Природа звука. Скорость звука

Природа звука. Скорость звука [c.223]

Положительные значения получаются при детонации (>.i >1), отрицательные — при нормальном горении (Xi < 1). В случае Я,1 = 1 имеем Хг = О, т. е. при движении волны со скоростью звука газ остается неподвижным, что вполне соответствует физической природе явления ). [c.230]

Скорость звука представляет собой характерную для данного вещества величину, зависящую от состояния и природы вещества. Она определяется выражением [c.77]

Щкр = энтропия должна уменьшаться. Но это невозможно, так как при теплоизолированном течении по трубе с сопротивлением энтропия газа по самой природе реальных процессов может только возрастать, но не убывать. Это и означает, что переход через скорость звука в трубе постоянного сечения неосуществим, т. е. при = с имеет место к р и з и с течения, а сама скорость щ р есть критическая скорость течения. [c.326]

Этот результат показывает, что в трубе постоянного сечения с сопротивлением и при отсутствии отвода тепла непрерывный переход через скорость звука (т. е. от дозвуковой скорости течения к сверхзвуковой) невозможен. В самом деле, допустим, что скорость течения газа в трубе достигла значения W, большего местной скорости звука с. Так как точка w = является точкой максимума функции s(z >), то s энтропия газа по самой природе реальных процессов может только возрастать, но не убывать. Это и означает, что переход через скорость звука в трубе постоянного сечения неосуществим, т. е. при w = имеет место кризис течения, а сама скорость w есть критическая скорость течения Шкр. Как показывает опыт, течение газа по достижении критического значения скорости Шкр (равного местной скорости звука с) превращается из стационарного в нестационарное, или пульсирующее, т. е. в потоке газа при переходе через критическое значение скорости развиваются интенсивные колебания, приводящие к значительным потерям энергии движения и в конечном счете к возрастанию энтропии газа. [c.290]

Синусоидальный характер пульсаций при этих определенных частотах указывает на их акустическую природу. Если какой-то элемент контура действует как резонатор, то в этом случае основная частота пульсации зависит от скорости звука в жидкости, заполняющей резонирующий элемент, и характеристической длины волны резонатора согласно уравнению [c.357]

В том случае, когда степень неоднородности двухфазной смеси (размер частиц дисперсной фазы и расстояние между частицами) меньше длины волны возмущения, по отношению к волне среда ведет себя как непрерывная. При этом для определения скорости звука можно воспользоваться уравнением Лапласа = (Эр/0p)j. При распространении акустических волн в однофазной среде имеет место явление дисперсии, проявляющееся в зависимости скорости звука от частоты звуковой волны. Зависимость эта молекулярной природы. Говоря о дисперсии скорости звука в двухфазной среде, можно отметить, по крайней мере, две формы ее проявления. Первая характерна для двухфазной среды в целом и связана с тремя происходящими в ней релаксационными явлениями с процессом массообмена между фазами - фазовым переходом, процессом теплообмена - выравниванием температур между фазами и процессом обмена количеством движения — выравниванием скоростей между фазами. Даже в случае равновесной двухфазной среды при распространении в ней звуковой волны равновесие между фазами нарушается и в ней протекают релаксационные процессы. Вторая форма возникает из-за дисперсии звука в среде-носителе и природа ее та же, что дисперсии в однофазной жидкости. Для нее характерна область высоких частот, когда длительность существования молекулярных ансамблей в жидкости или в газе соизмерима с периодом звуковой волны. [c.32]

Поскольку величиной, определяющей эффективность работы вихревой трубы, является скорость газа на входе, получаемый эффект разделения зависит от природы газа чем легче по молекулярному весу газ, тем больше скорость звука в нем и, следовательно, входная скорость газа и тем больше эффект разделения газа от осколков. [c.76]

Снижение полного давления имеет место и в скачке, возникающем вблизи минимального сечения камеры смешения. Природа скачка на входе в диффузор до сих пор еще не исследована с необходимой полнотой. При объяснении причин образования скачка необходимо учитывать, что в двухфазном потоке с большой степенью влажности скорость звука в зависимости от частотно-структурного параметра может значительно снижаться. Особенно интенсивное уменьшение скорости звука отмечается при переходе к пузырьковой и слоистой структурам. Так как скорость двухфазного потока достигает в камере смешения больших значений, то число Маха может стать больше единицы при этом создаются условия, приводящие к образованию адиабатических скачков уплотнения. Следует учитывать, что в потоке большой влажности скачок уплотнения сопровождается конденсацией паровой фазы, частичной или полной. В пузырьковой среде в скачке могут происходить захлопывание паровых пузырьков и полная конденсация. Как показывают визуальные наблюдения за скачком в инжекторе, поток имеет однородную структуру (жидкая фаза практически лишена паровых пузырьков). Это дает основания предполагать, что рассматриваемый скачок является комплексным, сопровождающимся конденсацией, сжатием потока и исчезновением пузырьковой структуры (скачок уплотнения, совмещенный с кавитационным, конденсационным скачком). [c.269]

