Механические колебания и волны

Т.8. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ [c.203]

Гц по аналогии с электромагнитными волнами, имеющими частоты ниже красной границы видимого света, т. е. по аналогии с инфракрасным электромагнитным излучением, называются инфразвуками, а механические колебания и волны в различных средах, имеющие частоты выше 20 000 Гц, называются ультразвуками (сравни ультрафиолетовое излучение). В последнее время в опытах с физическими средами и телами применяют механические колебания и волны с частотами 10 —10 Гц. Такие колебания со сверхвысокими для звуковой шкалы частотами называются гиперзвуками. [c.15]

Пособие содержит лекции по механическим колебаниям и волнам, которые являются составной частью раздела Механика курса общей физики. [c.2]

ЕЗ. Механические колебания и волны............................162 [c.27]

ГЛ. ПТ. механические колебания и волны [c.74]

Акустические колебания и волны. Акустические колебания — это механические колебания частиц упругой среды, а акустические волны — процесс распространения в этой среде механиче- [c.4]

Важным из этих предположений является идентичность изменения давления во времени во всех цилиндрах. Любая неправильность в циклах цилиндров нарушает это предположение. Эти неправильности могут возникнуть от изменений воспламенений, распределения топлива по цилиндрам, неправильной работы клапанов и т. д. Они обычно возбуждают основную гармонику цикла давления газов четырехтактных двигателей, которая становится очень интенсивной, и возникает повышенная низкочастотная вибрация двигателя. Эти неправильности также могут содействовать высокочастотным вибрациям двигателя. Как правило, фазовые соотношения сил инерции в многоцилиндровых двигателях приводят к тому, что внешняя неуравновешенная сила или полностью отсутствует или мала для двигателя в целом. В двигателях с двумя и более цилиндрами при равномерном расположении колен по окружности кривошипов центробежные силы инерции от отдельных цилиндров для двигателя в целом взаимно уравновешиваются. Однако эти силы, действующие в плоскостях расположения цилиндров, создают моменты, которые необязательно уравновешиваются между собой для двигателя в целом. Вибрацию двигателей обычно подразделяют на низкочастотную и звуковую. Под низкочастотной вибрацией будем понимать механические колебания, длина волн которых значительно превышает размеры двигателя, и поэтому двигатель можно заменить жесткой [c.187]

Единый подход к колебаниям и волнам различной физической природы, единые законы колебаний и волн, охватывающие как механические, так и электрические явления, дают возможность в данном случае использовать для расчета механических колеба-212 [c.212]

Таким образом, посмотрев внимательнее вокруг себя и проанализировав увиденное, можно отметить поразительную общность многих закономерностей, характерных для звука и света, механических и электромагнитных колебаний. Эти закономерности проявляются в колебаниях и волнах, описываемых едиными уравнениями для различных физических сред. [c.19]

Ультразвуковая дефектоскопия использует упругие колебания и волны. Акустические колебания — это механические колебания частиц упругой среды вокруг своего положения равновесия, а акустические волны — распространение в этой среде механического возмущения (деформации). Для контроля применяют колебания частотой 0,5...2,5 МГц. Акустические волны в жидкости или газах характеризуются одной из следующих величин изменением давления р, смещением частиц и, скоростью колебательного движения V, потенциалом смещения или колебательной скорости ф. Для плоской гармонической волны все перечисленные величины взаимосвязаны через потенциал скорости следующим образом [c.20]

Промежуточное (между твердым и газовым) жидкое состояние вещества порождает специфические трудности в изучении его структуры. Значительная часть информации о структуре твердых гетерогенных систем может быть получена из механических испытаний и изучения диаграммы состояния. При исследовании структуры жидких систем такие методы оказываются практически бесполезными. Основной объем информации о структуре жидкостей и их смесей получается при изучении ослабления и рассеяния различных видов электромагнитных колебаний и волн (рентгенографический, оптический, радиоспектроскопический, ультразвуковой анализ), термодинамических параметров состояния (плотность, сжимаемость, теплоемкость, коэффициенты температурного расширения и др.) и переносных свойств (вязкость, диффузия, тепло- и температуропроводность). [c.196]

Одними из перспективных методов интенсификации производства в нефтегазодобывающей промышленности являются методы, основанные на волновой технологии [1-3]. В ее основе лежит идея о преобразовании колебаний и волн в другие формы механического движения. Нелинейная волновая механика многофазных систем позволила открыть ряд эффектов, происходящих в многофазных системах, в частности односторонне направленное перемещение твердых частиц и капель и ускорение течений жидкости в капиллярах и пористых средах, увеличение амплитуды волны по мере удаления от источника из-за нелинейного взаимодействия волн и пр. Для реализации этих эффектов в промышленности необходимы генераторы, создающие требуемые типы волн — гармонические, периодические импульсы, ударные и т. д. В зависимости от конструктивного исполнения устройств, предназначенных для создания периодических импульсов, можно обеспечить как ударное, репрессивное, так и депрессивное воздействие на пласт с целью повышения производительности добывающих или приемистости нагнетательных скважин. Принцип действия некоторых конструкций, предназначенных для ударного воздействия на пласт, можно охарактеризовать как мгновенную остановку падающего столба жидкости. Для определения амплитуды ударного воздействия и формы импульса необходимо знать волновую картину (динамику распространения прямых и отраженных волн сжатия и разряжения), возникающую в жидкости. [c.208]

В курсе общей физики студенты обычно получают разрозненные сведения о механических колебаниях, звуке, оптике. Эти разделы курса по вечной нехватке времени кратки, но содержат повторения, более или менее произвольно выбранные детали, а основным идеям науки о колебаниях, охватывающей всю физику, часто уделяется скромное место. Недостатки такого преподавания давно осознаны, и идея о едином курсе волновых явлений не нова. Она была осуществлена в прекрасной книге Г. С. Горелика Колебания и волны , предназначенной для студентов старших курсов и вышедшей в 1950 г. [c.6]

Идея о колебательной общности кажущихся непохожими на первый взгляд явлений самой различной природы (механических, электромагнитных, химических, биологических и т.д.) в наше время представляется естественной не только искушенным исследователям, но даже вчерашним школьникам. Действительно, в ответ на вопрос, что такое гармонический осциллятор, многие из них приведут в качестве примера и маятник ходиков , и электрический контур, составленный из емкости и индуктивности одновременно. Тем не менее и сегодня колебательные явления и эффекты, наблюдаемые в не столь тривиальных ситуациях, зачастую не всегда легко связать с основными элементарными процессами. Особенно это относится к волновым задачам. Поэтому имеется насущная потребность в учебном курсе, в котором современная теория колебаний и волн предстала бы перед читателем своими явлениями и эффектами, обнаруживаемыми в самых различных приложениях, по допускающими единое описание и понимание. Подчеркнем, что, хотя формально единство колебательных и волновых процессов совершенно различной природы основывается на сходстве математических моделей, оно не исчерпывается им. Ничуть не менее важным является межведомственная система понятий, моделей и приближений, позволяющая ориентироваться в чрезвычайном разнообразии колебательных и волновых процессов, которые встречаются в природе и технике. [c.11]

Общей, или классической, акустикой называют раздел физики, имеющий дело с упругими колебаниями и волнами в классической сплои ной среде в случае, когда длины волн значительно больше расстояний между атомами и молекулами. Другими словами, общая акустика — это часть механики сплошных сред (гидродинамики и теории упругости), изучающая колебательные и волновые процессы. Если же среда характеризуется не только механическими, но и другими физическими свойствами (например, наличием пьезоэлектричества, фотоупругости, магнитных свойств и т. д.), то процесс распространения звука в такой среде может существенно зависеть от этих свойств. Для описания акустических явлений в этом случае уже недостаточно традиционных представлений механики сплошных сред. Необходимо использовать более общие модели, основанные на рассмотрении соответствующих явлений на макро- и микроуровнях. Это относится к взаимодействиям звука с тепловыми упругими волнами в кристаллах — фононами, взаимодействиям со светом — фотонами (акустооптика), со свободными носителями заряда — электронами (акустоэлектроника), с возбуждениями в магнитоупорядоченных кристаллах — магнонами. Когда длина волны становится сравнимой с параметром решетки кристалла, возникают специфические явления, которые также не могут быть описаны в рамках классической механики сплошных сред. [c.6]

С другой стороны, изучая звук и свет, механические и электромагнитные колебания, мы наталкиваемся на поразительную общность многих закономерностей. Развитие науки привело к тому, что все глубже познаются общие закономерности и связи качественно различных физических явлений. В связи с этим наряду с изучением особенностей механических, акустических, оптических и других явлений возникает целесообразность изучения всех этих явлений с точки зрения выявления общих закономерностей, свойственных этим явлениям. Такой подход позволяет выделить в качестве одного из отделов физики учение о колебаниях и волнах ). Этот отдел охватывает материал, рассматриваемый также в разделах механики, акустики, электромагнетизма и оптики. [c.19]

Мы не будем ограничиваться рамками оптики. Из того, как был определен спектр функции (спектр в математическом смысле), ясно, что этот термин принадлежит единому языку теории колебаний и волн (см. гл. 1, 1) функция типа (11.1) может изображать не только изменение напряженности электрического поля в световой волне, но и изменение напряженности поля в невидимой электромагнитной волне, давление в звуковой волне, силу тока и т. д. В связи с этим целесообразно под спектром в физическом смысле понимать не только ту картину, которая возникает в оптических опытах с призмой или решеткой, но и всякую реально существующую картину (например, на экране электронного осциллоскопа), являющуюся механическим, акустическим, радиофизическим аналогом оптического спектра. С такими картинами нам предстоит скоро познакомиться. При этом слово спектр как обозначение реально существующей [c.493]

В теории колебаний изучаются преимущественно общие черты электрических и механических колебаний, в механике сплошной среды и в электродинамике — преимущественно их специфические черты. Но и в пределах единого учения о колебаниях и волнах часто приходится при- [c.559]

Учение о звуке — акустика — описывает процессы механических колебаний и их распространение в твердых, жидких или газообразных веществах. В пустом пространстве не может быть звука, потому что пет материальных частиц — проводников колебаний — в противоположность, например, световым или высокочастотным колебаниям, при которых колеблется электрическое и магнитное состояние пространства самого по себе. Звуковая волна в воздухе выводит небольшой объем воздуха из состояния покоя и перемещает его возвратно-поступательно, тогда как световая волна не влияет на характер движения пространства. [c.14]

Трудности, связанные с этим, состояли в том, что поперечные колебания и волны не могут иметь места в жидкостях и газах. Упругие же колебания в твердых телах еще не были исследованы к тому времени. Учение Френеля о поперечных световых волнах дало толчок к исследованию свойств упругих твердых тел. Применение полученггых знаний к оптике повело к ряду принципиальных затруднен1 й, связанных с несовместимостью механических законов колебаний упругой среды и наблюдае.мых на опыте законов оптических явлений. Эти затруднения были устранены только с появлением электромагнитной теории света. Однако для интересующего нас вопроса о поперечности световых волн механические теории света дали очень много, и плодотворность их для того времени стоит вне сомнения. [c.372]

В 1986 году А.И.Весницкий был пригаашен на работу в созданный в Горьком филиал Института машиноведения им. А.А. Благонравова АН СССР, где он организовал и возглавил отдел волновой динамики машин. На этапе становления отдела и формирования его тематики большую помощь оказали советы и рекомендации А.В. Га-понова-Грехова. Научное направление волновой динамики механических систем было утверждено как одно из основных для филиала ИМАШа. Вместе с научным коллективом сюда перешел и семинар по динамике распределенных систем. На этом семинаре, который действует и поныне, выступили многие ведущие специалисты по теории колебаний и волн из научных организаций г Горького (ныне г. Н.Новгород), Москвы, Санкт-Петербурга и других городов России. [c.8]

Открытие нерегулярных колебаний в детерминированных динамических системах различной природы (физических, механических, технических, химических, биологических, экономических) стало одной из крупнейших научных сенсаций последних лет, вызвавшей громадный поток теоретических и экспериментальпых работ. Уже появилось немало обзоров и сборников статей (например [120, 122, 141, 143, 219, 257, 298, 313, 329, 339, 341, 418, 433, 484, 499, 525, 598, 665]), нескольких монографий [23, 157, 237, 336, 483, 655] и популярных работ [121, 168, 328, 626]. Соответствующие разделы вошли в некоторые учебные пособия [100, 314, 817]. Для литературы по колебаниям и волнам характерно разделение книг на общие и специальные. К книгам общего плана можно отнести [15, 92, 96, 100, 111, 132, 243—245, 252, 269, 307, 314, 346, 852, 359, 860], а также [157, 287], посвященные главным образом гамильтоновым системам к более специальным, в которых преимущественно рассматриваются системы конкретной физической природы,— [89, 90, 102, 103, 107, 116, 172, [c.5]

Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (31.08.1821-8.09.1894) — выдающийся не мецкий естествоиспытатель, в частности, создатель теории слуха, теории аккомодации и цветного зрения. Много сделал Гельмгольц и для науки о колебаниях и волнах. В 1869 г. он создал колебательный контур из емкости и индуктивности. Он также заложил основы теории вихревого движения в жидкости, на основе принципа механического подобия указал на механизм образования морских волн. [c.63]

Ранее неоднократно указывалось на условие Рэлея для теоретической оценки разрешающей способности тех или иных приборов. Реальное разделение двух дифракционных максимумов двух длин волн зависит от многих факторов и прен де всего от чувствительности приемника и разрешающей способности его светоприннмающей поверхности. Употребляя фотоэлемент, можно значительно повысить требования к разрешающей способности, так как с его помощью можно регистрировать изменения в интенсивности значительно меньшие, чем это улавливает глаз или фотопластинка. С другой стороны, неправильности в образовании спектральных линий, которые зависят как от механических колебаний и температурных изменений во время экспозиции, так и от аберраций оптических систем и качества материала, из которого они изготовлены, приводят к снижению разрешающей способности. К снижению paзpeшaюп eй способности приводит и излишнее ушнреиие входной щели прибора. Наконец, следует иметь в виду, что разрешающая способность, вообще говоря, может еще зависеть и от способа освещения щели, т. е. от степени когерентности освещающих щель пучков. [c.101]

Понятия о колебательных движениях и волнах сформулировались в начале XIX в. В то время получены линейные решения уравнений теоретической механики и гидродинамики, описывающие движения планет и волн на воде. Несколько позднее благодаря наблюдательности Д. С. Рассела [186], теоретическим исследованиям Б. Римана [97, 99] и других исследователей сформировалось понятие о нелинейных волнах. Однако, если линейные колебания и волны были весьма полно изучены в XIX в., что нашло отражение в фундаментальном курсе Д. Рэлея [177], то этого нельзя сказать о нелинейных колебаниях. Сознание того, что нелинейные уравнения содержат в себе качественно новую информацию об окружающем мире пришло после разработки А. Пуанкаре новых методов их изучения. Созданные им и другими исследователями методы интегрирования нелинейных уравнений нашли широкое применение в радиофизике [6] и механике твердых тел [73]. Более медленно нелинейные понятия и подходы входили в механику жидкости и твердого деформируемого тела. Показательно, что первые монографии, посвященные нелинейному поведению деформируемых систем, были опубликованы на-рубеже первой половины XX в. [39, 72, 107, 153]. В это же время резко возрос интерес к нелинейным колебаниям и волнам в различных сплошных средах. Сформировались нелинейная оптика, нелинейная акустика [97, 173], теория ударных волн [9, 198] и другие нелинейные науки [184, 195, 207]. В них рассматриваются обычно закономерности формоизменения волн, взаимодействия их друг с другом и физическими полями в безграничных средах. Нелинейные волны в ограниченных средах исследованы в значительно меньшей степени, несмотря на то что они интересны для приложений. В последнем случае важнейшее значение приобретает проблема формирования волн в среде в результате силового, кинематического, теплового или ударного нагружения ее границ. Сложность проблемы связана с необходимостью учета физических явлений, которые обычно не проявляют себя вдали от границ, таких как плавление, испарение и разрушение среды, а также взаимодействия соприкасающихся сред. В монографии рассмотрен широкий круг задач генерации и распространения нелинейных волн давления, деформаций, напряжений в ограниченных неоднородных сплошных средах. Большое внимание уделено динамическому разрушению и испарению жидких и твердых сред вблизи границ, модельным построениям для адекватного математического описания этих процессов. Анализируется влияние на них взаимодействия соприкасающихся сред, а также механических и тепловых явлений, происходящих в объемах, прилегающих к границам. [c.3]

Второй период охватывает время от конца 17-го до 20-х годов нашего века. И. Ньютон создает основу механики. Р. Гук (Англия) на опыте устанавливает пропорциональность мевду напряжениями и деф01ялациями в твердых телах - основной закон теории упругости. Х.Гюйгенс (Голландия) формулирует важный принцип - так называемый принцип Гюйгенса в волновом движении. С этого времени начи-назтся расцвет классической физики. Механика, гидродинамика и теория упругости, математическая физика, теория колебаний и волн, акустика и оптика развиваются в тесной взаимосвязи. В этот период акустика развивается как раздел механики. Создается общая теория механических колебаний, теория излучения и распространения упругих (звуковых) волн в различных средах, разрабатываются методы измерения характеристик звука (скорости звука, звукового давления в среде, импульса, энергии и потока знергии звуковых волн). Диапазон частот звуковых волн рася иряется и охватывает как область инфразвука, так и ультразвука (свыше 20 кГц).Выяо- [c.5]

Развитие акустики в значительной мере было стимулировано запросами военной техники. Задача определения положения и скорости самолета и вертолета (звуковая локация в воздухе), подводной лодки, связь под водой (гидроакустика) - все эти проблемы требовали более глубокого изучения механизма генерации и поглощения звука, распространения звуковых и ультразвуковых волн в сложных условиях. Проблемы генерации звука стали предметом обширных исследований и в овязи с общей теорией колебаний и волн, охватыващей воедино механические, электрические и электромеханические колебательные и волновые процессы. [c.7]

Это соотношение соответствует так называемой поперечной оптической моде. Описанное внутреннее движение в ячейке имеет сильную частотную дисперсию около резонансных частот. Можно поставить вопрос каково влияние этой сильной дисперсии на собственные моды линейного оптического распространения В частности, когда частота электромагнитной волны близка к резонансной частоте внутренних колебаний среды (т. е. ш -), то среда сильно возбуждается, ощутимая часть энергии переходит в механические колебания и распространение электромагнитной энергии ослабляется. Это подводит к понятию полярито-на — гибридного кванта, частично фонона (акустические колебания), частично фотона в окрестности резонанса, где имеется существенная дисперсия по волновому числу. Чтобы рассмотреть этот эффект наглядно, нужно связать уравнение [c.67]

Материалистическое обоснование единого подхода к колебаниям и волнам различной физической природы состоит в том, что единые законы колебаний и волн, охватывающие как механические (в частности, акустические), так и электромагнитные (в частности, световые) колебания и волны, являются отражением многочисленных общих черт, объективно присущих этим процессам. Именно отсюда проистекает и целесообразность единого колебательного подхода. Это необходимо подчеркнуть, так как существует и имеет хождение в буржуазной научной литературе другое — субъективное — толкование подобного рода целесообразности, сводящее все дело к удобству описания в духе махистского принципа экономии мышления . [c.20]

Вместе с тем, между единым учением о колебаниях и волнах и классификацией отделов физики по формам движения материи (принцип, положенный Энгельсом в основу классификации наук вообще )) нет, конечно, никакого противоречия. Из существования качественно различных форм движения (механических, электромагнитных и т. п.) никак не вытекает, что у них не может быть весьма существенных, объективно им присущих общих черт. Именно такие черты и изучаются в физике колебаний и волн, что в свою очередь не исключает, а, наоборот, предполагает отчетливое понимание качественных различий, например, между механическими и электромагнитными колебаниями и волнами (см. в этой связи последующие замечания в гл. II, 7 и гл. VIII, 12). [c.20]

Предварительные замечания. Мы опишем лекционные эксперименты, наглядно демонстрируюш,ие существование электромагнитных волн, свойства которых находятся в полном согласии с теми, которые выводятся математически из теории Максвелла (см. 3). Опыты, которые мы опишем, аналогичным по содержанию опытам Герца (см. 1), сыгравшим решающую роль для признания теории Максвелла. Основная идея их — показать, что такие волны возникают вокруг проводника, по которому течет быстропеременный электрический ток, подобно тому как около тела, совершающего механические колебания и находящегося в упругой среде, возникают акустические (упругие) волны. Подходящее приспособление (вогнутое зеркало) позволяет придать электромагнитным волнам, излучаемым проводником, вид плоских волн. Опыты, которые будут здесь описаны, в значительной степени аналогичны опытам Герца и по выполнению главное отличие в следующем Герц работал с искровыми контурами и пользовался возбуждаемыми в них затухающими электромагнитными колебаниями и не имел возможности усиливать колебания, возникавшие в приборе, воспринимающем электромагнитные волны в описываемых здесь опытах колебания генерируются ламповым генератором (автоколебательной системой) и являются незатухающими в приборе, воспринимающем электромагнитные волны, применяется условие, что позволяет получать даже при очень малой мощности источника эффекты, вполне заметные для очень большой аудитории. [c.251]

Выражение для скорости волн Гуляева-Блюстейна несложно найти из уравнения (8). Для слабых пьезоэлектриков (с малым коэффициентом электромеханической связи) скорость этих волн мало отличается от скорости пьезоактивных объемных волн той же поляризации—отличие составляет величину порядка К . Средняя глубина локализации у рассматриваемой волны совпадает с глубиной, на которой амплитуда механических колебаний, создаваемых волной. Спадает в е раз и в длинах волн Л равна [c.223]

Упругие колебания и волны. Упругость — это свойство твердых тел восстанавливать свои форму и объем (а жидкостей и газов — только объем) после прекращения действия внешних сил. Среду, обладающую упругостью, называют упругой средой. Упругие колебания — это колебания механических систем, упругой среды или ее части, возникающие под действием механического возмущения. Упругие или акустические волны — механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Частный случай акустических волн — слышимый человеком звук, отсюда происходит термин акустика (от греч. акизйкоз — слуховой) в широком смысле слова—-учение об упругих волнах, в узком — учение о звуке. В зависимости от частоты упругие колебания и волны называют по-разному (табл. В.1). [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...