Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
16. Позднее этот вопрос для меня несколько прояснился. Я представил себе, как сказывается быстрое вращательное движение одной системы на периоде
275
колебания другой, связанной с ней системы. Лорд Кельвин еще сорок лет назад дал решение следующей задачи. Предположим, что имеется система, состоящая из горизонтально расположенного стержня и нити, закрепленной на его концах, причем стержень может вращаться с постоянной угловой скоростью относительно вертикальной оси, проходящей через его середину. Пусть вторая нить с грузом, который можно рассматривать как материальную точку, закрепляется на середине первой нити. Исследуется такое движение, когда смещение точки от положения равновесия бесконечно мало. Решение становится довольно простым при условии, что угловая скорость вращения велика. Период вращательного движения точки слегка меняется в зависимости от направления вращения. Если теперь вместо двойного маятника рассмотреть излучающий атом, а вместо вращающегося стержня — вращательное движение атома относительно магнитных силовых линий, то связь механической задачи с нашим случаем становится понятной.
Нет необходимости доказывать, что приведенные соображения являются не более как указанием на некоторые аналогии. Однако я привожу их, так как они побудили меня начать опыты.
17. Мне кажется, что изменение периода в магнитном поле объясняется на основе теории проф. Лорентца [I], Согласно этой теории во всех веществах имеются малые электрически заряженные частицы с определенной массой и все электрические явления зависят от расположения и движения этих «ионов». Их колебания вызывают излучение света, а заряд, конфигурация и движение ионов полностью определяют состояние эфира. Такой ион, движущийся в магнитном поле, испытывает действие механических сил, о которых говорилось выше, и это должно объяснить изменение периода. Я направил свои соображения профессору Лорентцу, и он любезно сообщил мне, каким образом по его теории рассчитать движение иона в магнитном поле. Проф. Лорентц также указал, что если объяснение, которое следует из его терии, правильно, то края спектральных линнй должны иметь круговую поляризацию. Величина уширения линий может быть использована для определения отношения заряда и массы частиц, колебания которых согласно теории вызывают излучение света.
Этот чрезвычайно существенный вывод, сделанный проф. Лорентцем по поводу состояния поляризации расширенных спектральных линий в магнитном поле, полностью подтвердился на опыте (п. 20).
18. Теперь мы перейдем к выводу формул, которые описывают движение ионов, колеблющихся в плоскости (х, у) при наличии однородного магнитного поля Я, направленного параллельно оси г. Оси выбраны таким образом, что если ось х направлена на восток, а у — на север, то ось г направлена вверх. Пусть е — положительный заряд иона (в электромагнитной системе), а т — его масса. Уравнения относительного движения тогда будут иметь вид *)
(1)
Первый член во второй части уравнений выражает упругую силу, возвращающую ион назад в положение равновесия. Второй член описывает силу, действующую на ион со стороны магнитного поля. Эти уравнения удовлетворяются решениями
х=ае5*, у = ре** (2)
при условии, что
где т, Л, е должны рассматриваться как известные величины.
*) Эти уравнения подобны уравнениям маятника Фуко и, конечно, имеют такое же решение.
276
Для нас особый интерес представляет выражение для периода колебаний. Если Я=0, то из (3) следует, что
5 = 1
к .2п -
-^ = 1-=-, или Т
к
(4)
Если Н отличается от нуля, то из (3) следует приблизительная формула для ж:
Частное решение уравнения (1) описывает движение ионов по окружности. Если ион вращается в положительном направлении (положительное направление вращения связывается с движением стрелок часов наблюдателя, местоположение которого определяется направлением силовых линий), то период его движения несколько меньше, чем в случае вращения в отрицательном направлении. В первом случае в формуле (5) надо взять знак минус, во втором случае знак плюс.
Общее решение уравнения (1) показывает, что ионы могут двигаться не только по окружностям, но и по медленно вращающимся эллиптическим орбитам. Очевидно, что в общем случае, когда траектория начального движения иона ориентирована в пространстве произвольным образом, проекция его движения на плоскость (х, у) имеет такой же характер. Движение в направлении оси г представляется простыми гармоническими колебаниями, которые независимы от движения в плоскости (х, у) и не оказывают на него никакого возмущающего действия. Поэтому магнитные силы не влияют на движение по оси г. Разумеется, такое рассмотрение движения ионов, приводящего к излучению света, нужно считать лишь самым первым приближением теории.
19. Предположим, что пламя помещено в магнитное поле и наблюдатель смотрит на него либо в направлении силовых линий, либо в противоположном направлении.
Предположим также, что наблюдатель может видеть ионы (п. 18), которые находятся во вращательном движении. Те ионы, которые движутся по окружностям, будут испускать свет с круговой поляризацией. Если, например, имеет место вращение в положительном направлении, то период удлиняется по сравнению со случаем, когда магнитное поле отсутствует; для вращения в отрицательном направлении период укорачивается. По-видимому, те ионы, которые движутся по направлению силовых линий, будут находиться в стационарном состоянии. Период их движения не будет изменяться. Кроме того, имеются ионы, которые движутся по вращающимся эллиптическим орбитам.