Какую же из рассмотренных скоростей звука можно отождествлять с критической скоростью истечения Этот вопрос является одновременно и наиболее трудным и наиболее важным для выяснения природы кризиса движения двухфазного потока. [c.172]

Для описания природы явлений разрушения, где применение полученных приближенных результатов целесообразно, могут быть привлечены качественные соображения. Ясно, что разгрузка поверхностей трещины по мере ее распространения требует непрерывной перестройки поля напряжений, а скорость этого процесса ограничена скоростью упругих волн. Следовательно, вся кинетическая энергия, связанная с процессом этой перестройки, будет находиться в пределах огибающей поверхности возмущений, исходящих от растущей трещины со скоростью звука. И чтобы значительная доля этой энергии возвратилась к концу трещины, необходимо, чтобы процесс распространения трещины был длительным. Это означает, что процесс должен происходить настолько долго, чтобы огибающая не только достигла границ и прошла по всему телу, но и чтобы различные волны и колебания внутри огибающей имели возможность пройти по телу и взаимодействовать с трещиной несколько раз. Таким образом, приблизиться к условиям полного использования кинетиче ской энергии можно только тогда, когда размеры пути проходимого трещиной, будут сопоставимы с наибольшим размером тела. Поэтому описанный приближенный подход назван также подходом, соответствующим большому скачку трещины. [c.230]

К естественным волноводам (их часто называют каналами) относят различные слоистые среды, ограниченные поверхностями, имеющими большую отражательную способность для звуковых волн. Это моря и океаны, для которых верхней границей является воздух, а нижней— донные отложения. Кроме того, в природе встречаются также волноводы, в которых границы выражены не резко. Эти волноводы образуются в толще атмосферы, а также в море за счет особого распределения значений скорости звука с высотой. При некоторых условиях температура воды и соленость изменяются с высотой так, что на некоторой глубине фазовая скорость имеет минимальное числовое значение. На уровнях, лежащих выше и ниже поверхности с минимумом скорости, среда акустически неоднородна скорость звука с увеличением расстояния от этого уровня увеличивается. В связи с этим звуковые лучи, проходящие через поверхность минимума скорости звука, испытывают рефракцию, в результате чего периодически искривляются. [c.319]

Из формулы следует, что скорость звука зависит от природы тела и его состояния. При определенных значениях и скорость звука является функцией температуры, так, например, для воздуха, т. е. при =1,4 и Я = 29,27, формула (12.21) принимает вид [c.247]

Это можно объяснить, рассматривая физическую природу процесса истечения. Возмущения из окружающей среды (изменение давления среды) в виде волнового процесса проникают в глубь сопла. Давление в устье сопла изменяется в соответствии с изменением давления в окружающей среде. Это может происходить до тех пор, пока скорость течения газа в канале сопла остается меньше скорости распространения малых возмущений (скорости звука). [c.130]

Т. е. при движении волны со скоростью звука газ остаётся неподвижным, что вполне соответствует физической природе явления ). [c.179]

У внутренней поверхности сопла в сечении у — у возникает коническая волна давления у — у — у. Природа ее возникновения такая же, как и у кромки среза сопла г—г, но высота конуса О у меньше, чем Ог. Это объясняется тем, что сверхзвуковая скорость потока в сечении у — у меньше, чем в сечении г — г. Скорость внедрения волны давления в поток в сечении у — у больше, чем в сечении г — г, так как в первом температура выше, чем во втором, а скорость звука прямо пропорциональна температуре. [c.172]

Можно также произвести измерение скорости звука, воспользовавшись тем обстоятельством, что скорость распространения света неизмеримо больше скорости звука (примерно в миллион раз). Мы видим клубок белого пара и уже потом слышим свисток приближающегося паровоза видим молнию и только через некоторое время слышим раскат грома. Скорость света равна 300 000 л-л/сек в настоящее время в природе не обнаружено скорости переноса энергии большей, чем эта скорость. [c.57]

