Групповая скорость

Группова́я ско́рость, скорость распространения группы (цуга) волн, образующих в каждый момент времени локализованный в пространстве волновой пакет, представляющий собой набор монохроматических волн с разными, но близкими частотами. Понятие групповой скорости относится к квазимонохроматическим волнам, амплитуда и фаза которых меняются во времени почти по синусоидальному закону. В средах без дисперсии скорость распространения таких волн (т. н. фазовая скорость ${\displaystyle {\text{V}}_{\text{ф}}}$) одинакова. В этих условиях волновой пакет распространяется как строго стационарная волна с постоянной скоростью. В средах с дисперсией волн фазовые скорости волн, формирующих волновой пакет, различаются и форма огибающей искажается. Однако для сигналов с узким спектром фазовые скорости различаются мало, и на небольших расстояниях огибающая распространяется, не меняя своей формы, с некоторой скоростью, которая и является групповой скоростью ${\displaystyle {\text{V}}_{\text{гр}}}$. Среды, в которых ${\displaystyle {\text{V}}_{\text{ф}}\gg {\text{V}}_{\text{гр}}}$, называют средами с нормальной (отрицательной) дисперсией; среды, в которых ${\displaystyle {\text{V}}_{\text{ф}}\ll {\text{V}}_{\text{гр}}}$, называют средами с аномальной (положительной) дисперсией. Одни и те же среды могут обладать и положительной, и отрицательной дисперсией в различных частотных диапазонах. Для электромагнитных волн изотропная плазма является средой с нормальной дисперсией, а капиллярные волны на поверхности воды обладают аномальной дисперсией (для этих волн групповая скорость превышает фазовую в 2 раза).

Групповая скорость определяет направление и скорость передачи энергии волнами, а также скорость передачи информации. Понятие групповой скорости играет важную роль в физике и технике, поскольку на него опираются все методы измерения скоростей и расстояний, связанные с запаздыванием сигналов. Групповую скорость используют при измерении дальности в гидро- и радиолокации, при зондировании ионосферы, в системах управления космическими объектами и т. д. Согласно теории относительности, групповая скорость не может превышать по величине скорость распространения света в вакууме.