Скорость звука. Затухание звука Распространение звука в жидкостях

Так как амплитуда рассеяния Д представляет собой комплексную величину, действительная и мнимая части которой зависят от со, то скорость распространения звука в жидкости с пузырьками будет обладать дисперсией и поглощением, поскольку действительная часть волнового числа, как всегда, определяет скорость распространения волны, а комплексная часть числа — ее затухание. Затухание звука, являясь функцией от со, складывается из поглощения в чистой жидкости без пузырьков и затухания, вызванного многократным рассеянием волн на пузырьках [c.163]

Ввиду малой длины волны У. характер его распространения определяется в первую очередь молекулярной структурой среды, поэтому, измеряя скорость с и коэф. затухания а, можно судить о молекулярных свойствах вещества (см. Молекулярная акустика). Характерная особенность распространения У. в многоатомных газах и во мн. жидкостях—существование областей дисперсии звука, сопровождающейся сильным возрастанием его поглощения. Эти эффекты объясняются процессами релаксации (см. Релаксация акустическая). У. в газах, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием (см. Поглощение звука). Жидкости и твёрдые тела (особенно монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие проводники У., затухание в них значительно меньше. Поэтому области использования У. средних и высоких частот относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только У. низких частот. [c.215]

Прямая труба постоянного поперечного сечения является составной частью всех звукопроводов, применяемых на практике, и потому рассмотрение законов распространения звука в такой системе очень важно для решения всех вопросов акустики, связанных с экспериментом. Будем предполагать, что боковые стенки трубы абсолютно твердые и совершенно не проводят тепла. Допущение наличия упругости и теплопроводности стенки приводит к значительному усложнению решения задачи. Эти факторы дают добавочное затухание звука вследствие отдачи энергии колебаний стенке и приводят к искажению плоского фронта волны. Внутреннее трение в газе (или жидкости), заполняющем трубу, будем учитывать в упрощен-. ной трактовке, считая, что скорость движения частиц одинакова по всему сечению (т. е. считая волну плоской), и принимая силу трения пропорциональной этой скорости. Фактически при малой вязкости скорость почти постоянна по всему сечению и быстро падает лишь в узком пограничном слое у стенки. Кроме того, будем считать, что диаметр трубы значительно меньше длины волны. При этом условии неоднородность скорости по сечению трубы, даже если она возникла, быстро выравнивается и волна становится плоской (см. гл. 6). [c.77]

Если в жидкости имеются газовые пузырьки и содержание их не слишком значительно, то плотность жидкости мало меняется от наличия пузырьков, Однако влияние пузырьков на сжимаемость жидкости чрезвычайно велико при этом пе безразлично, в фазе или в противофазе со звуковой волной совершаются колебания пузырьков. Известно, что пузырьки, размеры которых меньше резонансного для данной частоты звука, колеблются в фазе с колебаниями давления в звуковой волне пузырьки, размеры которых больше резонансного, колеблются в противофазе с изменениями звукового давления [26]. Таким образом, если частота звука / меньше резонансных частот / имеющихся в жидкости пузырьков, то сжимаемость среды будет увеличиваться, а скорость звука — уменьшаться. Если же частота звука больше резонансных частот пузырьков, то колеблющиеся в противофазе пузырьки уменьшают сжимаемость среды, и при определенных соотношениях / и /д скорость звука в жидкости, содержащей пузырьки, может стать выше, чем в дегазированной жидкости. Наличие резонансных пузырьков, вносящих чисто активное затухание, вообще не влияет на скорость распространения звука. [c.405]

Исследованию распространения ультразвуковых волн в жидкостях посвящено большое количество работ [1, 129—132]. Теория, связывающая скорость распространения ультразвука в жидкостях с составом и строением молекул последних, отсутствует. Одновременно получили широкое распространение не имеющие теоретического обоснования эмпирические правила, как будто намечающие подобную связь. Вполне понятно поэтому желание исследователей увеличить экспериментальный материал о распространении звука в жидкостях и таким путём определить границы применимости эмпирически установленных закономерностей и попытаться установить их природу. Это обстоятельство является одной из причин обилия в литературе исследований скорости и поглощения звука в жидкостях. Большую роль при этом играло и то обстоятельство, что ультраакустические измерения методически просты и позволяют определять скорость и затухание звука в жидкостях, взятых в очень небольших количествах. Указанные измерения возможно производить практически при любых температурах, начиная от температур, близких к абсолютному нулю [133—135], и кончая критической температурой [4, 136, 137, 357]. [c.149]