Инфразвуковые волны, распространяясь со скоростью звука и испытывая благодаря низким частотам лишь незначительное поглощение в атмосфере, намного опережают движение морских волн и расходятся на большие расстояния. Когда на берегу моря штиль и море спокойно, голос моря доходит от удаленного шторма и может быть обнаружен соответствующими приборами. Интересно, что ряд морских животных, как например, морские блохи, при приближении шторма уходят из морской прибрежной гальки подальше к сухому месту, медузы же уходят дальше в море, чтобы не быть перемолотыми галькой. Возможно, что природа приспособила этих животных предугадывать приближение шторма по-видимому, их тела способны каким-то образом реагировать на предостерегающий голос моря . Не исключена возможность использования голоса моря , улавливаемого соответствующими инфразвуковыми приемниками, для целей штормового предостережения. [c.257]

Более глубокое проникновение в природу скорости звука дает общая термодинамическая теория, использующая понятие энтропии . Подробные сведения об энтропии и ее свойствах можно найти в курсах термодинамики и статистической физики здесь же кратко описываются только те свойства, которые необходимы для изучения волн в жидкости. [c.22]

Наибольшего развития волновые представления о свете в XVIII веке достигли у Эйлера. Согласно Эйлеру свет представляет собой колебания эфира, подобно тому как звук есть колебания воздуха, причем различным его цветам соответствуют колебания различной частоты. Сравнение скорости света со скоростью звука позволило Эйлеру утверждать, что эфир есть субстанция, значительно более тонкая и упругая, чем обыкновенный воздух . Эйлер, подобно Ломоносову, высказывает мысль, что источником всех электрических явлений служит тот же светоносный эфир. Согласно Эйлеру электричество есть не что иное, как нарушение равновесия эфира тела, в которых плотность эфира становится больше, чем в телах окружающих, оказываются наэлектризованными положительно отрицательная электризация связана с уменьшением плотности эфира. Эйлер не распространял свою теорию на магнитные явления, поскольку электрическая природа магнетизма не была еще известна. Эти соображения были развиты Эйлером в его знаменитых Письмах к немецкой принцессе , написанных в 1760— 1761 гг. и изданных в Петербурге (1768—1772 гг.) во время второго пребывания Эйлера в России, куда он прибыл уже после смерти Ломоносова, с которым он состоял в постоянной дружеской научной переписке. Поэтому не исключено, что указанные представления сложились у Эйлера под влиянием идей Ломоносова. [c.23]

Природа взаимодействия (44.12) была рассмотрена Сингви [145, 146] ). Электроны вблизи поверхности Ферми движутся со скоростями, значительно большими скорости звука S. Испускание фононов моншо рассматривать как излучение Черенкова или как волну от снаряда, движущегося и воздухе со скоростью, большей скорости звука. Возмущением захватывается только область следа внутри угла, равного рад. Проводя в (44.12) суммирование и беря только главное значение расходящихся выражений, Сингви установил, что энергия взаимодействия двух электронов равна нулю, за исключением случая, когда один из электронов находится в следе другого. Взаимодействие положительно (отталкивание) и максимально на границе следа, где оно становится бесконечным. Бом и Ставер [131] еще раньше высказывали предположение о том, что такая следовая природа взаимодействия мон ет оказаться существенной. Они предположили, что в сверхпроводящем состоянии могут образовываться цепочки электронов, в которых один электрон движется в следе другого. Сингви также рассматривал эту возможность. Однако в такой модели возникают трудности, связанные с принципом неопределенности. Как мы уже видели ранее, имеется веское доказательство того, что волновые функции электронов в сверхпроводящем состоянии размазаны на большие расстояния и поэтому трудно представить, чтобы они описывали локализованные и сравнительно слабо взаимодействующие цепочки . [c.775]

Эти акустические колебания имели наименьшую частоту из всей серии опытов (5—8 гц), поскольку в этих условиях скорость звука была минимальной. Отмечалось, что амплитуда пульсаций расхода при звуковых колебаниях попижепной частоты была больше. Одновременное существование двух типов колебаний с.лужит дальнейшим подтверждением их различной природы. [c.364]

