Дещо ще про групову швидкість хвиль.
Показана можливість проходження звуку в середовищі зі швидкістю, на п'ять порядків перевищує звичайну і істотно перевищує швидкість світла у вакуумі.
Співробітник університету Міссісіпі Джоель Моблі (Joel Mobley) показав, що звукові хвилі у воді можуть рухатися зі швидкістю, що істотно перевищує не просто швидкість світла в цьому середовищі, а й швидкість світла у вакуумі. Для цього в воду необхідно додати велику кількість пластикових кульок-бусинок.
Згідно з поточними фізичним уявленням, поширення звукових хвиль в дисперсному середовищі описується двома швидкостями - груповий і фазової. Остання з них у воді становить близько 1,5 км / с.
Як повідомляє PhysicsWeb, д-р Моблі показав, що групова швидкість високочастотного ультразвукового імпульсу може бути збільшена відразу на п'ять порядків, якщо направляти її крізь камеру, яка містить 8 мл води і 400 тис. Пластикових мікросфер в ній. Зростання швидкості на п'ять порядків означає, що групова швидкість може перевищити швидкість світла у вакуумі. Сфери діаметром близько 0,1 мм займуть близько 5% обсягу наповненою водою камери.

Групова швидкість хвиль, швидкість руху групи або цуга (вервечки) хвиль, яка за відсутності поглинання в середовищі збігається зі швидкістю переміщення енергії цієї групи хвиль. Приклад групи хвиль - сигнал, зображений на рис. 1. Група хвиль не є періодичною хвилею (т. Е. В точності повторюється через певні проміжки часу), а складається з набору гармонійних хвиль, частоти яких лежать в деякому інтервалі, тим більше вузькому, ніж більш плавну форму має огинає групи хвиль.

рис.1.
Якщо середовище не володіє дисперсією , То все гармонійні хвилі, що входять до групи, поширюються з однієї і тієї ж фазовою швидкістю. З тією ж швидкістю поширюється і огинає групи; в цьому випадку Г. с. збігається з фазовою.
При наявності дисперсії гармонійної хвилі різних частот, що утворюють групу, поширюються з різними фазовими швидкостями. Внаслідок цього при поширенні змінюються співвідношення між фазами різних гармонійних хвиль і відбувається спотворення форми обвідної. Однак якщо фазові швидкості групи хвиль відрізняються один від одного мало (сигнал з вузьким спектром), то форма огинає зберігається при поширенні і вплив дисперсії позначається лише на те, що швидкість руху огинаючої групи, тобто Г. с., Відрізняється від фазової швидкості.

Розглянуто фізичний зміст понять фазова швидкість, групова швидкість і швидкість переносу енергії. Показано наступне.
Фазова швидкість є швидкість переміщення силовий характеристики поля (наприклад, напруженості електричного поля).
Групова швидкість є швидкість переміщення інтерференційної картини, утвореної групою хвиль різних частот, що поширюються в одному напрямку. Групова швидкість не має ніякого відношення до переносу енергії цими хвилями.
Швидкість перенесення енергії монохроматичної хвилею завжди збігається за напрямком з фазової швидкістю. У однорідної безмежному середовищі вона завжди дорівнює за величиною фазовоїшвидкості. Показано, що при наявності граничних умов (наприклад, в діелектричному або металевому волноводах, в уповільнюють структурах і т.д.) швидкість перенесення енергії має просту зв'язок з фазовою швидкістю, але ніколи не може перевищувати швидкість світла.
Повна версія статті в форматі PDF (179 кбайт).
Джерело.

вкладення: 3646648_fs.pdf