Номер 6.100, страница 144 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Радиолокация - номер 6.100, страница 144.

Условие.

6.100. Почему для радиолокации используют электромагнитные волны с малой длиной волны (ультракороткие волны)?

Решение.

Решение

Для радиолокации используют электромагнитные волны с малой длиной волны (ультракороткие волны, относящиеся к УВЧ и СВЧ диапазонам) по нескольким ключевым причинам, связанным с физикой распространения и взаимодействия волн с объектами.

Во-первых, короткие волны позволяют создавать узконаправленные лучи излучения с помощью антенн приемлемых размеров. Угловое разрешение антенны, то есть узость формируемого ею луча, определяется соотношением $\theta \approx \lambda/D$, где $\lambda$ — длина волны, а $\text{D}$ — размер антенны. Чем меньше длина волны $\lambda$, тем уже получается луч при том же размере антенны. Узкий луч необходим для точного определения угловых координат (азимута и угла места) цели, а также для концентрации энергии в нужном направлении, что увеличивает дальность действия радара.

Во-вторых, характер взаимодействия волны с объектом зависит от соотношения их размеров. Чтобы волна эффективно отразилась от цели, ее длина должна быть сопоставима с размерами цели или, что еще лучше, быть меньше их. Если длина волны значительно больше размеров объекта, волна будет его огибать (явление дифракции), и отраженный сигнал будет очень слабым. Ультракороткие волны (длиной от долей метра до сантиметров) хорошо отражаются от таких объектов, как самолеты, корабли и ракеты, делая их "видимыми" для радара.

В-третьих, ультракороткие волны распространяются практически прямолинейно, подобно свету, и не отражаются от ионосферы Земли. Это свойство критически важно, так как оно обеспечивает стабильную и предсказуемую траекторию распространения сигнала, что необходимо для точного измерения расстояния до цели. Более длинные волны (короткие, средние) отражаются от ионосферы, что делает их непригодными для большинства задач радиолокации.

Наконец, использование высоких частот, соответствующих коротким волнам ($f=c/\lambda$), позволяет формировать очень короткие по длительности зондирующие импульсы. Это, в свою очередь, обеспечивает высокую разрешающую способность радара по дальности, то есть его способность различать два близко расположенных друг к другу объекта.

Ответ: Электромагнитные волны с малой длиной волны используют для радиолокации, так как они позволяют создавать узконаправленные лучи для точного определения направления, хорошо отражаются от целей размером с самолет (а не огибают их), распространяются прямолинейно (не отражаясь от ионосферы), что обеспечивает точность измерения расстояния, и позволяют достичь высокой разрешающей способности.