Возбуждение звука в жидкостях

Нужно признать, что после измерений поглощения и дисперсии по тонкой структуре, возбужденной светом газового лазера, появилось неожиданно много свидетельств в пользу применимости упрощенного варианта теории для описания распространения звука в жидкостях с малым сдвиговым и сравнительно большим [c.302]

Звук. Так же как и в бозе-жидкости, распространение звука в ферми-жидкости имеет ряд специфических особенностей (хотя и других, чем в бозе-жидкости). Если рассматривать звук заданной частоты, то при не слишком низких температурах его распространение происходит по законам обычной гидродинамики. Затухание звука будет при этом пропорционально времени между столкновениями возбуждений X. При понижении температуры вероятность столкновений будет уменьшаться пропорционально квадрату размытия ферми-распределения, а следовательно, время столкновений будет увеличиваться по закону Т При температурах, когда х становится порядка 1/со, звук вообще перестает распространяться. [c.38]

Исследование точных условий, при которых образуются струи, является предметом большой трудности. Можно было бы даже сомневаться в том, происходит ли вообще образование струй в жидкости без трения, движущейся с настолько малыми скоростями, что соответствующие давления, которые пропорциональны квадратам скоростей, незначительны. Но для воздуха, движущегося под действием давлений, имеющихся в резонаторах, с которым нам и приходится иметь дело, нужно принять, что струи иногда могут встречаться. Около двух лет назад, производя опыты с одним из латунных резонаторов Кенига высоты с, я заметил, что, когда соответствующий камертон, сильно возбужденный, располагался около устья, из сопла на противоположной стороне выходила струя воздуха значительной силы. Эта струя способна усилиться до такой степени, что может задуть свечу, на пламя которой она направлена. Эффект этот не связан с каким-нибудь особым движением воздуха около ножек камертона это можно показать, установив камертон на резонансный ящик и обратив открытый конец ящика к устью резонатора получаемый эффект лишь немного меньше по интенсивности. Аналогичный результат был получен с камертоном и резонатором, настроенными октавой ниже (с). Более близкое исследование обнаружило тот факт, что на краях сопла поток, текущий наружу, заменяется потоком в противоположном направлении, так что язык пламени расположенной подходящим образом свечи представлялся входящим в сопло, между тем как другая свеча, расположенная непосредственно впереди, задувалась. Эти два эффекта в действительности чередуются и только кажутся одновременными вследствие неспособности глаза уследить за столь быстрыми изменениями. Образование струй должно вызывать серьезную потерю энергии движения. Чтобы получить сильный звук от резонатора этой формы, необходимо поэтому каждый раз, когда к нему подносится соответствующий камертон, закрывать сопло. [c.212]

Если допустить, что ухо способно разлагать музыкальную ноту на составляющие, или частичные тоны, то отсюда почти необходимо следует, что эти более элементарные ощущения соответствуют простым колебаниям. До тех пор, пока мы остаемся в рамках принципа суперпозиции, это — тот вил разложения, который осуществляется в механических приспособлениях,—как, например, в резонаторах, — и все наиболее очевидные факты доказывают, что ухо разлагает звук по таким же законам. Кроме того, априорные вероятности для этого случая, повидимому, дают указания в этом же направлении. Трудно предположить, что физиологические эффекты— электрической, химической или еще какой-нибудь неизвестной природы— создаются непосредственно прикосновением звуковых волн, представляющих просто периодическое изменение давления в жидкости. Теория слуха Гельмгольца основана на более естественном предположении, — что непосредственный эффект волн состоит в сообщении простого механического колебания определенным внутренним вибраторам ), а нервное возбуждение следует затем как вторичное явление. [c.431]

Ландау [55] предполагал, что вблизи абсолютного нуля Не II может протекать вдоль стенки без какого бы то ни было трения, если только относительная скорость течения меньше скорости звука с. Чтобы понять это предположение, надо рассмотреть движение некоторого постороннего тела со скоростью у в покоящейся жидкости. Поскольку единственными возможными возбуждениями в жидкости являются фононы, то энергия и импульс могут передаваться жидкости только путем а) возбуждения новых фонОнов и б) рассеяния уже существующих фононов. Предположим, что энергия передается путем возбуждения группы фононов, характеризуемых числами заполнения [c.450]

