ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Неплоские волны, интерференция волн из "Ультразвуковой контроль материалов " На волновом фронте, например на сфере в случае сферических волн, одинакова только фаза, в частности при прохождении через нуль в определенный момент. Амплитуда (звуковое давление), однако, не обязательно должна быть одинаковой. Звуковое давление может иметь существенное значение, например, только внутри определенного угла к некоторому направлению, а в других направлениях оно может полностью исчезать. Б этом случае получается луч сферической волпы, как, например, в рупорах на воздухе и обычно в ультразвуковых излучателях при контроле материалов. [c.23] Чтобы избежать недоразумений, следует особо отметить, что описание естественных звуковых процессов при таком упрощении волнового фронта возможно только в определенных границах, например в непосредственной близости от плоского источника звука при плоских волнах или на больших расстояниях в случае сферических волн. [c.23] Ранее предполагалось, что возмущающее колебание, которое вызывает волны одного из описанных видов, состоит из одной единственной частоты и весьма продолжительно. Более сложные и кратковременные колебательные процессы, как известно, можно представить состоящими из конечного или бесконечного числа таких синусоидальных колебаний частиц (разложение по Фурье), обладающих различными амплитудой, частотой и фазой. В упругом материале каждому такому колебанию частицы соответствует самостоятельная волна. При продольных и поперечных волнах в пространственном теле все частоты практически имеют одинаковую скорость и все частицы перемещаются одинаково быстро, так что каждая частица совершает одинаковое колебание. Следовательно, сложная или кратковременная форма колебаний должна передаваться ими без изменений, если отвлечься от потерь энергии. Впрочем, эти потери могут быть различными для различных частот вследствие поглощения и рассеяния, как, например, в воздухе, где гром на больших расстояниях кажется звучащим более глухо высокие частоты затухают сильнее. [c.23] Следовательно, неискаженная передача сигнала свободными волнами не является само собой разумеющейся. [c.23] До тех пор пока амплитуды вещества не превышают пределов упругости, т. е. в так называемой линейной области, движения частиц складываются векторно (по правилу параллелограмма), исходя из движений, которые эти частицы совершали бы в каждой волне по отдельности. [c.24] Однако обе волны не препятствуют распространению одна другой они не изменяют нн свое направление распространения, пи частоту или амплитуду. [c.24] Особенно интересная форма наложения волн получается тогда, когда рассматриваемые волны однотипны и имеют одинаковые частоты и амплитуду (а при поперечных волнах также и одинаковое направление колебаний) образуется так назы-ваемая стоячая волна — парадоксальное явление, так как сущностью волны является движение. [c.24] На рис. 1.5 показано возникновение стоячей волны для случая поперечных противоположно направленных волн. [c.24] Такая форма волны общеизвестна па примере собственных колебаний натянутых струн. Однако в случае пространственных стоячих поперечных или продольных волн изображение на рис. 1.5 нужно мысленно дополнить большим числом других пространственных рядов частиц. При этом узлы и пучности будут располагаться на неподвижных плоскостях. [c.25] Не следует упускать из вида, что представление стоячей шолны в виде двух движущихся навстречу друг другу волн не означает одно и то же, как, например, 2 + 2 и 4. [c.25] Стоячие ультразвуковые волны давления используются при контроле материалов для измерения толщины стенки при резо- нансном методе. Однако в других случаях они могут оказать очень вредное действие и поэтому от них нужно избав-.ляться. [c.25] Стоячая волна это особый случай наложения различных, волн одинаковой частоты, что обычно называют интерференцией. На этом основывается очень наглядный способ изображения встречающихся на практике форм волн и волновых полей, так называемый принцип Гюйгенса, что будет весьма полезпо для понимания излучения ультразвуковых волн. [c.26] Суть принципа заключается в том, что волну любой формы можно представить состоящей из большого числа простых сферических волн одинаковой частоты, так называемых элементарных волн, которые нужно только правильно выбрать по исходной точке, фазе и амплитуде. Любой волновой фронт можно рассматривать как огибающую всех таких элементарных волн, исходная точка которых располагается на прежнем фронте волны. Это поясняется на рис. 1.8. Здесь показано поперечное сечение поршневого излучателя звука с некоторыми волновыми фронтами, построенными по принципу Гюйгенса. Видно, что в середине перед плоским излучателем образуется тоже плоский фронт волны, который на краях (если рассматривать его в пространстве) переходит в-кольцеобразный. [c.26] По этому же принципу можно установить, что непроницаемый экран в звуковом поле не дает резкой тени, так как кромки являются исходными точками (источниками) элементарных волн, которые создают звуковое поле также и в тени экрана. В таком случае можно говорить о дифракции волн, как и при электромагнитных волнах. [c.26] На вопрос о том, как велико возбуждение в определенной точке звукового поля, например в тени экрана, этот принцип еще не дает ответа. Его решение возможно только математическими методами по Френелю (гл. 4). [c.26] Вернуться к основной статье