Распространение упругих волн в жидкостях и газах

В основу теории распространения упругих волн в жидкостях и газах положены уравнения состояния жидкости, уравнения движения Эйлера, уравнение непрерывности для плотности жидкости и уравнение, выражающее закон сохранения энергии, — всего шесть уравнений относительно давления р, плотности р, скорости v и температуры Т. Все перечисленные величины характеризуют свойства и состояние движения жидкости в том смысле, что они являются численными выражениями свойств элемента объема А У вещества, настолько малого по своим линейным размерам, что в пределах этого объема они не зависят от изменения координат точек пространства, ограниченного этим объемом. [c.154]

В У. в. механич. напряжения пропорц. деформациям (Гука закон). Если амплитуда деформации в твёрдом теле превосходит предел упругости материала, в волне появляются пластич. деформации и её наз. упругопластической волной. Аналогом таких волн в жидкостях и газах являются волны т. н. конечной амплитуды. Скорость их распространения зависит от величины деформации. [c.234]

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ — дефектоскопия, объединяющая методы неразрушающего контроля, основанные на применении упругих колебаний ультразвукового (более 20 кгц) и звукового диапазона частот. Методы У. д., использующие преимущественно звуковые частоты, обычно называют акустическими методами (см. Акустическая дефектоскопия). У. д. применяется для выявления внутренних и поверхностных дефектов в деформированных полуфабрикатах, слитках и готовых деталях несложной конфигурации, изготовленных из металлич. и не-металлич. материалов. Используется также для измерения толщин при доступе к изделию с одной стороны. Методы У. д. основаны на влиянии дефекта на условия распространения и отражения упругих волн или режим колебаний изделия. Упругие волны способны распространяться в материалах на значительные расстояния. В твердом теле могут существовать продольные, поперечные (сдвиговые), поверхностные, нормальные (свободные, волны Лэмба), стержневые и др. волны. В жидкостях и газах распространяются только продольные волны. [c.373]

Ультразвуковая волна — распространение упругих колебаний в сплошной среде (газах, жидкостях и твердых телах). [c.111]

В предыдущих главах были рассмотрены колебания ограниченных упругих тел с распределенными параметрами. На примере струны, закрепленной на концах, было показано, что смещение частиц струны, возникшее в начальный момент времени в каком-либо месте, распространяется вдоль струны в обоих противоположных направлениях в виде поперечных упругих волн, которые, многократно отражаясь от противоположных концов, в результате сложения образуют поперечные колебания с определенным набором частот, амплитуд и начальных фаз. В этой главе будут исследованы основные законы распространения упругих волн в пространстве, когда среду можно считать безграничной. Для начала в качестве упругой среды примем жидкости и газы. [c.153]

Диссипация механической энергии. Распространение упругих волн в реальных жидкостях и газах следует представлять как некоторый неравновесный процесс. Согласно основным положениям термодинамики, механическая энергия термодинамической системы равна максимальной работе, которую можно получить при переходе системы из данного неравновесного состояния в состояние термодинамического равновесия с первоначальной энтропией [c.374]

Акустические колебания характеризуются частотой, интенсивностью и видом. Виды колебаний в основном определяются свойства-м5й упругой среды и способом их создания. В жидкостях и газах, обладающих упругостью объема, акустические колебания распространяются с одинаковой скоростью во всех направлениях. В твердых телах, характеризуемых помимо упругости объема еще и упругостью формы (сдвиговой упругостью) и неодинаковостью деформаций растяжение-сжатие по различным направлениям (для анизотропных тел), закономерности распространения акустических волн значительно сложнее. [c.140]

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]

Для серьёзного изучения вопросов распространения упругих волн в газах, жидкостях и твёрдых телах рекомендуем следующие книги [c.440]

В последующих главах излагаются вопросы распространения звуковых, инфразвуковых и ультразвуковых волн в газах и жидкостях, главным образом в воздухе и воде, и приводятся основные применения этих волн. Последние две главы посвящены распространению упругих волн различных частот в твердых телах. Мы включили в книгу основные сведения из общей и прикладной сейсмологии, интересуясь, в основном, вопросами распространения упругих волн в земной коре.- Сейсмические волны — это упругие волны большой длины, или волны инфразвуковые, в этом смысле сейсмология представляет собой ту же акустику. [c.10]