Природа сверхпроводимости. Явление С. обусловлено возникновением корреляции между электронами, в результате к-рой она образуют куперовские пары, подчиняющиеся боаевской статистике, а электронная жидкость приобретает свойство сверхтекучести. В фононной модели С. спаривание электронов происходит в результате специфического, связанного с наличием кристаллич. решётки фононного притяжения. Даже при абс. нуле темп-р решётка совершает колебания (см. Нулевые колебания, Динамика кристаллической решётки). Эл.-статич. взаимодействие электрона с ионами решётки изменяет характер этих колебаний, что приводит к появлению дополнит, силы притяжения, действующей ва др. электрон. Это притяжение можно рассматривать как обмен виртуальными фононами между электронами. Такое притяжение связывает электроны в узком слое вблизи границы ферми-поверхности. Толщина этого слоя в энергетич. масштабе определяется макс, энергией фонона Йшд Uvja, где сйр — дебаевская частота, и, — скорость звука, а — постоянная решётки (см. Дебая температура), в импульсном пространстве это соответствует слою толщиной Др К(И )1ир, где ир — скорость электронов вблизи поверхности Ферми. Соотношение веопределённостей даёт характерный масштаб области фононного взаимодействия в координатном пространстве [c.436]

Способность легко перемещаться внутри кристалла без к.-л. его нарушений является одной из интересных особенностей ЭДК, отличающей их от любых др. макроскопич образований и демонстрирующей их квантовую природу С этой особенностью связаны мн. свойства Э.-д. ж. Высо кая подвижность ЭДК наиб, наглядно была продемонст рирована в экспериментах с неоднородно деформирован ными кристаллами Ge. Ширина запрещённой зоны и следовательно, энергия покоящейся ЭДП) зависит от де формации, поэтому в неоднородно деформированных крис таллах энергия каждой ЭДП различна в разных точках Это эквивалентно наличию нек-рой потенц. энергии, про порциональной локальной деформации, или сил, пропор циональных градиенту деформации. При сравнительно не высоких одноосных неоднородных деформациях удаётся наблюдать перемещение ЭДК на расстояние до 10 м со скоростями, приближающимися к скорости звука в кристалле. В то же время при тех же условиях дрейф отдельных ЭДП и экситонов практически отсутствует. Высокая подвижность объясняется ещё одной удивительной особенностью капель Э.-д. ж. При своём движении макроскопич. ЭДК обладают очень малым трением о кристаллич. рещётку. Взаимодействие с колебаниями решётки сопряжено с изменением энергии электрона, а поскольку электроны и дырки в ЭДК вырождены, то в процессе рассеяния на фононах из общего числа носителей может участвовать лишь небольшая часть электронов и дырок, энергия к-рых близка к энергии Ферми. [c.558]

Физическая природа акустических нагрузок. Физическая природа образования акустических нагрузок на самолете связана с турбулентностью в потоке. Турбулентное смешение завихренных частиц газа (воздуха) с окружающей средой создает сложную систему трехметровых звуковых волн расширения и сжатия, распространяющихся в воздухе со скоростью звука. [c.91]

Подобно Юнгу 35 годами ранее, Верде также был с.муш,ен тем, что касается соотношения между объемной и линейной сжимаемостью жидкостей, как это следует из замечания в обзоре 1861 г. работы Вертгейма о том, что эта аналогия нуждается в дополнительных доказательствах. Тот факт, что прошло более десяти лет после выхода в свет широко известной статьи Вертгейма об этой аналогии, прежде чем появилась первая критическая работа по этому поводу, свидетельствует о непонимании вопроса большинством исследователей в середине XIX века. В самом деле, в 1851 г. Академическая комиссия, состоящая из Рено, Дюамеля и Коши (Wertheim [1851, 91), причем Коши— в качестве докладчика, заключила, что близкая корреляция предсказанной Вертгеймом скорости звука, исходя из скорости в водяном столбе, с данными Колладона и Штурма, является еще одним доказательством неприменимости атомистической теории к описанию физической природы. [c.336]

Прежде чем записать основные уравнения нелинейной акустики волно водов, поясним на простых примерах природу модового синхронизма Рассмотрим переотражение плоской волны между твердыми границами При отражении от такой границы фаза поля не меняется, и распростра нение по ломаной между границами происходит так же, как и по соот ветствующему прямому пути, с той лишь разницей, что эффективная ско рость перемещения энергии поля вдоль оси х (групповая скорость) ока зьюается меньше скорости звука Со- В случае волны конечной амплиту [c.151]

