ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Эффекты второго порядка из "Рассказ о неслышном звуке " При объяснении процесса распространения звука в непрерывной среде обычно подчеркивают то обстоятельство, что частички среды колеблются в одну и другую сторону от положения равновесия, причем их среднее положение остается неизменным. Другими словами, указывают на то, что перемещается в пространстве только волна, только звуковая энергия, сама же среда не перемещается. В качестве примера, иллюстрирующего это утверждение, обычно приводят легкую щепочку, качающуюся на поверхности воды, по которой проходит волна. Указывают, что, несмотря на явно видимое глазом движение волны, щеночка колеблется только вверх и вниз и не перемещается вместе с волной. Однако это объяснение совершенно неправильно, если речь идет о звуковых колебаниях высокой интенсивности. Именно эти колебания и нашли широкое применение в различных областях техники. Колебания высокой интенсивности характеризуются рядом особенностей,отличающих их от рассмотренного выше процесса распространения звуковых колебаний малой интенсивности. Это так называемые эффекты второго порядка. Одни из них существуют и в слабых звуках, правда, они настолько малы, что их очень трудно наблюдать. Относительно других скорее можно предположить, что при слабых звуках они не существуют вовсе, а появляются лишь в том случае, если интенсивность звука превышает порог, необходилшй для развития данного явления. [c.16] Далеко не все эффекты второго порядка имеют в данное время точное физическое объяснение. Однако ввиду того, что они неизбежно сопутствуют звуковым колебаниям высокой и средней интенсивности, нужно дать хотя бы их описание. [c.17] Один из этих эффектов открыт выдающимся английским физиком Дж. Рэлеем, заложившим своими работами фундамент современной акустики. [c.17] С прохождением звуковой волны связан не только эффект Рэлея. Например, звуковая волна оказывает постоянное, так называемое радиационное, давление на находящиеся на ее пути препятствия. Радиационное давление никоим образом не следует смешивать с переменным звуковым, являющимся основным признаком существования волны. [c.18] Переменное звуковое давление, как мы уже говорили, представляет собой чередование сжатий и разряжений, причем амплитуда сжатия всегда равна амплитуде разрежения. На препятствие, находящееся в попе звуковой волны, звуковое давление действует таким образом, что создает на поверхности этого препятствия силу, меняющую свой знак в соответствии с частотой колебаний звуковой волны. Если на пути распространения звуковой волны поместить пластинку, то на эту пластинку в моменты, соответствующие фазе сжатия, будет действовать сила, стремящаяся сдвинуть ее по направлению распространения волны, а в моменты, соответствующие фазе разрежения,— в противоположном направлении. И так как обе эти силы равны по величине и сменяют одна другую много сотен или тысяч раз в секунду, то в результате пластинка остается неподвижной. Звуковое давление не создает постоянной (по направлению) силы у поверхности препятствия. [c.18] Радиационное давление существует наряду с переменным звуковым давлениел п выражается в том, что поверхность препятствия испытывает постоянное по величине и по знаку давление, стремящееся сдвинуть это препятствие по направлению распространения волны. [c.18] Интересно отметить, что радиационное давление сопровождает процесс распространения не только звуковых, но и электромагнитных волн, в том числе и световых. В последнем случае оно называется давлением света, и именно его исследование п измерение принесли славу выдающемуся русскому физпку П. Н. Лебедеву. [c.18] Радиацпопное давленпе в звуковой волне было в 1903 г. впервые экспериментально подтверждено В. Я. Альт-бергом, учеником П. Н. Лебедева. [c.18] Поскольку радиационное давление пропорционально интенсивности звуковой волны, оно может быть использовано для ее измерения. Соответствующие приборы носят название радиометров. Первый радиометр, сконструированный Альтбергом, был назван им давильным прибором (рис. 4). [c.19] Сейчас радиометры] применяются в лабораторных исследованиях как измерительные приборы. Основная часть радиометра — крылышко, поворачивающееся под действием радиационного давления на некоторый угол, зависящий от величины этого давления, а следовательно, и от интенсивности звука. [c.19] Поглощение интенсивных звуковых колебаний в жидкостях и газах существенно отличается от уже рассмотренного нами выше поглощения слабых звуков. Если при распространении слабых звуков поглощенная доля энергии не зависит от интенсивности звука, то для мощных звуков эта доля растет с увеличением интенсивности. Поглощенная энергия растет с увеличением интенсивности не только абсолютно, но и относительно. Кроме повышенного поглощения, при высокой интенсивности начинает изменяться и форма звуковой волны. Ее верхушка всегда бежит чуть-чуть быстрее, чем впадина , потому что местоположению верхушки соответствует уплотненная самим же звуком среда, в которой скорость распространения больше, а местоположение впадины — разреженная, где скорость распространения меньше. При слабых звуках эта разница ничтожна и не оказывает никакого влияния. Для интенсивных же звуков это различие оказывается существенным, и верхушки начинают понемногу догонять впадины. Вместо плавной синусоидальной кривой распространяющаяся волна принимает пилообразный вид (рис. 5). [c.19] Следующим эффектом второго порядка является звуковой ветер. Опыт показывает, что сколько-нибудь мощный излучатель не только приводит прилегающие к нему частицы той или иной среды в колебательное движение относительно положения равновесия, но и вызывает постоянное их смещение, постоянный поток, который носит название звукового ветра. [c.19] Мы описали только наиболее существенные эффекты, сопровождающие распространение мощных ультразвуковых волн в отличие от распространения слабых звуков. Но даже и эти, давно известные и широко встречающиеся эффекты, как мы видели, далеко не полностью изучены. Эта область акустики еще ждет своих исследователей. [c.23] Вернуться к основной статье