Волну uj называют поперечной или волной сдвига (рис. 1.1, б). Направление колебаний в ней перпендикулярно направлению распространения волны, а деформации в ней сдвиговые. В жидкостях и газах поперечных волн не существует, так как в этих средах отсутствует упругость формы. Строго говоря, в жидкостях существуют волны, подобные поперечным, с передачей колебаний за счет сил вязкости, однако они быстро затухают. [c.20]

Необходимо отметить, что количество типов волн, возникающих в неограниченных средах, возрастает при переходе от жидких сред к твердым (сухим и насыщенным пористым). Так, в жидкостях и газах, имеющих только объемную упругость, существуют волны одного Р-типа. В твердых средах, обладающих еще и упругостью формы, одновременно могут возникать продольные и сдвиговые деформации, и, следовательно, распространяться Р- и 8-волны. В насыщенных пористых средах, в частности в осадочных горных породах, возможно одновременное существование четырех типов волн. Из них три типа Р-волн (первого, второго и третьего рода) связаны с распространением энергии упругих напряжений по скелету породы и порозаполнителю и один тип 8-волн - по скелету породы [2]. [c.12]

Эта формула показывает, что скорость зависит от плотности и упругих постоянных среды. Модуль Юнга Е можно определить как отношение между величиной растягивающей силы, приложенной к некоторому стержню, и возникающей при этом деформацией. Коэфициент Пуассона представляет собой отношение изменения ширины тела к изменению его длины, если растяжение стержня производится по длине. Значения для скоростей распространения продольных волн в твердых неограниченных телах, в жидкостях и газах приведены в табл. 2. [c.21]

В жидкостях и газах, к-рые обладают упругостью объёма, но не обладают упругостью формы, могут распространяться лишь продольные волны разрежения-сжатия, где колебания ч-ц среды происходят в направлении распространения волны. Фазовая скорость их i=yК р, где К — модуль всестороннего сжатия, р — плотность среды. Пример таких У. в.— звук, волны. [c.787]

По мере распространения ультразвуковой волны в сплошном объеме вещества происходят необратимые потери энергии, интенсивность волны падает. В жидкостях максимальные потери обусловлены внутренним трением (вязкостью), и менее — ее теплопроводностью. В газах влияние вязкости и теплопроводности одинаково. В твердых телах появляются потери энергии на упругий гистерезис и пластическую деформацию, а также рассеяние ее в пол и кристаллической структуре, зависящее от упругой анизотропии и величины зерна. [c.21]

УПРУГИЕ ВОЛНЫ—упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразных средах, напр, волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях, газах и твёрдых телах. При распространении У. в. в среде возникают механич. деформации сжатия и сдвига, к-рые переносятся волной из одной точки среды в другую. При этом [c.233]

Вычислим скорость распространения звука в жидкости с пузырьками газа. Ввиду того, что плотность смеси велика, а упругость обеспечивается упругостью воздушных пузырьков, скорость распространения звука в смеси должна быть низкой. Тогда, если и при распространении звуковой волны в смеси происходит идеальный теплообмен, то можно считать температуру практически постоянной. В этом случае давление и плотность смеси связаны уравнением (8.14). Если же при распространении звуковой волны теплообмен между пузырьками газа и жидкостью не успевает произойти, то для газа в пузырьках справедливо уравнение изо- [c.204]

В самом деле, при расчетах процессов добычи нефти существенную роль играет теория упругого режима фильтрации, в которой рассматриваются медленные фильтрационные течения в деформируемых глубинных пластах. К ней тесно примыкает теория движения газа по коллекторам газовых месторождений и подземных хранилищ. При исследовании термического состояния пористых пластов рассматривают общие закономерности межфазового теплообмена, термодинамических эффектов при движении по пласту жидкости и газа, а также задачи прогрева пласта и его теплоотдачи. Изучение процесса распространения сильных ударных волн в насыщенных жидкостью горных породах важно для применения взрывной техники в горном деле и строительстве. [c.3]

Закалка с применением ультразвуковых колебаний обеспечивает большую эффективность по сравнению с обычной закалкой. Звуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах. При распространении звуковых волн в жидкой среде происходит чередование сжатия во впадинах и разрежения в вершинах волн, при этом частота этого чередования соответствует частоте колебания звуковой волны. При пропускании через жидкость ультразвука частотой f = 18ч-20 кгц и выше наблюдается ультразвуковая кавитация. Она состоит в том, что в вершинах волн вследствие разрежения образуются мельчайшие пузырьки в тех местах, где прочность жидкости меньше из-за растворенного газа или каких-либо примесей. Образующиеся пузырьки захлопываются, создавая при этом местные мгновенные давления в несколько сотен атмосфер. Такие давления вызывают механические разрушения поверхности твердого тела, находящегося вблизи мест захлопывания пузырьков. Это явление используется для удаления окалины с нагретого образца, помещенного в охладитель. [c.172]

Упругие волны могут распространяться не только в газах и жидкостях, но и в твёрдых телах. При этом в однородных твёрдых телах (в большинстве металлов — в железе, стали, алюминии) условия распространения упругих волн более благоприятны, чем, например, в воздухе звук распространяется в металлах на большие расстояния, испытывая гораздо меньшее поглощение. [c.349]

Групповая скорость. Скорость фронта. Скорость сигнала. Дисперсия упругих волн имеет место не только для стержня мы встречались с ней также, когда шла речь о распространении ультразвуковых волн в многоатомных газах и в органических жидкостях. [c.370]

В У. в. напряжения пропорциональны деформациям (закон Гука). Если амплитуда деформации в волне превосходит предел упругости вещества, в волне появляются пластич. деформации и ее наз. упруго-пластич. волной. В жидкости и газе аналогичную волну наз. волной конечной амплитуды. Скорость распространения таких волн зависит от величины деформации. При убывании напряжения возникает волна разгрузки, отделяющая область активной деформации от области разгрузки. Скорость раснрост])а-ненпя волны разгрузки зависит как от упруго-пластич. свойств материала, так и от формы возмущения. В стержне, ио к-рому прошла упруго-пластич. вол1са, сохраняются остаточные деформации но их расп])е-делению можно судить о динамических механич. характеристиках материала. [c.260]

Волновые процессы — нелинейные и линейные — в na TOi время интенсивно изучаются в различных областях физ1 электродинамике, физике плазмы, оптике, радиофизике, акуст гидродинамике и т. д. Механизмы распространения возмуще) естественно, сильно отличаются друг от друга. Например, у гие волны в жидкостях и газах существуют вследствие того, коллективное движение частиц среды создает чередующиеся i тия и разрежения, которые вызывают движение в следую слое жидкости (газа). Возмущение передается от слоя к слою имущественно в направлении, вдоль которого происходят кол ния частиц, т. е. волны в жидкостях и газах являются продольн] Твердые тела обладают сдвиговой упругостью, и в них м распространяться поперечные волны. Распространение электро нитных волн происходит вследствие того, что появляющееся i кой-либо точке пространства переменное электрическое возбуждает в соседних точках магнитное поле и.наоборот. [c.10]

В У. в. механич. напряжения пропорциональны деформациям (закон Гука). Если амплитуда деформации в твёрдом теле превосходит предел упругости материала, в волне появляются пластич. деформации, и её называют упруго-пластич. волной (аналогом таких волн в жидкостях и газах являются волны конечной амплитуды). Скорость их распространения зависит от величины деформации. При убывании (снятии) напряжения возникает т. н. волнаразгрузки, скорость распространения к-рой зависит как от упруго-пластич. свойств материала, так и от формы возмущения. В стержне, по к-рому прошла упруго-пластич. волна, сохраняются остаточные деформации по их распределению можно судить о динамич. механич. характеристиках материала. [c.353]

Упругие колебания в жидкостях и газах характеризуются одной из следующих величин изменением давления р или плотности, смещением частиц из положения равновесия и, скоростью колебательного движения , потенциалом смещения х или колебательной скорости ф. Следует отличать изменение давления или плотности, связанное с распространением акустических волн, от их статистического (среднего) значения. Все перечисленные величины взаимосвязаны, например u = gгa l5 v=grad

плотность среды t — время. [c.14]

В жидкостях и газах, которые обладают упругостью объема, но не обладают упругостью формы, могут распространяться тол1>ко продольные разрежения— сжатия, где колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны. [c.155]

Нелинейная упругость твердых тел помимо искажения формы профиля волны приводит еще к тому, что акустические волны в твердых телах взаимодействуют. Распространение в твердых телах помимо продольных волн еще и волн сдвига приводит к тому, что здесь возможностей взаимодействия волн по сравнению с жидкостями и газами существенно больше. В жидкостях и газах без дисперсии, как эго было рассмотрено в га. 2 и гл. 3, взаимодействуют волны только с колинеарньши В0ЛН0ВЫ1МИ векторами цри косых пересечениях звуковых пучков комбинационного рассеяния звука на звуке нет, т. е. вне области взаимодействия нет звуковых волн комбинационных частот. Иначе обстоит дело в твердых телах. [c.288]

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]

В последующих главах мы будем рассматривать распространение ультразвуковых волн в безграничной среде, которая обладает только объемной упругостью, но не имеет упругости формы и вязкости, т. е. является идеально текучей. В соответствии со сказанным в 6 гл. I, в такой среде, которой мы приписываем свойства идеальной сжимаемой жидкости, возможны лишь упругие деформации всестороннего сжатия, и, следовательно, в ней могут распространяться упругие волны только одного типа — волны сжатия (разрежения). Это существенно упрощает анализ возмущений и в то же время позволяет получить основные акустические соотношения для наиболее общего типа волн, которые могут существовать как в жидкостях (и газах), так и в твердых телах. В последних, как мы видели, возможны и другие упругие деформации, которым соотвег-ствуют иные типы волн, рассматриваемые ниже. Однако те соотношения, которые мы получим для волн сжатия в идеальной жидкости, будут справедливы и для других волн, поэтому в основных чертах они имеют общее значение для разных типов волн в различных средах. Реальные жидкости обладают некоторой упругостью формы. Такая упругость заметно проявляется лишь при очень больших скоростях деформации, значительно превышающих скорости, соответствующие ультразвуковым колебаниям самой высокой частоты, при которой они могут распространяться в жидкости без существенного затухания. Это дает основание считать скорости деформаций в ультразвуковой волне достаточно медленными, чтобы сдвиговой упругостью реальных жидкостей можно было полностью пренебречь. [c.29]

Большоеместоуделено ультразвуковым волнам и их применениям а также распространению звука в атмосфере (атмосферная акустика) в море (гидроакустика) и земле (сейсмология). Рассматриваются во просы распространения звуковых и ультразвуковых волн больше интенсивности в газах и особенно в жидкостях. Разбираются наибе лее важные вопросы аэротермоакустики (шум струи, порождение зву к турбулентностью). Рассмотрены вопросы распространения упруги волн в твердых телах (в особенности в металлах), а также основньп применения ультразвука при изучении упругих свойств тверды тел. Основное внимание обраш,ается на физический смь1сл того ил1 иного явления. [c.2]

В гл. 3 и 4 мы познакомились с нелинейными явлениями в газах и жидкостях при распространении в них акустических волн конечной амплитуды. Эти явления были связаны с нелинейностью уравнений движения и состояния. Как мы уже обращали внимание в гл. 8, в теории упругости изотропного твердого тела также имеют место подобного рода нелинейности. По этой причине распространение упругих волн в твердых телах должно приводить к явлениям, аналогичным изученным в гл. 3 и 4 генерации гармоник, взаимодействию волн, нелинейному поглощению и т. д. Вместе с тем, поскольку в твердых телах могут существовать несколько типов волн (продольные, поперечные, поверхностные), нелинейные эффекты здесь более многообразны. Качественно новые нелинейные явления можно наблюдать, если от изотропных диэлектриков перейти к случаю анизотропных кристаллов, кристаллов, обладающих пьезоэффектом, и в особенности полупроводниковых и ряда магннтоупорядочен-пых кристаллов. [c.280]

