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 从一道普通物理题到现代隐身术 统(1) 邱 臧庚媛 (清华大学, 北京 100084) ( 收稿日期: 1997—05—19) 摘 要 本文介绍了三种现代隐身术. 式中的 Z 为媒质的特性阻抗, 它为媒质的密 度 Θ与其中的波速 u 的乘积, 即 Z = Θu. 当 Z 1 1 引 言 日常生活中我们欲感受到某些物体的存 在, 必须接受到这些物体所发出的信号, 通过 对这些信号的分析来确定它们的状态. 例如: 我们能看见物体是因为这些物体发出的或散 射的光进入人眼后, 经过视网膜成像等一系 列信息处理, 最 终 我 们 感 知 到 它 的 位 置、形 状、大小等性质; 又如音叉振动激发空气形成 声波, 传入人耳内形成听觉, 最终我们感受到 音叉的存在. 注意这里物体发出信号是至关 重要的, 否则物体将不会被感知。再如: 宇宙 中的黑洞, 由于它周围强大的引力场, 它不能 发光也不能反射光, 因为光在其周围会被捕 获. 对于这样的情况我们当然不能通过光学 望远镜发现黑洞了 ( 通过其它方法可以探测 到黑洞). 根据这个道理, 如果我们要想使物体隐 身 (不被人感知) 就得设法减小物体发出的信 号强度. 飞机要想躲避雷达的探测, 达到隐身 的目的, 就必须减弱机身反射雷达波的强度. 本文要用到电磁波在两种媒质界面上的 反射规律和透射规律及媒质对电磁波的吸收 规律, 今将这些结论先交待如下. 如图1 所示, 入射波为 Ν1 , 其振幅为 A 1 , 反射波为 Ν′1 , 其振幅为 A ′1; 透射波为 Ν2 , 其振 幅为 A 2. A ′1 , A 2 与 A 1 的关系为 A ′ 1 Z 2 时, 则 0, 这表明反射波 Ν′ 1 与入射 A 1 波 Ν1 在界面上振动的位相差为零; 当 Z 1 Z 2 A ′1 时, 则 0, 这表明反射波 Ν′1 与入射波 Ν1 在 A 1 界面上振动的位相差为 Π. 因为无论 Z 1 和 Z 2 A 2 谁大总有 0, 所以透射波 Ν2 与入射波 Ν1 A 1 在界面上振动的位相差恒为零. 反射比 R 和透射比 T 的规律为 2 Z 1 - Z 2 4Z 1 Z 2 R = , T = 2 Z 1 + Z 2 (Z 1 + Z 2 ) 当 Z 1 与 Z 2 相差很大时, 则 R≈ 1, T≈ 0; 当 Z 1 与 Z 2 相差很小时, 则 R≈ 0, T≈ 1. 媒 质 对 电 磁 波 的 吸 收 规 律 遵 从 布 给 (Bo u gu e r) 定律, 为 - Αx I = I 0 e 2 一道题的启示 一平面简谐波垂直入射到涂有均匀涂层 的媒质表面, 已知 Z 空气 Z 涂层 Z 媒质 , 求使反 射波最弱的涂层厚度. 如图2所示: 入射波 Ν1 入射到涂层 S1 面上时将会形成反射波 Ν′1 与 透射波 Ν2. Ν2 传到 S2 面时又会发生反射与折 射, 形成反射波 Ν′2 与透射波 Ν3. 两列反射波 Ν′1 与 Ν′2 在其传播的公共区域将会产生干涉现 象, 如果l|I 区中任一点 P 由两列反射波引起 的位相差正好等于2k Π+ Π, 显然此种情况下 反射波叠加后强度最弱. A ′1 Z 1 - Z 2 2Z 1 A 2 A 1 = Z 1 + Z 2 , A 1 = Z 1 + Z 2 (1) 邱统, 清华大学水工52班学生. 图1 如图2中, 以原点 O 为参照点, 选取适当 的时间零点使 O 点振动方程为 Ν= A 1 co sΞt. 设简谐波在空气中波速为 u 1 , 涂层中波速为 u 2 , 则入射波 Ν1 的表达式为 图2 的波长. (2) 引言中讲到的波射到媒质交界面时 发生反射和折射现象, 能量将会重新分配, 所以 波 Ν1 , Ν′1 , Ν2 , Ν′2 的振幅并不等. 另一方面因为 Ν′1 与 Ν′2 的振幅不等, 所以尽管满足 ? Υ= ( 2k + 1) Π, 反射波的总能量仍不全为零. x Ν1 = A 1 co sΞ t - (x ≤ l) u 1 因为 S1 面上入射波反射时有半波损失, 所以 反射波 Ν′1 的表达式为 3 现代隐身术 通过这道题我们可以看出在物体表面涂 上一层合适的涂层, 当波传播到物体上时, 这 层涂层可以极大地消弱反射波的强度. 例如 在镜头表面涂上一定厚度的 M gF 2 增 透 膜, 当光线照到增透膜上时, 反射光的强度减弱, 使入射光的大部分能量透射. 这种技术如果 运用到军事领域, 则便成为一种现代隐身术. 如果在飞机、舰船上涂上适当材料和厚度的 涂层, 通过这层涂层可以降低飞机