Упомянем в связи с приведенными здесь результатами работу Морзе [310], в которой рассматривалось затухание звука в насыщенной газом пористой несжимаемой среде. В отличие от Цвиккера и Костена там принималась произвольная ориентация поровых каналов, причем при больших радиусах каналов учитывалась зависимость проницаемости от частоты. Такое уточнение можно провести и для системы (5.1) — (5.УП), если подставить выражения для коэффициента проницаемости (11.11) в уравнения движения и полностью рассчитать характеристики распространения монохроматического звука. Воспользовавшись подобным соображением, Био [258] получает для насыщения среды капельной жидкостью те же результаты, что и раньше для волн малых частот (Р (г) 1 при 2 -> 0), и, кроме того, изучает большие частоты. Он получил асимптотическое выражение для скорости [c.98]

Своеобразными особенностями обладает распространение звука в ферми-жидкости. Обычный звук может распространяться в жидкости лишь при условии Q V, где v — эффективное число соударений элементарных возбуждений. Поскольку в ферми-жидкости v = аТ , то при достаточнонизких температурах затухание звука резко возрастает и звук перестает распространяться. Л. Д. Ландау показал, однако, что при выполнении обратного условия Q v в ферми-жидкости могут распространяться колебания особого рода — нулевой звук (ранее возможность таких колебаний в ферми-газе со слабым взаимодействием между атомами была установлена В. П. Силиным, 1952). Скорость этого звука не выражается через сжимаемость жидкости, как для обычного звука, а определяется кинетическим уравнением для функции распределения элементарных возбуждений. Введя обозначение т) = Wj/f, где — скорость звука, это уравнение можно для простейшего случая, когда функция / не зависит от 0 F-i = 0), записать в виде [c.697]

Если твёрдое тело граничит с жидкостью и скорость звука в жидкости Су меньше скорости с л в твёрдом теле (это справедливо почти для всех реальных сред), то на границе твёрдого тела и жидкости возможно распространение затухающей волны рэле-евского типа. Эта волна при распространении непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней отходящую от границы неоднородную волну (рис. б). Фазовая скорость данной поверхностной волны с точностью до процентов равна сц, а коэфф. затухания на длине волны 0,1, т. е. на пути 10Я волна затухает примерно в е раз. Распределение по глубине смещений и напряжений в такой волне в твёрдом теле подобно распределению в рэлеевской волне. [c.255]

На низких частотах (до 10 гц) комплексный модуль объемной упругости К можно измерить непосредственно, как описана в работе Мак-Кинни и др. [70]. На высоких частотах для этой цели Донфор и Литовиц [77 ] использовали распространение звука в эмульсии исследуемой яшдкости и несмешивающейся с ней другой жидкости. Однако в большинстве случаев измеряется скорость и затухание продольных волн в диапазоне нескольких мегагерц. Эти измерения дают значения следующих комбинаций величин К + и К" + Чтобы полу- [c.350]

Теория распространения звука через жидкость, содержащую пузырьки, неоднократно подвергалась экспериментальной проверке. Карстенсен и Фолди [11 ] проводили измерения затухания звука, вносимого пузырьками, на частоте 20 кгц, которой соответствуют резонансные пузырьки с радиусом Я 0,16 мм. Пелена пузырьков создавалась с помощью микро-диснерсоров, установленных на дне глубокого бака с водой. В первом опыте микродисперсоры включались на непродолжительное время, после чего пузырьки различных размеров начинали всплывать к поверхности. Поскольку скорость всплытия пузырьков определяется их размерами, то между излучающим и приемным датчиками, установленными в жидкости, в каждый фиксированный момент времени проходили пузырьки приблизительно одного размера, но с течением времени характерный размер пузырьков менялся. Объемная концентрация пузырьков всех размеров в первом опыте была небольшой (10 —10 ), что существенно меньше приведенной предельной величины концентрации резонансных пузырьков. [c.400]

Несколько сложнее оказываются соотношения при использовании такого рода ультразвуковых ячеек в качестве модуляторов света при приеме телевидения. Так, например, передавая изображения, состоящие из 250х 250 элементов при частоте в 25 кадров в секунду, нужно передавать примерно 1,6-10 сигналов в секунду. Следовательно, собственная частота кварца должна быть не ниже 10 гц. Кроме того, в этом случае нужно обеспечить значительное затухание, которое, как говорилось выше, достигается применением жидкостей с большим акустическим сопротивлением. Увеличение поперечного сече-, ния ячейки позволяет удлинить путь звуковых волн и, таким образом, выиграть в силе света, однако при этом за счет конечной скорости звука появляется некоторая инерционность. Так, например, короткий видеоимпульс при ширине просвечиваемой звуковой волны Ъ см я при скорости звука 1000 м сек дает вспышку света длительностью 5-10" сек. Такая инерция (расширение импульса) определяется не частотой звука, а скоростью его распространения в примененной жидкости. Вырезывание узкого участка звуковой волны не улучшает дела в силу связанных с этим потерь света. [c.416]