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]

При наличии релаксационных процессов энергия поступательного движения молекул в звуковой волне перераспределяется на внутренние степени свободы. При этом появляется дисперсия скорости звука, а зависимость коэфф. поглош,ения на длину волны от частоты имеет в этом случае максимум на нек-рой частоте, наз. частотой релаксации. Величина дисперсии скорости звука и величина максимального коэфф. поглощения зависят от того, какие именно степени свободы возбуждаются под действием звуковой волны, а частота релаксации, равная обратному значению времени релаксации, связана со скоростью обмена энергией между различными степенями свободы. Т. о., измеряя скорость звука и поглощение в зависимости от частоты можно судить о характере молекулярных процессов и о том, какой из этих процессов вносит основной вклад в релаксацию. Этими методами можно исследовать возбуждение колебательных и вращательных степеней свободы молекул в газах и жидкостях, процессы столкновения молекул в смесях различных газов, установление равновесия при химич. реакциях, перестройку молекулярной структуры в жидкостях, процессы сдвиговой релаксации в очень вязких жидкостях и полимерах, различные процессы взаимодействия звука с элементарными возбуждениями в твёрдых телах и др. [c.220]

В жидкости Э. и. используют для излучения звука низких частот, на к-рых применение резонансных магнитострикционных преобразователей и пьезоэлектрических преобразователей становится затруднительным. Для излучения значительной мощности на низких частотах требуется большая амплитуда смещений излучающей поверхности. Это относительно просто реализуется в Э. и. с помощью податливой подвески диафрагмы. Кпд Э. и. при работе в жидкости невысок и составляет 5—6%. Известны мощные импульсные Э. п., предназначенные для излучения в жидкость коротких импульсов акустических и работающие по принципу ударного возбуждения (напр., путём пропускания через виток подвижной системы разрядного тока от накопителя электрич. энергии). [c.385]

Для возбуждения и одновременно измерения резонанса используют искатель типа показанного на рис. 11.14, возбуждаемый непрерывно колеблющимся излучателем и, как известно, имеющий некоторое количество жидкости для акустического контакта. (На рисунке показана ламповая схема, потому что приборы, применявшиеся для этой цели, обычно еще были ламповыми). Частота при этой схеме изменяется вручную при помощи конденсатора С. Резонанс выявляется измерительным прибором 1а для анодного тока по увеличению отбора энергии. Прибор тарируют по пластинам с известной толщиной, имеющим такую же скорость звука в материале. [c.284]

Брэгговская дифракция света в поле ультразвуковых волн тоже может быть использована для получения акустико-оптического изображения (раздел 8.6) под влиянием контролируемого объекта, помещенного в отклоняющую ячейку (см. рис. 8.21), ультразвуковая сетка изменяется и соответственно изменяется лазерный свет, искривленный на решетке. Поскольку звуковое поле распространяется со скоростью звука в используемой жидкости, свет последовательно отклоняется от всех участков звукового поля в соответствии с распределением амплитуд и фаз. Для получения изображения с помощью телевизионной камеры и экрана требуется еще только синхронизация возбуждения звука и отклоняющего напряжения, С помощью схем вентиля времени можно диафрагмировать участки звукового поля, не предназначенные для получения изображения (например, отражения от помех). [c.296]

Если предположить, что частота возбуждения насоса равна 91,7 Гц и скорость звука в гидравлической жидкости составляет с = 1300 м/сек., то критическая длина столба масла будет равна [c.122]

