Условие
12.1.34. На рисунке изображено распределение электрического поля двух бегущих сферических волн в нулевой момент времени. Изобразите распределение электрического поля в момент времени
Решение
Сначала ответим на второй вопрос задачи, так как он проще
Вычислять энергию поля буду в СГС, следуя за автором. Тогда известно, что для электромагнитной волны
Если не учитывать магнитную энергию, знаменатель будет вдвое больше, но судя по ответу, автор считает именно полную энергию. С одной стороны, это означает неточность в условии, но вообще говоря невозможна чисто электрическая бегущая волна без магнитной составляющей, поэтому такой подход имеет смысл.
Волна сферическая, поэтому
Нужно отметить, что не зря Савченко на втором графике в условии отметил 3 точки, идеально ложащиеся на гиперболу
Теперь построим графики
Сначала несколько важных моментов:
Время
соответствует сдвигу волны на , считая скоростью распостранения волны. В точке мы видим результат распостранения волны из точки "крайние" возмущения распостраняются с одинаковой скоростью, поэтому "толщина" области с ненулевым полем будет постоянной.
Полная энергия волны также постоянна, поэтому при увеличении
будет уменьшаться амплитуда. Уравнение такой волны
Причём вторую форму можно использовать не предполагая, что наши волны синусоидальные.
Если известно распределение в момент времени
Соответственно
Из этого выражения очень просто получаются нужные графики.
Сначала разберёмся с первой волной:
Опорные точки несложно расчитать самостоятельно. Мы получили растущий участок вместо прямой. На бесконечности ширина ненулевой области сохранится, форма останется приблизительно такой же.
Вторая волна:
Формула не изменится... На бесконечности ширина ненулевой области сохранится, гипербола будет все более "пологой", так как знаменатель будет расти. Ответ выглядит так:
Ответ
См. рис.