Номер 7, страница 69 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

7. На каких свойствах радиоволн основан принцип работы радиолокатора? Где и для каких целей используется радиолокация?

На каких свойствах радиоволн основан принцип работы радиолокатора?
Принцип работы радиолокатора (от английского RAdio Detection And Ranging — радиообнаружение и определение дальности) основан на нескольких фундаментальных свойствах радиоволн, которые являются разновидностью электромагнитных волн.
1. Отражение радиоволн. Радиоволны способны отражаться от различных объектов, особенно от тех, которые обладают хорошей электропроводностью (например, металлические корпуса самолетов и кораблей) или чьи диэлектрические свойства значительно отличаются от свойств среды распространения (воздуха). Интенсивность отраженного сигнала зависит от размера, формы и материала объекта. Это свойство позволяет в принципе обнаружить наличие объекта.
2. Постоянство скорости распространения. В вакууме и, с высокой точностью, в атмосфере радиоволны распространяются с постоянной и известной скоростью — скоростью света ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Зная время задержки ($\Delta t$) между моментом излучения сигнала и моментом приема его отраженной копии (эхо-сигнала), можно определить расстояние ($S$) до объекта. Поскольку сигнал проходит путь до объекта и обратно, расстояние вычисляется по формуле: $S = \frac{c \cdot \Delta t}{2}$.
3. Прямолинейность распространения. Радиоволны, особенно в сантиметровом и миллиметровом диапазонах, которые чаще всего используются в радиолокации, распространяются практически по прямой линии. Это свойство позволяет определить направление на объект (его азимут и угол места) по направлению, в котором была ориентирована антенна радиолокатора в момент приема эхо-сигнала.
4. Эффект Доплера. Если объект движется относительно радиолокатора, то частота отраженного сигнала изменяется. Она увеличивается, если объект приближается, и уменьшается, если удаляется. Это явление называется эффектом Доплера. Измеряя изменение частоты, можно определить радиальную скорость объекта — составляющую его скорости, направленную вдоль линии, соединяющей локатор и объект.
Таким образом, совокупность этих свойств позволяет не только обнаруживать объекты, но и определять их координаты (дальность, азимут, угол места), а также скорость и направление движения.

Ответ: Принцип работы радиолокатора основан на свойствах радиоволн отражаться от объектов, распространяться прямолинейно с постоянной скоростью (скоростью света) и на явлении эффекта Доплера для движущихся объектов.

Где и для каких целей используется радиолокация?
Радиолокация нашла широчайшее применение в самых разных областях человеческой деятельности благодаря своей способности обнаруживать и измерять параметры объектов на больших расстояниях, независимо от времени суток и, в значительной степени, от погодных условий.
Военное дело:
• Системы противовоздушной и противоракетной обороны: для обнаружения, сопровождения и наведения на цели (самолеты, вертолеты, крылатые и баллистические ракеты, беспилотники).
• Авиация и флот: бортовые РЛС самолетов и кораблей используются для навигации, обнаружения других судов и самолетов, целеуказания для систем вооружения, картографирования местности.
• Разведка: для получения изображений земной поверхности с высоким разрешением сквозь облака и в ночное время (радиолокаторы с синтезированной апертурой).
Гражданский транспорт:
• Управление воздушным движением: диспетчерские службы аэропортов используют радары для контроля за положением самолетов в воздухе, обеспечения безопасных интервалов и управления взлетом и посадкой.
• Морская и речная навигация: для предотвращения столкновений судов, особенно в условиях плохой видимости (туман, дождь), и для навигации вблизи береговой линии.
• Автомобильный транспорт: в современных автомобилях радары используются в системах помощи водителю (адаптивный круиз-контроль, система предотвращения столкновений, мониторинг слепых зон).
Метеорология:
• Метеорологические радиолокаторы используются для обнаружения зон осадков (дождь, снег, град), определения их интенсивности, скорости и направления движения. Доплеровские метеорадары позволяют измерять скорость ветра внутри облаков, что критически важно для прогнозирования опасных явлений, таких как смерчи и ураганы.
Научные исследования:
• Астрономия и планетология: для составления карт поверхностей планет (например, Венеры, скрытой под плотным слоем облаков), астероидов, определения их формы и скорости вращения, а также для отслеживания космического мусора на орбите Земли.
• Геология и гляциология: георадары (GPR) используются для исследования подповерхностной структуры грунта, поиска полезных ископаемых и подземных вод. Радары, установленные на спутниках, позволяют измерять толщину ледников и отслеживать их движение.
Правоохранительные органы:
• Для контроля скоростного режима на дорогах с помощью портативных доплеровских измерителей скорости.

Ответ: Радиолокация используется в военной сфере (ПВО, навигация, разведка), в гражданском транспорте (управление воздушным движением, морская навигация, автомобильные системы безопасности), в метеорологии (прогнозирование погоды и штормов), в науке (астрономия, геология) и в правоохранительной деятельности (контроль скорости). Основные цели: обнаружение, определение координат, скорости и характеристик различных объектов.