Вынужденное рассеяние Мандельштама — Бриллюэна может возникать в любых средах, где может возникать электрострикция,— в сжатых газах, жидкостях и прозрачных твердых телах. Это явление играет разнообразную роль в различных процессах взаимодействия лазерного излучения с веществом. В некоторых случаях эта роль положительна, например при лазерном возбуждении звука в жидкостях (лекция 17) в других случаях эта роль отрицательна, например ВРМБ может вызывать деструкцию твсрды.х прозрачных диэлектриков при распространении через них мощного лазерного излучения (лекция 18). [c.159]

Тепловой механизм возбуждения звука в жидкости. Возбуждение звука при испарении жидкости. Оптический пробой в жидкости. Вынужденное рассеяние Мандельштама—Лриллюзна [c.205]

Тепловой механизм возбужденпя звука в жидкости. Буде.м рассматривать процесс возбуждения звука в жидкости при фокусировке пмпульспого лазерного излучения внутри ее объема. В этом разделе ограничимся тем случае.м, когда иод действием излучения исходное агрегатное состояние — жидкость — пе иэме-206 [c.206]

Турбулентные пульсации скорости тох<е являются источником возбуждения звука в окружающем объеме жидкости. В этом параграфе будет изложена общая теория этого явления [М J Lightliiil, 1952). Будет рассматриваться ситуация, когда турбулентность занимает конечную область Уо, окруженную неограниченным объемом неподвижной жидкости. При этом самая турбулентность рассматривается в рамках теории несжимаемой жидкости — вызываемым пульсациями изменением плотности пренебрегаем это значит, что скорость турбулентного движения предполагается малой по сравнению со скоростью звука (как это предполагалось и во всей главе III). [c.406]

Современные представления о природе взаимодействия света со звуком сложились под влиянием пионерских работ Л. И. Мандельштама и Л. Бриллюэна (см. [1]), которыми впервые было предсказано существование тонкой структуры рэлеевской линии рассеяния. Эти работы послужили стимулом к открытию в 1932 г. Дебаем и Сирсом и независимо от них Люка и Бикаром (см. [2J) явления дифракции света на ультразвуковых волнах в жидкости. С тех пор было опубликовано большое число как теоретических, так и экспериментальных работ (см. монографию [1] и обзоры [3— 5]), посвященных различным аспектам рассеяния света на звуке, в том числе и изучению с его помощью тепловых возбуждений в жидкостях и твердых телах. В результате этих исследований было получено много физически важных результатов. В частности, удалось экспериментально обнаружить сверхстоксово поглощение и дисперсию звука в жидкостях. [c.339]

I — характерный размер и — перемещение. К — вязкость упруго-вязкой среды у — удельная поверхностная энергия материала а — коэффициент температуропроводности а — коэффициент теплового расширения АТ — разница температур теля и среды, вызывающая разрушение материала JJ, коэффициент Пуассона w — скорость потока жидкости п — частота возбуждения потока а — коэффициент теплообмена — коэффициент теплопроводности тела коэффициент теплопроводности газа v — кинематичесипя вязкость Др — перепад давления газа р — плотность с —удельная теплоемкость а- — скорость звука в заданной среде g — ускорение земного притяжения q — удельный тепловой поток — температура среды — [c.217]

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]

Простейший видР. а.— релаксация внутримолекулярного возбуждения, или квеэеровская релаксация. Такая Р. а. происходит, напр., в двухатомных и многоатомных газах, где энергия поступат. движения молекул в звуковой волне переходит в энергию, связанную с колебат. и вращат. степенями свободы молекул, т. е. изменяется заселённость вращат. и колебат. уровней. Др. виды Р. а. структурная релаксация в жидкостях, при к-рой акустич. волна инициирует изменение ближнего порядка в расположении молекул жидкости хим. релаксация, при к-рой под действием звука сдвигается равновесие в хим. реакции. В твёрдом теле звуковая волна нарушает равновесное распределение фононов, что приводит к релаксац. процессам, определяющим решёточное поглощение звука. Один из видов Р. а. в твёрдом теле — релаксация разл. дефектов кристаллической решётки — как точечных, так и линейных дислокаций), связанная с движением дефектов под действием механич. напряжений в упругой волне. При распространении звука в полупроводниках и металлах нарушается равновесное распределение электронов проводимости, что также приводит к релаксации, а следовательно, к дополнит, поглощению звука. [c.328]

