Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Арнольд В.И. -> "Теория катастроф" -> 11

Теория катастроф - Арнольд В.И.

Арнольд В.И. Теория катастроф — М.: Наука, 1990. — 128 c.
ISBN 5-02-014271-9
Скачать (прямая ссылка): teoriyakatastrof1990.pdf
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 45 >> Следующая


В случае четырех параметров к перечисленным выше особенностям границы добавляются еще две.

При увеличении числа параметров число типов особенностей границы устойчивости семейства общего положения быстро растет, однако, как доказал JI. В. Левантов-ский, оно остается конечным (с точностью до гладких замен параметров) при любом конечном числе параметров, сохраняется и принцип хрупкости.

8. КАУСТИКИ, ВОЛНОВЫЕ ФРОНТИ И ИХ МЕТАМОРФОЗЫ

Один из наиболее важных выводов теории особенностей состоит в универсальности нескольких простых образов вроде складки, сборки и точки возврата, которые должны встречаться повсеместно и которые полезно научиться распознавать. Кроме перечисленных особенностей, часто

Рис. 32. Эволю- Рис. 33. Особенно-ция волнового сти эквидистант фронта эллипса

Рис. 34. Ласточкин хвост

встречаются еще несколько образов, которые также получили собственные имена: «ласточкин хвост», «пирамида», «кошелек» и др.

Пусть в какой-либо среде распространяется некоторое возмущение (например, ударная волна, свет или эпидемия).

Для простоты начнем с плоского случая. Допустим, в начальный момент времени возмущение имелось на кривой а (рис, 32), и пусть скорость его распространения рав-

S2 на 1. Чтобы узнать, где будет возмущение через время t, нужно отложить по каждой нормали к кривой отрезок длины t. Получающаяся кривая называется волновым фронтом.

Даже если начальный волновой фронт не имел особенностей, через некоторое время особенности начнут возникать. Например, при распространении возмущения внутрь эллипса, возникают особенности, изображенные на рис. 33. Эти особенности устойчивы (неустранимы малым шевелением начального фронта). Для гладкого начального фронта общего положения с течением времени будут образовываться лишь стандартные особенности такого же типа.

Все иные особенности (например, особенность в центре сжимающейся окружности) при малом шевелении начального фронта рассыпаются на несколько особенностей стандартного вида.

В трехмерном пространстве на гладком волновом фронте общего положения с течением времени возникают лишь ребра возврата и стандартные особенности типа «ласточкин, хвост», изображенные на рис. 34 (попытайтесь разобраться в особенностях фронта, распространяющегося внутрь трехосного эллипсоида).

Все более сложные особенности при малом шевелении фронта рассыпаются на соединенные ребрами возврата и линиями самопересечения ласточкины хвосты.

Ласточкин хвост можно определить как множество всех точек (а, Ь, с), таких, что многочлен г* + ахг + Ъх + с имеет кратный корень. У этой поверхности есть ребро

Рис. 35. Типичная перестройка волнового фронта на плоскости

возврата (В на рис. 34) и линия самопересечения (С на рис. 34).

Ласточкин хвост можно получить из пространственной кривой А — t2, В — t9y С — ґ1: он образован всеми ее касательными.

Рассмотрим пересечения ласточкиного хвоста параллельными плоскостями общего положения (см. рис, 35), Эти пересечения являются плоскими кривыми. При поступательном движении плоскости указанные кривые пе-2 В, И, Арнольд 33 рестраиваются в момент, когда плоскость проходит черев вершину хвоста. Перестройка (метаморфоза), происходящая при этом, в точности такая же, как метаморфоза волнового фронта на плоскости (например, при распространении возмущения внутрь эллипса).

Мы можем описать метаморфозы волновых фронтов на плоскости следующим образом. Рассмотрим наряду с основным пространством (в данном случае плоскостью) еще пространство-время (в данном случае трехмерное), Распространяющийся на плоскости волновой фронт заметает в пространстве-времени некоторую поверхность. Оказывается, саму эту поверхность всегда можно рассматривать как волновой фронт в пространстве-времени («.большой фронть). В случае общего положения особенностями большого фронта будут ласточкины хвосты, ребра возврата и самопересечения, расположенные в пространстве-времени общим образом относительно изохрон (образованных «одновременными» точками пространства-времени). Теперь уже нетрудно сообразить, какие метаморфозы могут испытывать мгновенцые волновые фронты на плоскости в случае общего положения; это перестройки сечений большого фронта изохронами.

Изучение метаморфоз волнового фронта при его распространении в трехмерном пространстве сводится таким же образом к исследованию сечений большого (трехмерного) волнового фронта в четырехмерном пространстве-времени трехмерными изохронами. Возникающие метаморфозы изображены на рис. 36.

Изучение метаморфоз волновых фронтов было одной из задач, из которых возникла теория катастроф, однако даже в случае трехмерного пространства катастрофисты не сумели с ней справиться; рис. 36 появился лишь в 1974 г., когда в теории особенностей были разработаны новые методы (основанные на теории кристаллографических групп симметрий).

Наряду с волновыми фронтами процесс распространения возмущений описывается при помощи систем лучей. Например, распространение возмущений внутрь эллипса можно описать при помощи семейства внутренних нормалей к эллипсу (рис. 37). Это семейство имеет огибающую. Огибающая семейства лучей называется каустикой (т, е. «жгущей»,; так как в этих местах свет концентрируется), Каустика хорошо видна на внутренней поверхности чашки,; освещенной солнцем. Радуга на небе также объясняется каустикой системы лучей, прошедших
Предыдущая << 1 .. 5 6 7 8 9 10 < 11 > 12 13 14 15 16 17 .. 45 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed