ВЫСОКИЕ ЧАСТОТЫ Неоднородные среды

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]

Интересные эффекты наблюдаются при воздействии высокочастотных вибраций на жидкости с твердыми включениями. В экспериментах Челомея [12] наблюдалось парадоксальное поведение твердого тела в контейнере с жидкостью, совершающем вертикальные вибрации высокой частоты под действием вибраций тела с плотностью, превышающей плотность окружающей среды, всплывали, а тела, более легкие по сравнению с жидкостью, тонули. Много примеров воздействия вибраций на неоднородные системы обсуждается в монографиях 13-15]. [c.8]

Среднюю пробивную напряженность р. ср — напряженность при пробое диэлектрика в неоднородном поле — определяют на соответствующих образцах при условиях, приближающихся к эксплуатационным, когда поле отличается той или иной степенью неоднородности. Поэтому величина р. ср существенно зависит от толщины образца, его площади, свойств окружающей среды и др. Испытания на электрическую прочность производят при постоянном токе, при импульсах и при переменном токе. При постоянном токе за пробивное напряжение принимается постоянное напряжение на образце в момент пробоя при переменном синусоидальном токе — действующее значение напряжения. В некоторых случаях указывается амплитудное значение пробивного напряжения / р. акс- Пробивное напряженне диэлектриков при переменном токе зависит от частоты, поэтому, если это необходимо, испытания проводят не только при 50 гц, но и при более высоких частотах величину частоты оговаривают при испытаниях. [c.150]

При взрыве образуются сферические продольные и поперечные волны Р и 5, распространяющиеся от места взрыва во все стороны. Если же взрыв произведён вблизи поверхности, возникают также поверхностные волны . Такой источник даёт целый спектр частот упругих волн, начиная от самых низких и кончая высокими частотами. Волны разной длины отражаются от имеющихся границ раздела и преломляются при этом происходит трансформация волн — превращение их из Р в 5 и из 5 в Р, т. е. картина распространения получается весьма сложной. Кроме того, при своём распространении волны испытывают дифракцию и рассеяние на различного рода неоднородностях среды. [c.418]

Сказанное в равной мере относится к распространению волн в средах, имеющих характерный пространственный параметр. Примерами таких сред могут служить плазма (характерный размер — дебаевский радиус), неоднородная среда (масштаб неоднородности), а также обычные газообразные, жидкие и твердые тела при высоких частотах, когда длина звуковой волны становится сравнимой с длиной свободного пробега или периодом решетки, и приближение сплошной среды неприменимо. В этих случаях поле в данной точке среды зависит от значений поля в соседних точках, т. е. связь внутреннего и приложенного внешнего поля является нелокальной. Дисперсия, появляющаяся в этих случаях, называется пространственной. Итак, дисперсия становится особенно существенной в области частот и волновых чисел, близких к резонансным. Однако дисперсионные эффекты могут накапливаться с расстоянием, проходимым волной, и слабая дисперсия может стать заметной и вдали от резонансных частот. Примером может служить разложение света в спектр [c.56]

Р. 3. на случайных неоднородностях среды вызывает расплывание звукового пучка, что приводит также к затуханию звука по мере его распространения. На высоких частотах Р. з. на кристаллитах в поликристаллич. твёрдых телах позволяет обнаруживать области крупнозернистости это явление может также создавать мешающий фон (т. н. структурный шум) при УЗ-вой дефектоскопии. [c.299]

Подчеркнем еще раз, что для достаточно низких частот всякое изменение свойств среды будет резким и волна будет отражаться от сколь угодно плавного изменения волнового сопротивления и только по мере повышения частоты отражение будет уменьшаться, стремясь к нулю при бесконечном повышении частоты. Поэтому можно считать лучевую картину асимптотикой волновой картины в неоднородной среде для бесконечно высоких частот. Понятие слабо неоднородная среда относительно и зависит от длины волны. [c.141]