Распространение упругих волн в тверд1.1х телах сопровождается гораздо меньшими потерями, чем при прохождении волн через жидкости и газы, и отличается более высокой температурной стабильностью. В соответствии с этим твердые тела представляют значительно больший интерес в качестве элементов фильтров и резонаторов, предназначенных для аппаратуры связи. [c.431]

Подчеркнем, что все сказанное о волнах справедливо для распространения сравнительно малых возмущений (условие малости деформаций использовалось при выводе дифференциального волнового уравнения в рассмотренных задачах об упругих волнах в стержне и струне). Сильные возмущения подчиняются более сложным уравнениям, чем дифференциальное волновое уравнение (40.4), и их поведение весьма специфично. Упомянем ударные воякь [, солитоны в жидкостях и газах и т.п. Некоторые явления, связанные с распространением сильных возмущений, например смерчи, до сих пор не объяснены. [c.141]

Акустические колебания — это механические колебания частиц упругой среды, а акустические волны — распространение в этой среде механического В4>змущения (реформации) Акустические волны в жидкостях или газах характеризуются одной из следующих величин [52] изменением давления р или плотности, смещением частиц из положения равновесия и, скоростью колебательного движения V, потенциалом смещения или колебательной скорости ф Следует отличать изменение давления или плотности, связанное с распространением акустических волн, от их статического (среднего) значения Все перечисленные величины взаимосвязаны, например у = дгас1ф, ю—ди1д1, р=р<9ф/<9/, где р — плотность среды, t — время [c.12]

В металлах возбуждаются все типы волн, в газах и жидкостях— только продольные волны. Скорость распространения ультразвуковых волн зависит от тина волны, илотности и упругих свойств среды. Для ультразвуковых колебаний характерны те же явления прелом--Ления, отражения, дифракдии, интсрферскцин, реверберации, что и для любых волновых движений [7, 10, 21]. В твердых телах скорость распространения упругих волн зависит от типа волны и, кроме того, от размеров тела, в котором она распространяется. Скорость распространения сдвиговых волн определяется модулем сдви-та и плотностью. [c.116]

Данная книга представляет первый опыт обобщения большого количества работ в области нелинейной акустики —области, промежуточной между линейной акустикой и ударными волнами. В ней рассмотрено распространение интенсивных упругих волн в газах, жидкостях и твердых телах, радиационное давление, акустическое течение, кавитация, аэродинамическая генерация шума и термоакустика. Наряду с теорией приводятся основные экспериментальные результаты, а также некоторые экспериментальные методы исследования указанных нелинейных явлений. [c.2]

Теоретически диапазон ультразвуковых волн простирается до частот 10 —10 герц, выше них распространение упругих волн невоз.можно, так как длина волны становится сравнимой с размерами межмолекуляр-ных расстояний в твердых телах и жидкостях или с длиной свободного пробега в газе. Поскольку с увеличением частот ультразвуковь х волн существенно возрастает их поглощение средой, то возникают экспериментальные трудности, не позволившие пока исследовать всю область ультразвуковых колебаний. [c.110]

Ультразвуковые волны характеризуются длинами волн в твердых телах от 20 до 4-10 см, в жидкостях от 6 до 1,2- 10- см, в воздухе и газах от 1,6 до 0,3-10 см. Наиболее короткие ультразвуковые волны имеют длину порядка длин видимого света. Скорость распространения звуковых волн выражается произведением частоты / гц) на длину волны X с = Д и зависит от свойств среды в более упругой среде эта скорость выше, чем в менее упругой. Так, в воздухе скорость равна 331 м1сек, в воде 1497 м/сек, в стали 5810 м/сек, в меди 4600 м/сек, в свинце 2100 м/сек. [c.102]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...