URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Добролюбов А.И. Бегущие волны деформации
Id: 15312
 
224 руб.

Бегущие волны деформации. Изд.2

URSS. 2003. 144 с. Мягкая обложка. ISBN 5-354-00434-9.

 Аннотация

В книге рассказывается об одном из наиболее распространенных видов механического движения --- бегущих волнах деформации в твердых телах, жидкостях и газах. Показано, что бегущие волны таят в себе ряд замечательных свойств, позволяющих им выполнять важные функции в технических устройствах, в живой и неживой природе.

Рассчитана на широкий круг читателей.


 Содержание

Предисловие
Введение
1. О физических телах: движение, деформация, массоперенос
2. Волны объемной плотности
3. Волны на гибкой нити
4. Универсальная модель волны деформации -- волна линейной плотности
5. Волновые механизмы и машины
6. Бегущие волны деформации и живые организмы
7. Движения земной коры. Волновая природа "машины землетрясений"
8. Бегущие приливные волны как генератор океанских течений и движений атмосферы
9. Бегущие волны деформации на планетах Солнечной системы

 Предисловие

Волны -- это широко распространенное и, казалось бы, довольно хорошо изученное явление. Еще из школьного курса физики мы знаем о том, что они представляют собой периодическое колебание частиц, не связанное с переносом вещества. Такое определение дается во всех современных учебниках и справочниках. Этот взгляд на волну настолько глубоко укоренился в нашем сознании, что воспринимается как аксиома. Автор опроверг данное представление о волне. Он показал, и в этом главное достоинство настоящей книги, что бегущие волны деформации способны переносить массу и что механизм ее волнового переноса природа использует в самых разнообразных случаях как в живых организмах, так и в неживой среде. В этом мы убеждаемся на многочисленных примерах, приведенных автором.

В книге А.И.Добролюбов впервые с общефизических позиций анализирует разнородные по своей природе механические макроволновые явления -- бегущие волны на гибких нитях, на деформируемых твердых телах, жидкостях и газах -- и показывает важнейшую способность волн, бегущих какое-то время в одну сторону, переносить массу той среды, в которой они распространяются. Выводы автора о транспортирующих свойствах бегущих волн являются оригинальными. Новизна многих описанных в ней волновых технических устройств и механизмов подтверждена свидетельствами об изобретениях, полученными А.И.Добролюбовым.

Автор на простых примерах волнового движения (бегущая волновая деформация гибкой нити, садовой гусеницы, дождевого червя и так далее) с помощью доступных и ясных лабораторных экспериментов показывает специфику волнового переноса массы -- дискретно-волновой (импульсный) характер переноса, заключающийся в осуществлении цепного процесса небольших разновременных подвижек частиц среды, несущей волны, затем умело подводит читателя к понятию единой универсальной модели волн -- волнам линейной плотности. Эта модель позволяет далее автору подойти с единых позиций к анализу волновых явлений разнородной физической природы -- волнам на гибких нитях, гибких и упругих звеньях волновых механизмов и машин, волновым способом передвижения живых существ, перистальтическим и приливным волнам, приливным волнам глобального масштаба. Автор рассказывает об удивительном и весьма примечательном транспортирующем действии бегущих волн, которое, оказывается, уже широко используется в живой и неживой природе и может быть применено во многих технических устройствах.

Из книги мы узнаем, что передвижения живых существ, таких, как гусеницы, черви, змеи, осуществляются волновым способом, а двигательный аппарат пищеварительного тракта человека и животных работает на основе использования все той же бегущей волны, создающей перистальтическое движение. Приливные бегущие волны деформации возникают под действием притяжения Луны и Солнца в результате вращения Земли в ее твердой коре и мантии, в океанских водах и даже в атмосфере. Такие явления есть на некоторых других планетах, но Земля в этом плане уникальна. Выводы о массопереносящих свойствах приливных волн позволили автору выдвинуть важные гипотезы о механизме глобальных тектонических движений земной коры, периодичности землетрясений, преимущественно западном переносе океанских вод, суперротации атмосферы Земли и планет. Во многих технических устройствах бегущая волна выполняет роль преобразователя непрерывных движений в дискретные. Убедительно показано, что обнаруженные свойства бегущих волн сближают такие разнородные дисциплины, как теория механизмов и машин, биомеханика, науки о Земле.

