает влияние на все без исключения электродинамические процессы. Один из таких эффектов был обнаружен при проведении эксперимента с интерферометром гомодинного типа.
Рис.5 Акустика. Зависимость эффекта Доплера (верхний график) и радар-эффекта (нижний график) от ускорения и абсолютной скорости системы (а = 9,8 м/с2; l = 10 м; с = 330 м/с; f0 = 1000Hz)
Эксперименты и результаты
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 591; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!