Биения - периодические изменения во времени амплитуды колебания, возникающего при сложении двух гармонических
колебаний с близкими частотами. Б. появляются вследствие того, что величина
разности фаз между двумя колебаниями с разл. частотами всё время изменяется
так, что оба колебания оказываются в какой-то момент времени в фазе, через нек-рое
время в противофазе, затем снова в фазе и т. д. Соответственно амплитуда результирующего
колебания периодически достигает то максимума, равного сумме амплитуд складываемых
колебаний, то минимума, равного разности этих амплитуд (рис.). Напр., Б. возникают
при звучании двух камертонов с близкими частотами - звук поочерёдно усиливается
и ослабевает, при сложении нормальных колебаний с близкими частотами
в связанных линейных осцилляторах.
Биения, возникающие в результате
сложения двух гармонических колебаний с одинаковыми амплитудами и близкими частотами.
При сложении двух бегущих в одном направлении волн с близкими частотами и волновыми числами Б. возникают
не только во времени, но и в пространстве. Складывая, напр., волны с равными
амплитудами
получаем результирующую волну
с частотой
и волновым числом ,
к-рые близки к частоте и волновому числу любой из компонент. Амплитуда волны
модулирована в пространстве и времени медленно меняющейся огибающей с частотой
и волновым числом.
Частота биений равна разности частот складываемых компонент .
При сложении двух волн
с равными частотами и разными, но близкими по направлению волновыми векторами
биения возникают только в пространстве в результате интерференции волн (т. н. муар).
Именно такую структуру имеют волны в френелевской зоне излучателей, а также
волны в разл. волноводных системах.
Колебания в виде суперпозиции
колебаний (или волн) с близкими частотами могут возникать в нелинейных системах.
Так, если на нелинейное устройство, напр. квадратичный детектор, подать сумму
двух колебаний, получим:
Последнее слагаемое - колебание
с разностной частотой
- наз. разностным тоном или тоном Б. Режимом Б. наз. также режим модуляции результирующего
колебания разностной частоты, возникающий при действии на нелинейный осциллятор
внеш. колебания с близкой частотой.
Измерение тона биений лежит
в основе точных измерений малых разностей двух близких частот, в частности сравнения
нек-рой измеряемой частоты с эталонной.
Литература по биениям
Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., M. 1959;
Стрелков С. П., Введение в теорию колебаний 2 изд., M., 1964;
Бишоп Р., Колебания, пер. с англ., 3 изд. M., 1986,
Пейн Г., Физика колебаний и волн, пер. с англ M., 1979.
Знаете ли Вы, что такое "усталость света"? Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г. На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях. Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.