Для описания сложных и разномасштабных явлений автор использует все средства изложения материала: различные аналогии, математические соотношения, рисунки, демонстрационные приборы. Книга, без сомнения, будет пользоваться большой популярностью у читателей и специалистов, интересующихся физикой, механикой, науками о Земле. Книгу по праву можно было бы назвать "Новый взгляд на волны".

Р.Г.Гарецкий, академик АН БССР

 Из введения

В этой книге речь пойдет о волнах на твердых деформируемых телах и жидкостях. Среди них есть видимые невооруженным глазом волны, представляющие собой легко наблюдаемое, но до конца не изученное явление (по целому ряду вопросов, связанных с процессами зарождения, движения и взаимодействия волн на поверхности жидкости, нет единого мнения ученых), а также волны на деформируемых твердых телах, являющиеся привычными для нашего глаза. Они проходят по телу ползущей садовой гусеницы или дождевого червя. Таковыми являются и бегущие поперечные волны на гибком натянутом шнуре, волнообразные движения тела плывущей рыбы и полотнища флага на ветру. (Как ни популярно понятие "волна", строгое его определение затруднено (смотрите: Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М., 1980. С.8).)

Кроме упомянутых широко распространенных волн, которые волей-неволей видит каждый человек, объектом нашего рассмотрения станут волны, также доступные наблюдателю, но в силу специфики условий их существования являющиеся редкими явлениями. Таковы, например, цунами -- гигантские волны в океане, вызванные землетрясениями; солитоны -- бегущие одиночные волны на поверхности жидкости, имеющие гребень, но не имеющие впадин; перистальтические волны на эластичных трубопроводах, которые являются важнейшим аппаратом пищеварительной системы животных и человека; волновые деформации на гибких и упругих звеньях механизмов и машин. Заметим, что последние очень схожи с волнами на гибких нитях, телах гусеницы и дождевого червя. Волны на гибких и упругих звеньях механизмов и машин являются не только объектом наблюдений и анализа, но и объектом синтеза (проектирования): инженер-конструктор изображает эти волны на чертежах машин и приборов, определяет и рассчитывает их форму, геометрические размеры, скорость движения. Эти волны "запряжены в работу", они определяют свойства и параметры машин и устройств. Таким волнам и созданным на их основе механизмам и устройствам мы также уделим внимание.

Будут рассмотрены, кроме того, волны деформации, которые почти не отличаются по своей физической сущности и закономерностям движения от вышеупомянутых "общедоступных" волн деформации, но тем не менее трудно наблюдаемы в силу своих больших размеров. К ним относятся, например, приливные волны, существующие, как известно, на поверхности Мирового океана и в твердой земной коре. Они недоступны прямому наблюдению человеком вследствие своего глобального характера. Есть основания полагать, что их поведение сходно с поведением геометрически и физически подобных им волн значительно меньших размеров.

Все волны, о которых пойдет речь, могут существовать благодаря способности физических тел деформироваться, откуда и пошло название "волны деформации, или деформационные ". Деформирование -- фундаментальный вид движения материи, широко распространенный в объектах живой и неживой природы.

Способность твердых тел деформироваться с позиций механики и инженерной практики можно оценить двояко: как нежелательное явление, снижающее прочность и жесткость конструкций, узлов и деталей машин ("сопроматный " подход к деформации), и как полезное свойство, обеспечивающее гибкость и эластичность деформируемых тел, способность их приспосабливаться к окружающим условиям, возможность создавать качественно новые механизмы (так называемый кинематический, или геометрический, подход к деформации, который нами используется в дальнейшем). Без способности к деформированию своих тел были бы невозможны жизнь растений и животных, перемещение живых существ по суше, в воде и воздухе. Деформационные движения в неживой природе, на поверхности и в глубинах земли являются первопричиной многих разрушительных и созидательных процессов, преобразующих внешний облик и внутреннее строение нашей планеты. Многие важные деформационные процессы сегодня еще не стали объектом систематического научного исследования.

Слово "деформация" обычно применяют, говоря о твердых деформируемых телах. Однако при решении ряда задач жидкость можно также рассматривать как "легко деформируемое физическое тело" неизменного объема, граничные поверхности (контуры) которого определяются поверхностями сосуда (водоема, трубопровода), вмещающего жидкость, и формой свободной поверхности жидкости, если последняя существует на рассматриваемой части жидкости. Деформация такого "жидкого тела" -- это изменения во времени формы и размеров его граничных поверхностей, то есть стенок сосуда или свободной поверхности жидкости (к указанным телам вместо термина "деформируемое тело" применяют иногда термин "изменяемое тело"). Деформационные движения граничных поверхностей жидкого тела, конечно, связаны с движениями внутренних его областей. Их можно назвать деформационными движениями жидкости. Многие законы деформации твердых тел можно перенести и на указанные движения жидкости, в частности можно применить единый подход к задаче о волновом движении, когда даны форма и размеры (геометрия) бегущей волны деформации твердого или жидкого тела, а требуется найти характеристики движения его частиц. Волны на поверхности жидкости, на поверхности раздела двух разнородных жидкостей и движения жидкости, обусловленные волнообразной деформацией стенок сосуда, содержащего жидкость (перистальтические), следует также отнести к волнам деформации.

Волны деформации как вид деформационных движений твердых и жидких тел занимают особое место прежде всего из-за широкой их распространенности и доступности наблюдению и в то же время значительной сложности механизма движений и сопутствующих явлений.

Первое и важнейшее свойство волн заключается в их способности распространяться, то есть перемещаться в пространстве. Бегущая волна деформации может перемещаться под действием внешней "ведущей" силы (генератора волн). Скорость ее движения определяется скоростью генератора. Данная волна является "ведомой" по отношению к "ведущему" генератору и называется вынужденной. Кроме вынужденных бегущих существуют свободные волны, которые "движутся сами по себе" без помощи внешних ведущих сил. Скорость движения таких волн определяется их геометрическими параметрами и физическими свойствами среды, в которой они распространяются. Несмотря на внешнюю геометрическую схожесть многих вынужденных и свободных волн, они глубоко различны по своему происхождению, условиям существования, динамике. Примерами вынужденных бегущих волн деформации могут служить волны на теле ползущего дождевого червя, гусеницы, перистальтические волны в пищеварительном тракте человека и животных, волны на гибких элементах волновых механизмов, приливные волны, возникающие на поверхности океанов под действием сил притяжения Луны и Солнца. Примерами свободных волн деформации являются волны на поверхности жидкости, возникшие под действием брошенного в воду камня, звуковые, сейсмические волны, волны цунами, поперечные волны на упругом натянутом шнуре, один конец которого совершает вертикальные колебания.

Прямого и однозначного ответа на вопрос: "Почему волна движется?" -- не существует. Движение волны -- это сложный механический процесс, которому можно давать различные физические толкования. Нельзя, например, объяснить движение свободной волны, привлекая первый закон Ньютона ("Всякое тело движется прямолинейно и равномерно..."), хотя бы потому, что волна -- это не тело, хотя она часто воспринимается и рассматривается нами как тело, что выражается, например, в частом применении по отношению к волне таких слов, как "движется ", "бежит", "катится", "бьет", "разбивается" и так далее. Физическим телом, как известно, называют совокупность (объединение) частиц вещества, обладающую определенной геометрической формой (очертанием). Волна обладает этими признаками: она состоит из частиц вещества и обладает формой. Однако в отличие от частиц движущегося физического тела множество частиц, образующих волну, в процессе ее перемещения не остается неизменным, а непрерывно обновляется заменой (замещением) одних частиц другими. Бегущая волна является в каком-то смысле "телом переменного состава ", состоящим из постоянного по числу, но переменного по составу множества частиц.


 Об авторе

Анатолий Иванович Добролюбов

Доктор технических наук, профессор. Автор исследований в таких областях науки как теоретическая и прикладная механика, теория механизмов и машин, биомеханика, геофизика, лингвистика, результаты которых изложены в 12 монографиях и более чем 150 научных статьях, изданных на русском и английском языках. Автор свыше 40 изобретений в области механики, теории механизмов и машин, биомеханики, геофизики.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце