ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Излучение точечного источника (монополя), днноля и квадрулодя из "Введение в нелинейную акустику Звуковые и ультразвуковые волны большой интенсивности " Наибольшие интенсивности колебаний в настоящее время получены с помощью твердых стержневых концентраторов в 3ByitoBOM и ближнем ультразвуковом диапазоне частот. Схема такого концентратора показана на рис. 82. К электрическому преобразователю 1 (это может быть как магнитострикцион-ный, так и пьезоэлектрический преобразователь) крепится трансформатор (концентратор) 2. Сечение концентратора меняется по определенному закону. В зависимости от закона изменения образующей концентратора меняется коэффициент трансформации. Приведем данные для некоторых типов концентраторов, полученные в предположении, что в концентраторе распространяется идеальная плоская волна. [c.366] Как видно из (9.13), с катеноидальным концентратором можно получить R N. [c.368] Последний концентратор, наряду с катеноидальным, дает коэффициент усиления, больший N. Однако ступенчатый концентратор используется не всегда, поскольку максимальные напряжения, возникающие в месте перехода от большого сечения к малому, могут привести к разрушению металла и выходу из строя концентратора, а также потому, что этот концентратор имеет весьма узкую резонансную кривую и небольшие нагрузки конца концентратора резко меняют амплитуду колебаний. [c.368] В таблице 15 приведены значения максимальных скоростей смещения в концентраторе оптимальной формы по [26]. Интересно отметить, что максимально достижимые числа Маха здесь, как и в случае концентраторов, работающих в жидкости, меньше единицы (за исключением концентратора из титана). [c.369] Влияние нелинейных эффектов на работу концентраторов при больших коэффициентах усиления почти не исследовано. Возможно, что трансформация типов волн, характерная для этих эффектов (см. гл. 8), может снизить расчетный коэффициент усиления и предельные колебательные скорости. [c.369] Отметим, что значения предела прочности, использованные при расчетах табл. 15, относятся к статической и однократной нагрузке образца. При работе концентратора с удвоенной частотой изменяется знак механического напряжения, что, имея в виду усталость металла и др. особенности металлов. [c.369] Если до сих пор речь шла о получении больших амплитуд в области сравнительно низкочастотного ультразвука, то в заключение этого раздела следует несколько остановиться на новом принципе генерации звука светом, который, по-видимому, открывает возможность получения чрезвычайно больших интенсивностей ультразвуковых и, что особенно интересно, гиперзвуковых волн в твердых телах и жидкостях [28—31]. Исследование этого явления начато в самое последнее время, но полученные уже результаты позволяют считать эти методы перспективными не только для получения больших интенсивностей, но также и для изучения различных свойств твердых тел и жидкостей. [c.371] Основные принципы генерации звука светом весьма просты. [c.371] 4 были определены резонансные условия взаимодействия света со звуком (4.1) или взаимодействия фотона с фононом. Эти условия по существу определяли условия дифракции световой волны на звуковой волне. В результате такого взаимодействия частота дифрагировавшего света отличается от частоты падающего света на частоту звука. Если теперь посчитать резонансные условия для взаимодействия двух фотонов с энергиями кьз и h (i — Q), в результате которого появляется фонон с энергией IiQ, то эти условия не отличаются от (4.1). Таким образом, при дифракции на звуке когерентного света дифрагировавшая волна может взаимодействовать с падающей световой волной так, что в результате этого взаимодействия возникает звуковая волна, частота и направление распространения которой совпадают с частотой и направлением звуковой волны, вызвавшей дифракцию, т. е. звуковая волна может усиливаться. [c.371] Из этих качественных рассуждений видно, что для генерации звука необходимо использовать когерентный свет. При использовании света, скажем, рубинового лазера для генерации гиперзвука частоты 10 ° гц нельзя рассчитывать на получение энергий гиперзвука, больших, чем 10 от энергии лазерного излучения при генерации более низких частот эффективность преобразования световой энергии в звуковую еще ниже. Поскольку, однако, лазерная техника бурно развивается и в настоящее время гигантские лазерные импульсы имеют мощность 10 —10 вт, метод генерации гиперзвука светом является весьма перспективным. [c.372] Генерация гиперзвука наблюдалась косвенно по стимулированному бриллюэновскому рассеянию [29]. Прямой эксперимент по усилению и генерации ультразвука (в области десятков Мгц) в жидкости проведен в [30]. При очень больших интенсивностях гиперзвуковых волн создаются большие высокочастотные переменные механические напряжения. Кроме того, гиперзвуковые волны очень быстро затухают, передавая свою энергию тепловым колебаниям решетки, что эквивалентно сильному локальному разогреву твердого тела. Предельные интенсивности здесь определяются пределом механической прочности твердых тол. При нынешнем уровне лазерной техники эти предельные интенсивности, вероятно, уже достигнуты и даже превзойдены. [c.372] В табл. 16 приведены максимальные экспериментальные интенсивности звука и порядки расчетных предельных интенсивностей, а также ориентировочные причины ограничений. [c.373] Общая теория аэрогидродинамической теории звука нашла свое применение в разработке теории вихревого звука, краевого тона, шума пограничного турбуленигого слоя, генерации шума турбулентными струями, рассеяния ввука в турбулентном потоке и т. д. Следует отметить, что многочисленные экспериментальные результаты в основных чертах находятся в хорошем согласии с теорией. [c.378] Вернуться к основной статье