ГРУППОВАЯ СКОРОСТЬ

ГРУППОВАЯ СКОРОСТЬ волн,
скорость движения группы или цуга (вереницы) волн, к-рая при отсутствии
поглощения в среде совпадает со скоростью перемещения энергии этой группы
волн. Пример группы волн - сигнал, изображённый на рис. 1. Группа волн
не является периодич. волной (т. е. в точности повторяющейся через определённые
промежутки времени) , а состоит из набора гармонических волн, частоты
к-рых лежат в нек-ром интервале, тем более узком, чем более плавную форму
имеет огибающая группы волн.

Рис. 1. Группа волн.

Если среда не обладает дисперсией,
то
все гармонич. волны, входящие в группу, распространяются с одной и той
же фазовой скоростью. С той же скоростью распространяется и огибающая
группы; в этом случае Г. с. совпадает с фазовой.

При наличии дисперсии гармонич. волны
различных частот, образующие группу, распространяются с разными фазовыми
скоростями. Вследствие этого при распространении изменяются соотношения
между фазами разных гармонич. волн и происходит искажение формы огибающей.
Однако если фазовые скорости группы волн отличаются друг от друга мало
(сигнал с узким спектром), то форма огибающей сохраняется при распространении
и влияние дисперсии сказывается лишь на том, что скорость движения огибающей
группы, т. е. Г. с., отличается от фазовой скорости.

На рис. 2 представлены три последовательных
мгновенных снимка сигнала с узким спектром, распространяющегося в среде
с дисперсией. Наклон пунктирных прямых, соединяющих точки одинаковой фазы
(максимумы), характеризует фазовую скорость; наклон прямых, соединяющих
соответствующие точки огибающей (начала и концы сигнала), характеризует
Г. с. сигнала. Если при распространении сигнала максимумы и минимумы движутся
быстрее, чем огибающая, то это означает, что фазовая скорость данной группы
волн превышает её Г. с. (рис. 2,а).

Рис. 2. Последовательные моментальные
снимки группы волн в моменты времени t- в случае нормальной дисперсии, б - в случае аномальной дисперсии.

При распространении сигнала в его хвостовой
части возникают всё новые максимумы, к-рые постепенно перемещаются вперёд
вдоль сигнала, достигают его головной части и там исчезают. Такое
положение имеет место в случае т. н. нормальной дисперсии, т.е. в средах,
где фазовая скорость увеличивается с ростом частоты гармонич. волны. Примеры
сред с нормальной дисперсией: вещества, прозрачные для оптич. волн, волноводы
и
др. Однако в ряде случаев наблюдается аномальная дисперсия среды; в этих
случаях Г. с. сигнала превышает его фазовую скорость (рис. 2, 6).
Максимумы и минимумы появляются в передней части группы, перемещаются назад
и исчезают в хвосте сигнала. Аномальная дисперсия характерна для волн на
поверхности воды, света в поглощающих средах.

Понятие Г. с. играет большую роль в
ряде областей физики, т. к. всякая реальная гармонич. волна, как
электромагнитная, так и упругая, в действительности представляет собой
группу волн с близкими частотами. Поэтому все методы измерения скорости
света в веществе, связанные с учётом запаздывания света, дают именно Г.
с. В широко применяемом для исследования ионосферы методе зондирования
радиоимпульсами времена запаздывания отражённых от ионосферы сигналов также
определяются Г. с. радиоволн. В квантовой механике Г. с. ф волн
(см. Волновой пакет) оказывается равной скорости материальной частицы,
с к-рой связаны эти волны.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания
и волны, 2 изд., М., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Общийкурс
физики, т. 3); Блохинцев Д. И., Основы квантовой механики, 4 изд., М.,
1963.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я