Если при распространении луч встретит границу, которая явится резкой и для той высокой частоты, для которой среду в целом можно считать слабо неоднородной, то он разделится на [c.141]

В 44 мы видели, что при достаточно высокой частоте волны (или достаточно медленном изменении свойств среды) бегущая плоская волна может распространяться в слоисто-неоднородной среде в направлении, перпендикулярном к слоям, без отражений. [c.183]

В работе [32] приводится новая формулировка базового уравнения эйконала в лучевом приближении и изучении прохождения объемных волн через зону с высоким градиентом скорости в связи с решением задачи о рассеянии упругих волн в неоднородной среде. Полученная зависимость коэффициента отражения от частоты колебания подтверждена экспериментальными наблюдениями. Распространение объемных волн с фазовыми и групповыми скоростями в поперечно-изотропной среде исследовано в работе [24] на физических слоистых моделях, состоящих из листов фенолита и бумаги. В результате физического моделирования установлено различие фазовых и групповых скоростей, а также выявлены изменения поляризации, амплитуд и скоростей волн при их распространении в анизотропной тонкослоистой среде. [c.40]

Сделаем одно замечание о быстром убывании обратного рассеяния в области высоких частот, показанном на рис. 2.6. Мы рассматриваем полностью некогерентный ансамбль неоднородностей, в котором все параметры описываются непрерывной функцией распределения ( непрерывная модель). В этом случае единственным параметром неоднородности среды является радиус корреляции г . При высоких частотах, когда длина волны X значительно меньше, чем г с, мы попадаем в область применимости геометрической акустики, в которой боковое рассеяние пренебрежимо мало и отлично от нуля только рассеяние вперед, что и объясняет полученную нами зависимость Дсо). Часто рассматривается ансамбль неоднородностей, когерентный по их размерам (например, сферические включения одинакового [c.115]

Акустический метод основан на способности упругих волн высокой частоты (более 20 кГц) распространяться в жидких, газообразных и твердых средах и отражаться от неоднородностей сред. [c.58]

Как правило, Д. з. мала, за исключением нек-рых спец. случаев, таких, как неоднородная среда (напр., пузырьки газа в воде) или очень высокие частоты. [c.167]

Так, весьма эффективен контроль массивных блоков из пластмассы. На сравнительно низких частотах (поскольку затухание УЗК в пластмассах велико) может быть получена высокая чувствительность и обнаружены мельчайшие неоднородности. Здесь оказывается преимущество гомогенной изотропной среды (пластмасса) перед гетерогенной анизотропной (сложный сплав). В последнем случае рассеяние УЗК структурными составляющими сплава приводит к повышению уровня шумов и к необходимости понижения чувствительности, при контроле же пластмассы такого рассеяния не наблюдается, чувствительность может быть использована полностью и индикатор реагирует не только на зону звуковой тени, но и на некоторое изменение интенсивности звукового поля за небольшим дефектом, что в известной мере компенсирует ограничение чувствительности метода вследствие дифракции. [c.342]

Условия сохранения тангенциальных компонент волновых векторов [см. (3.1)] носят общий характер. Они легко могут быть использованы для определения направлений распространения волн с комбинационными частотами более высокого порядка. Эти условия остаются в силе независимо от того, является ли излучение гармоники дипольным (электрическим или магнитным) или квадрупольным они справедливы и для анизотропной среды. В этом случае существуют два направления для волнового вектора с заданными тангенциальными компонентами. В общем случае здесь возникнет четыре неоднородные волны с суммарной частотой, соответствующие смешению двух преломленных волн с частотой о)1 и двух преломленных волн с частотой (й2- Если линейная среда также является анизотропной, возникнут две однородные прошедшие волны (угол преломления 0 и две отраженные волны (угол отражения 0 ). [c.346]

УЗ-вые волны затухают значительно быстрее, чем волны более низкочастотного диапазона, т. к. коэфф. классического поглощения звука (на единицу расстояния) пропорционален квадрату частоты. В низкочастотной области коэфф. релаксационного поглощения также растёт пропорционально квадрату частоты, однако при повышении частоты этот рост замедляется и коэфф. поглощения стремится к постоянной величине. Область, где наблюдается такое изменение хода коэфф. поглощения, наз. релаксационной, а средняя её частота — частотой релаксации. Величина, обратная частоте релаксации,— время релаксации — характеризует процесс перераспределения энергии внутри вещества. Помимо характерного хода коэфф. поглощения УЗ, в релаксационной области наблюдается рост скорости звука с частотой — дисперсия, обусловленная физич. процессами в веществе и отличающаяся от дисперсии скорости звука, характерной для любых частот и связанной с геометрич. условиями распространения волны. Дисперсия УЗ в релаксационных областях обычно не превышает нескольких процентов. В многоатомных газах релаксация связана с обменом энергии между поступательными и внутренними степенями свободы, и характерные частоты лежат в среднем и даже низкочастотном диапазонах. В жидкостях к основным релаксационным процессам относятся, напр., внутримолекулярные превращения, структурная и химич. релаксации соответствующие частоты лежат чаще всего в области частот 10 —10 Гц. В твёрдых телах имеются релаксационные процессы различной природы, обусловленные, напр., взаимодействием ультразвука с электронами проводимости, со спиновой системой (см. Спин-фононное взаимодействие), С колебаниями кристаллической решётки. Влияние этих процессов проявляется в частотной зависимости поглощения УЗ. Резонансные явления типа акустического парамагнитного резонанса (область частот 10 —11 Гц) и акустического ядерного магнитного резонанса (10 —10 Гц) дают соответствующие пики поглощения. Резонансный характер может иметь также и дислокационное поглощение в кристаллах. Все эти особенности поглощения УЗ в твёрдых телах обусловлены взаимодействием УЗ-вых и гиперзвуковых волн с внутренними возбуждениями в твёрдых телах. Возникновение же такого взаимодействия связано с тем, что средние и высокие УЗ-вые частоты становятся сравнимы с характерными частотами процессов в веществе на молекулярном и атомном уровне, а длины волн сравнимы с параметрами внутренней структуры вещества. Последнее обстоятельство объясняет также увеличение рассеяния упругих волн на УЗ-вых частотах, наблюдаемое в микронеоднородных средах, в поликристаллич. телах сечение рассеяния на неоднородностях возрастает, если их размеры становятся порядка длины волны.. Связь характера распространения УЗ и, в частности, его высокочастотной области — гиперзвука — со структурой вещества и элементарными возбуждениями в нём является одной из важнейших особенностей УЗ-вых волн. Она позволяет судить о строении вещества на основании измерений скорости и погло- [c.11]

Скорость звука в приближении коротких волн, когда длина волны много меньше масштаба неоднородностей темп-ры Т и скорости ветра U, равна с=20,1 - и С08ф, где <р — угол между направлениями распространения звука и ветра, Т — т. и. виртуальная темп-ра, учитывающая влияние влажности. Изменение скорости звука в пространстве может достигать неск. процентов, что приводит к значит, аффектам рефракции звцка и его рассеяния. К обычному для газов поглощению звука, когда коэф. поглощения а обратно пропорционален плотности среды р и прямо пропорционален квадрату частоты, добавляется поглощение, обусловленное влиянием влажности, к-рая при небольших относит, значениях может сун ,ественно увеличить коэф. а. Повышенное поглощение звука на высоких частотах приводит к тому, что па больших расстояниях в его спектре остаются гл. обр. низкие частоты (иапр., звук выстрела, peaKnii вблизи, становится глухим вдали). Звуки очень низких частот, напр, инфразвук от мощных взрывов с частото в десятые и сотые доли Гн, могут распространяться без заметного затухания на сотни и тысячи км. [c.141]

В другой X6MIV в одном плече, которое также становится самоюсти-рующимся, установлено пассивное обращающее зеркало. Фазовые сдвиги (без возможности их разделения на взаимные и невзаимные) можно измерять в любом плече. Если между расщепителем пучка и обращающим зеркалом находится оптически неоднородная среда, то качество интерференционной картины остается высоким за счет сопряжения поперечных компонент волнового фронта. Одновременно автоматически вьщеляется усредненный нулевой член его разложения по пространственным частотам (плоская волна нормальная к обращающему зеркалу) < ДФ> ц. В результате интерференционная картина смещается на (< ДФ> ц/тг) X полос ). Важным для дистанционных измерений явилось получение высококачественной интерференционной картины при внесении в плечо с обращающим зеркалом многомодового волновода с согласующими линзами [24]. [c.226]

Однородная жидкость, целиком заполняющая замкнутую полость, совершающую колебательное поступательное движение, может находиться в покое относительно полости. Более того, нетрудно убедиться, что такое состояние устойчиво в системе отсчета, связанной с границами полости, все возмущения затухают. Иначе обстоит дело в случае неоднородной жидкости эта неоднородность может быть различной природы — как следствие наличия примеси, неоднородного нагрева, границы раздела между жидкостями с различными свойствами, наконец, просто наличия свободной поверхности. Вообще говоря, в этом случае покой жидкости невозможен, а в тех специальных ситуациях, когда равновесие возможно, оно может оказаться неустойчивым. Решение точных неавтономных уравнений гидродинамики сопряжено с большими техническими трудностями. Однако если вибрации имеют высокую частоту и малую амплитуду, часто для приближенного описания движения возможно эффективное разделение переменных на быстроосциллирующие и медленные средние части, для которых методами осреднения можно получить сравнительно простые уравнения. В данной главе реализован такой подход как для объемно неоднородных (стратифицированных) сред, так и для систем с границей раздела. Изложенные здесь результаты основаны на работах [1-7. [c.72]

Эффект экранировки (ослабления) боковой волны слоями с скоростью распространения волн большей, чем в глубине нижнего полупространства, имеег место и в общем спучае. При падении плоской волны под критическим углом полного отражения такие слои играют роль потенццального барьера , препятствующего проникновению звука вглубь неоднородной среды, и при достаточно высоких частотах приводят к экспоненциальной малости величины /(— >, q ), входящей в числитель формулы (14.21), ло отношению к величинам f(0,q ) и Arj 9/(0, ,)/9f, входящим в знаменатель. Об экранировке боковых волн см. также [155]. [c.314]

Лучевой метод, несмотря на его приближенность, остается все еще мощным средством для изучения распространения волн в неоднородных средах в случае достаточно высоких частот. В этой главе мы изложим некоторые вопросы лучевой теории волноводного распространения, а также дадим обоснование этой теории, исходя из волновых представлений. Подробно будет рассмотрено поле при наличии каустик. При волноводном распространении лучевой подход применим при неслишком больших расстояниях между излучателем и точкой приема. Этот вопрос рассматривается в 45.3. [c.257]

В микронеоднородной же среде температурная неоднородность задается самой структурой среды размерами неоднородностей. В ней частота перехода со" определяется соотношением между размерами неоднородностей и длиной температурной волны. В микронеоднородной среде со" <С со, и выравнивание температур происходит при сравнительно низких частотах. При высоких частотах теплообмен ослабляется. На рис. 19.1 горизонтальный пунктир отвечает обратной величине характершэго размера а неоднородностей (например, радиуса зерен эмульсии). Точка пересечения этой прямой с параболой волновых чисел температурной волны лежит в области перехода от ньютон-лапласовой скорости к лаплас-лапласовой скорости звука в эмульсии. [c.61]

U " 1/1 Дг- Фазовый сдвиг в области частот w эквива-лентен временному сдвигу в области времен, так что коррекция в способе PSP эквивалентна растяжению или сжатию трасс при учете градиента скорости в стол-товской миграции. Но в PSP коррекция выполняется пошагово, для малых интервалов Дг, поэтому латеральные вариации скорости учитываются более корректно. Возможность более детального учета неоднородности среды по сравнению с классическим интегральным преобразованием Кирхгофа обеспечивает более высокое качество изображений, рис. 2.52. [c.55]

Акустические СТЗ. Акустический метод основан на сиособности упругих волн высокой (более 20 кГц) частоты распространяться в жидких, газообразных и твердых средах, отражаться от неоднородностей сред, а также на их способности поддаваться визуализации. На ультразвуковых частотах излучателям и приемникам упругих волн легко придать хорошую направленность, что облегчает использование этих волн для СТЗ. [c.101]

П. 3. в ТВ. телах определяется в основном внутр. трением и теплопроводностью среды, а на высоких частотах и при низких темп-рах — разл. процессами вз-ствия звука с внутр. возбуждениями в ТВ. теле фононами, электронами проводимости, спиновыми волнами и др.). Величина П. з. в тв. теле зависит от кристаллич. состояния в-ва (в монокристаллах П. з. обычно меньше, чем в поликристаллах), от наличия дефектов (примесей, дислокаций и др.), от предварит, обработки материала. В металлах, подвергнутых предварит, механич. обработке (ковке, прокатке и т. п.), П. з. часто зависит от амплитуды звука. Во многих тв. телах при не очень высоких частотах а (о, поэтому величина добротности не зависит от частоты и может служить хар-кой потерь материала. Самое малое П. 3. при комнатных темп-рах было обнаружено в нек-рых диэлектриках, напр, в топазе, берилле а 15 дБ/см при /=9 ГГц, железоиттрпевом гранате а 25 дБ/см при той же частоте. В металлах и полупроводниках П. з. всегда больше, чем в диэ.чектриках, поскольку имеется дополнит, поглощение, связанное с вз-ствием звука с эл-нами проводимости. В полупроводниках это вз-ствие может приводить к отрицат. поглощению , т. е. к усилению звука при условии, что скорость дрейфа носителей заряда превышает скорость распространения звуковой волны (подробнее см. Акустоэлектронное взаимодействие). С ростом темп-ры П. 3., как правило, увеличивается. Наличие неоднородностей в [c.554]

Р. 3. на случайных неоднородностях среды вызывает расплывание звукового пучка, что приводит к затуханию звука по мере его распространения. На высоких частотах Р. з. на кристаллитах в поликрист, телах позволяет обнаруживать области крупнозерни-стости, создающие мешающий фон (т. н. структурный шум) при УЗ дефектоскопии. В гидроакустике существенно Р. 3. на неоднородностях водной среды, на рыбах, планктоне и др. биол. объектах в водной толще, а также на неровной поверхности волнующегося моря и на неровном и неоднородном дне (объёмная, поверх- [c.622]

Применение акустической голографии. На ннфразву-ковых и низких звуковых частотах методами Г. а. можно получить информацию о структуре земной коры, о подстилающей дно океана поверхности, выявить наличие крупномасштабных неоднородностей в естественных средах. В диапазоне звуковых и низких УЗ-волн методы Г. а. применяются в подводном звуковидении, бесконтактной диагностике машин и механизмов по собственному шумоизлучению, при изучении полей разл. колебат. конструкций и т. п. В диапазоне высоких УЗ-частот Г. а. используется для получения акустич. изображений в самых разл. областях науки и техники, напр, в микроскопии акустической для биол. исследований, п устройствах медицинской диагностики для получении информации о строении внутр. оргапов, в дефектоскопии для получения изображений внутр. дефектов материалов. [c.514]

П, э. играет большую роль в квантовой электронике в нелинейной оптике ячейки с просветляющимся веществом используются для т, н. пассивной модуляции добротности и синхронизации мод лазеров, формирования коротких импульсов в лазерных усилителях и т. п. П, э. в газовых средах, помещённых в резонатор лазера а. обладающих доплеровски уширенной линией поглощения на частоте генерации, используется для стабилизации частоты и сужения линий генерации. В нели-нейной спектроскопии наблюдение П. а. в неоднородно уширенных линиях поглощения является ордт/i из методов регистрации спектров с высоким разрешением. [c.151]

Лазеры на фоторефрактивных кристаллах, описанные выше, продемонстрировали целый ряд особенностей генераторов с комбинированной активной средой. Однако в силу большой инерционности отклика фоторефрактивных кристаллов их использование для лазерных систем с динамическими неоднородностями не представляется возможным. В этом случае требуются более быстродействующие среды. В 6.2 была описана лазерная система с обращающим зеркалом на парюс Na. Такая система обладает высоким быстродействием (верхняя граничная частота порядка 10 МГц), но ее применение ограничено узким спектральным диапазоном - полосой поглощения Na. С этой точки зрения тепловая нелинейность является универсальной. Использование ее оказывается возможным для широкого спектрального диапазона. Хотя смешение волн на средах с тепловой нелинейностью обеспечивает не очень высокие значения Rf > случае гибридных лазерных систем этот недостаток компенсируется значительным усилением дополнительной активной среды. [c.210]

В принципе световое и вообще электромагнитное поле содержит все возможные длины волн, направления распространения и на правления поляризации. Но главное назначение лазера как прибора состоит в генерации света с определенными характеристиками. Первый этап селекции, а именно по частоте, достигается выбором лазерного материала. Частота V испускаемого света определяется формулой Бора Ну = и нач — конечн и фиксируется выбором уровней энергии активной среды. Разумеется, линии оптических переходов не являются резкими, а по различным причинам уширены. Причиной уширения могут быть конечные времена жизни уровней вследствие излучательных переходов или столкновений, неоднородность кристаллических полей и т. д. Для дальнейшей селекции частот используются оптические резонаторы. В простейшем СВЧ-резонаторе, стенки которого имеют бесконечно высокую проводимость, могут существовать стоячие волны с дискретными частотами. Эти волны являются собственными модами резонатора. Когда ученые пытались распространить принцип мазера на оптическую область спектра, было не ясно, будут ли вообще моды у резонатора, образованного двумя зеркалами и не имеющего боковых стенок (рис. 3.1). Вследствие дифракции и потерь на пропускание в зеркалах в таком открытом резонаторе не может длительно существовать стационарное поле. Оказалось, однако, что представление о типах колебаний (модах) с успехом может быть применено и к открытому резонатору. Первое доказательство было дано с помощью компьютерных вычислений. Фокс и Ли рассмотрели систему двух плоских параллельных зеркал и задали начальное распределение поля на одном из зеркал. Затем они исследовали распространение излучения и его отражение. После первых шагов начальное световое поле рассеивалось и его амплитуда уменьшалась. Однако после, скажем, 50 двойных проходов мода поля приобретала некую окончательную форму и ее амплитуда понижалась в одно и тоже число раз при каждом отражении (с постоянным коэффициентом отражения. Стало ясно, как обобщить понятие моды на случай открытого резонатора. Это такая конфигурация поля, которая не изменяется [c.64]

Нас интересуют в основном волны 3 и 3, выходящие из противоположных сторон пластины. Чтобы не усложнять без необходимости алгебраические выкладки, будем рассматривать только одну неоднородную волну, соответствующую первому члену в правой части выражения (6.1). Такое приближение представляется достаточно корректным, если линейный коэффициент отражения диэлектрика мал, 1.л1< ьм, Е2М <Е2,м- Не представляет труда обобщить уравнения и на случай высоких коэффициентов отражения. Этим же методом может быть исследован случай, когда в среде R имеется падающая волна с частотой (03. Постоянная распространения неоднородной волны опять равна оззС" 4 . Ниже мы опустим индекс 3, так как будем рассматривать лишь величины, относящиеся к суммарной частоте. При сделанных предположениях граничные условия для случая перпендикулярной поляризации можно записать в виде [c.366]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...