Н. Н, Боголюбовым для описания сверхпроводимости метод и—и-преобразования послужил основой сверхтекучей модели ядра (В. Г. Соловьёв, С. Т. Беляев). Важную роль в понимании значения сверхтекучести и взаимодействия между квазичастицами в коллективных свойствах ядер сыграла микроскопич. теория квадрупольиых ядерных возбуждений (С. Т. Беляев, 1959). Коллективная. модель интерпретировала эти возбуждения как поверхностные колебания, в то время как микроскопич. теория приводила к объёмным колебаниям—аналогу нулевого звука в фер-ми-жидкости. Это противоречие было устранено в 1972 [c.659]

Уравнение (8.24) аналогично уравнению распространения звука в релакси-рующеы газе (из-за химической реакции замедленного возбуждения степеней свободы частиц и т. д.).Аналогия релаксации в гетерогенной среде, порождаемой различием инерционных свойств фаз (на примере взвешенных инородных частиц в жидкости п самой жидкости), с релаксацией, определяемой существованием неравновесного параметра состояния в многоатомных газах, по свидетельству работы [194], была установлена акад. Л. И. Мандельштамом. В связи с этим заметим, что в достаточно разбавленных суспензиях каждая взвешенная частица окружена частицами жидкой фазы, взвешенные частицы не контактируют друг с другом. Поэтому для таких сред допустима математическая двухфазная модель (см. 3), согласно которой средние фазовые давления равны. Таким образом, здесь будут справедливы условия, приближенно выполняющиеся в волне давления в мягких насыщенных грунтах и горных породах. Воспользовавшись этим, сразу можно сделать вывод о том, что выражения (8.25)—(8.26) выполняются для продольных волн в разбавленных суспензиях. Используемые в выражении (8.26) значения Vg, v , как отмечалось при анализе формулы (7.19), были выписаны именно для суспензий Геертсмой и Смитом [293]. Заметим также, что, например, соотношение (8.25) можно переписать в виде [c.78]

Согласно квантовой механике всякое возбужденное состояние жидкости можно описать с помощью так называемых элементарных возбуждений . Основное состояние жидкости обладает импульсом, равным нулю. Если лш теперь переведем систему в возбужденное состояние с некоторым импульсом р, то для этого потребуется некоторая энергия. Эта энергия не произвольна. Минимальная энергия е (р), которая необходима, чтобы сообщить системе импульс 9, называется энергией элементарного возбуждения. Состояние жидкости, имеющее импульсу и энергию е(2 ), можно рассматривать как состояние, в котором в жидкости существует одно возбуждение — квазичастица с импульсом р и энергией е р). Все остальные возбужденные состояния, достаточно близкие к основному, можно рассматривать как совокупность нескольких таких возбуждений с различными импульсами. Функция е р) — спектр элементарных возбуждений — дает, таким образом, полное энергетическое описание возбужденных состояний ). Вид функции е р) для жидкого Не можно выяснить теоретически лишь в пределе р 0. В этом пределе колебания жидкости сводятся к обычному звуку, частота которого й связана с волновым вектором к соотношением Й = ки- , где щ — скорость звука, обычным образом выражаемая через сжимаемость жидкости (для Не = 240 м1сек). В квантовой механике этой формуле соответствует закон дисперсии элементарных возбуждений [c.653]

Первый корень щ соответствует обычному звуку, в сверхтекучей жидкости его называют первым. Второй описывает распространение незатухаюш их колебаний температуры — второй звук. При низких температурах его можно наглядно представлять себе как звук, распространяюш ийся в газе возбуждении. [c.659]

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]