Методами А, с. пользуются в молекулярной акустике при исследовании газов и жидкостей. Анализ частотных зависимостей параметров распространения УЗ в твёрдых телах позволяет определить экстремальные диаметры ферми-поеерхностей и эфф. массы электронов, выявить несовершенство кристаллич. решёток, дислокации, домены, кристаллиты и т. п. Дополнит, информация о структуре исследуемого вещества может быть получена при изменении внеш. услови11 темп-ры, давления, напряжённости электрич. и магн, полей, освещённости, интенсивности проникающих излучений и т. п. В таких исследованиях, как правило, определяют не абс. значения параметров распространения, а их относит, изменения, при этом эти ивмерения на один-два порядка точнее абс. измерений. Такой подход позволяет, нанр,, проводить исследования слабых растворов биополимеров, где требуется разрешающая способность 10 —10 при измерениях приращений скорости звука, в то время как при измерении абс. значения скорости может быть достигнута точность 10 —10 . Аналогично при измерении относит, приращений коэфф. затухания может быть достигнута точность (2—5 -10 , при этом значения абс. величины измеряются с точностью (2—5)-10 . [c.43]

Соответственно с понижением темп-ры возрастает затухание звука, так что при Г=0 распространение обычного звука невозможно. Возможно, однако, распространение колебаний особого рода — нулевого звука, в к-ром происходит сложная деформация ф-ции распределения ква.1нчастнц. Закон дисперсии этих колебаний, как и у обычного звука, линейный (n=U(J (где ш — частота колебаний, к волновое число), но скорость их распространения 1/(, не выражается непосредственно через сжимаемость (8), а требует для своего определения решения кинетич. ур-ния. Затухание нулевого звука нропорц. большей из величин (Асс) и и при низких темп-рах мало. Нулевой звук представляет собой бозевскую ветвь спектра возбуждений ферми-жидкости. [c.270]

Предлагаемая книга посвящена распространению ультразвуковьЕх волн в жидкостях, газах и твердых телах, рассматриваемых как сплошные среды с разными характеристиками упругости. В ней систематизированы вопросы, имеющие непосредственное отнощение к специфике ультразвука возможности генерирования направленных пучков плоских волн, высокой интенсивности ультразвукового излучения и т. д. В связи с этим основное внимание в книге уделено различным аспектам распространения плоских волн их общим характеристикам, затуханию, рассеянию на неоднородностях, отражению, преломлению, прохождению через слои, интерференции, дифракции, анализу нелинейных явлений, пондеромоторных сил, краевых и других эффектов в ограниченных пучках. Рассматриваются также сферические волны, которые формируются при пульсационных колебаниях сферических тел, в дальней зоне излучателей малых размеров, в ультразвуковых фокусирующих системах. Большинство из этих вопросов обсуждается применительно к продольным волнам для сред, обладающих объемной упругостью, а для других типов волн, в частности для сдвиговых волн в жидкостях и твердых телах, дополнительно рассматриваются те вопросы, которые составляют их специфику. К ним относятся граничные и нелинейные эффекты в твердых телах, трансформация волн, их дисперсия, поверхностные волны, соотношения между скоростями звука и модулями упругости в кристаллах, в том числе в пьезоэлектриках. [c.2]

Другие процессы, которые приводят к зависящим от температуры поправкам для распределения энергии в жидкости (например, испарение и конденсаци/Ч в двухфазных смесях плп ионизация и рекомбинация в газах прп высоких температурах), могут также влиять на акусыпеское затухание на длине волны, давая пиковые значения при некоторой характерной для данного процесса частоте и последующий спад кривой, однако при этом изменение скорости звука (от равновесного до замороженного значения) мало. Заметим также, что затухание совершенно другого тина, связанное с касательными напряжениями (214), играет важную роль каждый раз, когда звуковые волны распространяются по касательной к твердой стенке, например при распространении звука в трубе с твердыми стенками этот случай кратко рассматривается в гл. 2. За дальнейшими подробностями относительно процессов диссипации в жидкости следует обращаться к разд. 3.5. [c.111]

В заключение упомянем еще несколько работ, имевших целью по скорости звука в суспензии определить сжимаемость взвешенных в ней частиц. Уже в 1930 г. Герцфельд [848] опубликовал теорию распространения звука в жидкостях со взвешенными в них малыми твердыми или жидкими частицами. Предполагая, что как размеры частиц, так и амплитуда колебаний малы по сравнению с длиной звуковой волны, и пренебрегая затуханием, Герцфельд получил следующее уравнение [c.269]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...