К нелинейным эффектам в известном смысле можно причислить и так называемое радиационное давление или давление ультразвукового излучения, которое, в частности, проявляется в виде постоянных пондеромоторных сил, действующих на препятствия, расположенные на пути распространения ультразвуковой волны. Давление ультразвуковою излучения существует и в свободном ультразвуковом поле в виде постоянной составляющей давления. Радиационное давление присуще любому волновому процессу независимо от его природы отю связано с изменением у препятствия величины переносимого волной импульса. Возникающие прп этом пондеромотор-ные силы малы известно, что для регистрации, например, давления света требуются весьма чувствительные приспособления. Давление ультразвукового излучения также является малой величиной по сравнению с амплитудой переменного давления в ультразвуковой волне. Тем не менее радиационный эффект следует непосредственно из линейных уравнений электродинамики и линеаризованных уравнений гидродинамики. Нелиней1юсть же точных уравнении гидродинамики приводит при расчете давления ультразвукового излучения к поправкам , соизмеримым с величиной эффекта, вычисленной в первом ириблпженни, в отличие от нелинейных поправок к другим акустическим параметрам, таким, например, как скорость звука, плотность энергии и т. д., в которые они входят в качестве величин второго и более высоких порядков малости. Эти сравнительно большие поправки к давлению ультразвукового излучения и представляют собой собственно нелинейный эффект. Отличие акустических [c.104]

Помимо механизма тепловыделения химической природы, о котором речь шла выше, существуют и другие механизмы теплоподвода к газу. При очень высокой температуре—порядка сотен миллионов и миллиардов градусов—в некоторых газах (находящихся при этих условиях в плазменном состоянии, т. е. представляющих собой смесь тяжелых частиц—ионов и легких частиц—свободных электронов) могут происходить ядерные реакции с превращением огромной энергии ядерных связей в конечном счете в тепловую энергию плазмы. При ЭТОМ механизмы распространения зоны тепловыделения, связанные с переносом тяжелых частиц (ионная теплопроводность и диффузия), перестают быть главными, основными же становятся электронная теплопроводность, излучение и диффузия высокоэнергетических нейтронов. Эти механизмы могут в некоторых случаях обеспечивать распространение зон тепловыделения (так называемого ядерного горения) с громадной скоростью (в дейтерий-тритиевой смеси с плотностью порядка 0,22 г/см скорость составляет 10 —10 км/с), превосходящей скорость звука, определяемую тепловым движением тяжелых частиц—ионов, не только в холодной смеси, нов некоторых случаях и в продуктах реакции. [c.109]

Однако оказывается, что при дальнейшем понижении температуры опять появляется возможность распространения звука. При этом скорость его будет, вообще говоря, иной, и он уже не будет представлять собой просто волну сжатия и разрежения. Это явление было предсказано Л, Д. Ландау [11] и названо им нулевым звуком . Ввиду того, что в определении природы звука существенно лишь соотношение между со и т, эти два звука могут быть охарактеризованы как низкочастотный звук ( ox l) и высокочастотный звук (сот 1). [c.38]

Эффект обращения волны в пьезокристалле полезно пояснить и непосредственно, aj " ф без использования диспер- Рис. 11.3. Типы взаимодействий акустичес-СИОННЫХ диаграмм. В самом ких волн в кристалле с электрическим деле, как следует из уравне- полем, ний состояния (2.3), выражение для упругих напряжений в этом случае содержит нелинейный член ij=eijkim UkiEm, где eij im— постоянные нелинейного пьезоэффекта. Если kx—Ш) и m sin 2Ш, то из элементарной тригонометрии следует, что в Ыц имеется слагаемое, пропорциональное os ( jr+ o/). Очевидно, оно и вызывает генерацию обратной волны. Впервые указанный эффект был предсказан в [381. Как выяснилось впоследствии, именно генерацией обратной волны обусловлено явление двухимпульсного электроакустического эха (более принято понятие фононного эха ), наблюдаемого в монокристаллах и кристаллических порошках [39—461. Например, при подаче на кристалл LiNbOg импульса продольной акустической волны с частотой 550 МГц и после приложения к нему через время т импульса электрического поля на частоте 1100 МГц появляется серия эхо-сигналов, если время т удовлетворяет условию зе (2лЧ-1) Ыс, п=0, 1,2,..., где L — длина кристалла, с — скорость звука [431. Первые эхо-сигналы появляются вскоре после действия поля, однако сигнал максимальной амплитуды (истинное эхо) наблюдается в момент времени t=2x. Амплитуды сигналов эха пропорциональны произведению амплитуд задающих импульсов в соответствии с параметрической природой процесса. Явление фононного эха наблюдалось во многих работах для различных типов волн и в разных кристаллах и порошках. В частности, эхо на по- [c.295]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...