Коэфф. = л Р 1рс связан с релаксационными процессами, возникающими в веществе при изменении давления и темп-ры в звуковой волне (см. Релак сация акустическая, Объемная вязкость). Такими необратимыми процессами являются, напр., процессы возбуждения колебат. и вращат. степеней свободы молекул, диссоциация, хим. реакции, перестройка ближнего порядка молекул в жидкостях, различные релаксационные процессы в твердых телах. Релаксационное поглощение сопровождается также дисперсией звука. Если период звуковой волны сравним с временем релаксации т процесса установления, ответственного за П. з. в данном веществе, то соответствующая часть коэфф. поглощения равна [c.66]

Мы не будем более подробно останавливаться на вопросах, касающихся гидродинамики сверхтекучей жидкости. Распространение звука в жидком Не , а также процессы взаимодействия возбуждений, приводящие к различным диссипативным явлениям (вязкости, теплопроводности и т. д.), разобраны в многочисленных специальных работах и подробно изложены в обзорах Е. М. Лифщица [8] и И. М. Ха-латникова [7], к которым мы и отсылаем читателя. [c.27]

Теория предсказывает возможность двух типов коллективных возбул<дений (волн), распространяющихся в ферми-жидкости ) один из этих типов назвали нулевым звуком (в этом случае возбуждения связаны с отклонением формы поверхности Ферми от сферической), второй тип аналогичен спиновым волнам (см. гл. 16). [c.269]

Мощное звуковое поле в жидкости порождает маленькие паро газовые пузырьки, которые под действием этого поля могут расти захлопываться и вызывать такие эффекты, как химические реакции, эрозия, звуколюминесценция и излучение звука (шума) в широкой полосе частот. Эти эффекты характеризуют физическое явление, называемое акустической кавитацией. Гидродинамическая кавитация, или образование и захлопывание парогазовых пузырьков (полостей), или образование разрывов в жидкости в местах локального понижения давления при обтекании тел, течений в трубах, в кильватерной струе и т. д., отличается только способом возбуждения и имеет много общего с явлением акустической кавитации. [c.138]

Существующие в настоящее время гипотезы взаимосвязи процессов дегазации и кавитации весьма противоречивы. Некоторые авторы [70, 88] считают, что дегазация жидкости возможна только при наличии кавитации, после образования парогазовых полостей, которые, увеличиваясь в размерах из-за диффузии и коалесценции, покидают жидкость. По мнению других [72], дегазация с кавитацией не связана, а определяется диффузией газа в пульсирующие пузырьки, уже существующие в жидкости, и последующей их коалесценцией. Чтобы ответить на этот вопрос однозначно, нужно сопоставить кинетику процесса дегазации при низких интенсивностях звука, когда кавитация заведомо отсутствует, и при наличии кавитации. В этой связи определенный интерес представляет сообщение [93] о существовании оптимальной для дегазации области интенсивностей, в пределах которой скорость изменения концентрации газа наибольшая. Эта область со стороны меньших значений интенсивности ограничена величиной кавитационного порога. Совпадающее с возникновением кавитации увеличение скорости массообмена авторы приписывают действию двух факторов 1) увеличению числа пузырьков-зародышей, происходящему в результате образования и отделения микропузырьков с поверхности пузырьков благодаря возбуждению поверхностных мод колебаний большой амплитуды 2) повышению диффузионного потока газа на пузырек вслед- [c.314]

Прямое механическое возбуждение звука хотя и не является бесконтактным, но осуществляется без контактирующей жидкости. Эти методы, строго говоря, не являются неразрушающими, но могут применяться при контроле промежуточных продуктов (полуфабрикатов) с шероховатой поверхностью. При механических ударах или трении в теле возникает звук, имеющий составляющие и в высокочастотной (мегагерцевой) области. [c.168]

При возбуждении в жидкости итенсивных ультразвуковых колебаний возникает сложное физическое явление — акустическая кавитация. Интенсивными считают такие колебания, которые создают звуковые поля с амплитудами давления, превышающими прочность жидкости на разрыв (более 1 Вт/см ). Кавитация в жидкости вызывает такие эффекты, как ускорение химических реакций, эрозия, звуколюминесценция и излучение звука. [c.24]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...