Искажение формы волны конечной амплитуды в процессе распространения

Искажение формы волны конечной амплитуды в процессе распространения [c.75]

Строго говоря, при конечной амплитуде гармонических колебаний источника формируемая им волна ул<се будет отличаться от синусоидальной. Одиако этим отличием можно пренебречь по сравнению с последующим искажением формы волны в процессе ее распространения. [c.76]

Качественное рассмотрение и оценка роли диссипативных эффектов. При распространении волны конечной амплитуды в реальной среде увеличение градиента колебательной скорости на переднем фронте волны при ее нелинейном искажении должно сопровождаться усилением диссипативных потерь, обусловленных вязкостью и теплопроводностью среды. Вследствие этого амплитуда волны будет прогрессивно убывать и, следовательно, процесс ее искажения будет затормаживаться. На некотором расстоянии от источника влияние диссипативных процессов должно полностью скомпенсировать влияние нелинейных эффектов, — при этом дальнейшее искажение формы волны прекращается, что принято называть стабилизацией формы волны. На самом деле стабилизации в полном смысле слова не происходит, так как при дальнейшем распространении амплитуда волны продолжает затухать, нелинейные эффекты при этом ослабевают н профиль волны на больших расстояниях начинает сглаживаться вплоть до восстановления синусоидальной формы. Поэтому под стабилизацией формы волны следует понимать ее максимальное искажение, а под расстоянием стабилизации (А,,яб) — расстояние, на котором достигается это искажение, от источника. Правда, термин стабильная форма волны в известной мере оправдывается тем, что профиль такой волны изменяется медленнее, чем профиль любой другой волны с теми же амплитудой и частотой. [c.87]

Мы обсудили, как проявляется диссипация в экспериментах по искажению звуковых волн и по нелинейному поглощению. Рассмотрим теперь кратко теорию распространения волны конечной амплитуды в среде с диссипацией. В такой среде процессы зависят уже от двух безразмерных чисел — Маха и Рейнольдса. Нелинейные эффекты для плоской волны обычно проявляются при числе Рейнольдса, не слишком малом, таком, чтобы диссипация не могла помешать развитию нелинейности, определяемой числом Маха. Особенно существенны искажение формы плоских синусоидальных волн и генерация гармоник в маловязких жидкостях на ультразвуковых частотах при Re>l. При распространении плоской волны в жидкости, обладающей диссипативными свойствами, процесс укручения будет происходить иначе, чем в среде, где диссипация отсутствует. При искажении волны, благодаря квадратичной зависимости поглощения от частоты, более высокие гармоники затухают сильнее и процесс искажения тормозится потерями. Ясно, что поглощение в такой волне должно быть значительно больше, чем для волны малой амплитуды. [c.76]

Распространение сферических и цилиндрических волн конечной амплитуды с качественной точки зрения во многом подобно процессу распространения плоских волн. Как и там, нелинейные явления вызывают изменение формы распространяющейся волны, что может привести к возникновению ударных волн, сопровождаемому интенсивным поглощением звука. Однако в количественном отношении имеются некоторые различия, проявляющиеся, в частности, в ином темпе нарастания нелинейных искажений при распространении сферических и цилиндрических волн, что вызвано изменением амплитуд таких волн при распространении вследствие их расхождения (или схождения). Для описания распространения сферических и цилиндрических волн конечной амплитуды систему уравнений гидродинамики и уравнение состояния удобно свести, подобно тому, как это было сделано при рассмотрении плоских волн умеренной интенсивности, к одному приближенному уравнению вида [48—51] [c.27]

В этой главе и гл. 3 будут рассмотрены процессы нелинейного искажения и взаимодействия упругих волн. Нели-вейное искажение волн (изменение формы профиля волны конечной амплитуды) происходит из-за того, что к скорости распространения волны добавляется скорость смещения частиц, а также из-за того, что локальная скорость звука в разных точках волны различна. Это приводит к тому, что сжатия движутся быстрее, чем разрежения еслп волна имела первоначально синусоидальную форму, то постепенно передние фронты ее становятся все более и более крутыми. При некоторых условиях, рассмотренных далее, возможно образование чрезвычайно узкого фронта волны, который может рассматриваться как слабый разрыв место образования разрыва, таким образом, можно считать периодическим источником слабых разрывов. Такая волна со слабыми разрывами на каждой длине волны, занимающими весь фронт, иногда называется пилообразной. В спектральных терминах искажение волны может быть интерпретировано как появление, рост и взаимодействие в процессе распространения гармонических составляющих (обертонов) волны. [c.48]

Подводя итог, можно сказать, что задача о конечных колебаниях поршня, рассмотренная в этом разделе, может решаться различными методами. Разложение решения по малому числу Маха в эйлеровых координатах приводит к своеобразной трудности в эйлеровых координатах поршень (колеблющийся синусоидально в лагранжевых координатах) совершает довольно сложное колебание, что приводит к появлению псевдогармоник даже у источников звука. Это различие между системами координат проявляется, если учитывать в решении члены и более высокого порядка малости. При решении задач с точностью до членов вид решения не зависит от выбора системы координат. Монохроматическая волна, излучаемая поршнем, по мере распространения искажается. В идеальной среде искажение формы волны происходит беспрепятственно вплоть до образования разрыва на конечном расстоянии от поршня. Степень искажения зависит от безразмерного числа о = ггМ. Искажение может быть представлено как возникновение, взаимодействие п рост гармоник в процессе распространения волны. Спектральное представление искажения удобно тем, что многие экспериментальные методы исследования нелинейного искажения основаны на выделении спектральных составляющих из волны конечной амплитуды (см. гл. 4). [c.80]

Таким образом, релаксирующие среды, вообще говоря, не являются средами, где коэффициент поглощения квадратично зависит от частоты. Высокочастотные гармоники, появляющиеся в процессе нелинейного искажения формы профиля волны, могут попадать в область ot 1, где релаксационная часть поглощения не зависит от частоты. Уже одно это может привести к некоторому отличию процессов пскажения и поглощения волн конечной амплитуды. Другим существенным обстоятельством является то, что в релаксирующих средах имеет место дисперсия скорости звука. то приводит к тому, что между появляющейся в области дисперсии гармоникой и порождающей ее волной могут в процессе распространения изменяться фазовые соотношения или, как иногда говорят, не выполняться условия синхронизма. [c.131]

Очень важен, далее, тот факт, что процесс распространения волны конечной амплитуды связан с искажением формы колебания. Непосредственно из (2.56) видно, что волна, возбуждаемая синусоидальным источником, даёт на некотором расстоянии от него несинусоидальный колебательный процесс. Чтобы сделать это более очевидным и, вместе с тем, оценить величину возникающего искажения, выполним приближённый расчёт интересующего нас явления. [c.81]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...