ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Различные механизмы поглощения звука из "Общая акустика " Поглощение звука осуществляется самыми различными физи ческими механизмами. В ряде случаев диссипативные силы со здаются при трении колеблющейся среды о неподвижную границу Возникающая сила внешнего трения действует на среду в на правлении, противоположном скорости среды, а по величине про порциональна этой скорости. К этому случаю можно свести дей ствие стенок на волну в жидкости, заполняющей узкий капилляр если толщина пограничного вязкого слоя превышает радиус капилляра, то можно считать, что силы трения со стороны стенок приложены ко всему объему среды, заполняющей капилляр, а не только к поверхности столба жидкости, прилегающей к стенкам. К такому же случаю сводится и распространение звука в порах акустической штукатурки. [c.392] Один из главных механизмов поглощения звука — вязкие потери. Вызывающие их вязкие напряжения ( внутреннее трение ) — сдвиговые напряжения, возникающие при скольжении слоев жидкости друг по другу и пропорциональные скорости сдвиговой деформации среды. В звуковой волне действие этих напряжений выравнивает различие скоростей между слоями. При этом звуковая волна производит над средой положительную работу, на что тратится энергия волны, и звук затухает. Вязкое поглощение — нелокальный механизм потерь он обусловлен различием в движении разных участков жидкости. В звуковой волне неравномерность скоростей частиц повторяется с пространственной периодичностью, равной длине звуковой волны, так что действие вязкости можно считать диссипативным механизмом выравнивания неравномерностей скорости, имеющих масштаб длины звуковой волны. [c.392] Сделаем одно замечание относительно сдвиговой вязкости и объемной вязкости. Микроскопическая картина сдвиговой вязкости, как мы говорили, нелокальна слой среды, движущейся с большей скоростью, захватывает соседний слой, движущийся с меньшей скоростью, ускоряя его и в свою очередь замедляясь. Для газов молекулярная картина этого процесса заключается в диффузии молекул из одного слоя в другой и обратно, сопровождающейся обменом количеством движения, что и приводит к выравниванию средних скоростей слоев. Для объемной вязкости обменного механизма нет, так как при всестороннем сжатии все участки среды находятся в одинаковых условиях. Поэтому в основе явления объемной вязкости должен лежать локальный механизм обычно это какой-либо релаксационный механизм. Термин релаксация применяют в случаях, когда давление, создаваемое внезапным изменением сжатия, постепенно убывает, стремясь к некоторому равновесному значению, отвечающему данному сжатию. Если время релаксации , характеризующее такое запоздание, не очень мало по сравнению с периодом звуковой волны, то в гармонической волне давление будет отставать по фазе от сжатия. Это приводит к некоторой частотно-зависящей добавке к давлению, которое имело бы место при таком же статическом сжатии. При низких частотах добавка равносильна появлению объемной вязкости. Для более высоких частот добавка приводит, помимо добавочного поглощения, к изменению скорости звука (дисперсия скорости). [c.393] Если время перераспределения энергии сравнительно велико, то релаксационные процессы вызывают сильную зависимость поведения вещества от частоты уже при не очень высоких частотах. В то время как феноменологическая картина сдвиговой вязкости для многих веществ сохраняется до частот, где распространение звука фактически прекращается, феноменологическая картина объемной вязкости должна быть заменена на значительно меньших частотах полной картиной релаксационного процесса. [c.394] Важное значение (особенно в газах) имеют термические механизмы поглощения звука. В звуковой волне места сжатия имеют повышенную температуру (по сравнению со средней температурой среды), а места разрежения — пониженную это — результат адиабатического нагревания и охлаждения. В реальной жидкости измененные температуры частично выравниваются путем теплопроводности и путем теплоизлучения. Теплопроводность — нелокальный механизм обмена теплом между смежными участками среды. Теплопроводность выравнивает температурные неравномерности волны, имеющие (как и скорости частиц среды при вязком выравнивании скоростей) масштаб длины звуковой волны. Теплоизлучение выравнивает температурные разности между данным нагретым или охлажденным участком и средой в целом. Выравнивание происходит путем испускания и поглощения электромагнитных волн. В отличие от механизмов сдвиговой вязкости и теплопроводности, теплоизлучение — локальный механизм релаксационного типа каждый элемент среды излучает или поглощает тепло независимо от соседних, единственно в меру отличия его температуры от средней температуры среды. [c.394] Всякие диссипативные силы вызываются процессами, идущими на межмолекулярном и внутримолекулярном уровне. Поэтому поглощение звука дает сведения о строении среды и о ее поведении в молекулярных масштабах, а не только о таких усредненных характеристиках среды, как модуль упругости или плотность. [c.394] Вернуться к основной статье