Раздел 1. ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

РАЗДЕЛ 1 ЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ [c.6]

Звуковая волна, падая на поверхность раздела двух сред, как и световая волна, частично проходит в другую среду. При этом происходит преломление волны, т. е. если волна падает на поверхность раздела под углом фь то в следующей среде направление движения волны (звукового луча) будет под другим углом ( фг). Отношение угла падения к углу преломления (рис. 1.11) определяется отношением скоростей распространения звуковых колебаний в этих средах з п 1131/8111 г з2=с1/с2, где С1 и Сг — скорости звука в обеих средах. Если удельные акустические сопротивления обеих сред близки друг к другу, то почти вся энергия перейдет из одной среды в другую, а если при этом среды (или материалы из них) будут иметь разные скорости звука, то можно сделать акустические линзы из таких материалов (см. разд, 6), [c.18]

Есть три мотива, которые побуждают к изучению в этом разделе полных линеаризованных уравнений для стратифицированной сжимаемой жидкости, чтобы найти решения, которые могут включать как внутренние гравитационные волны, так и звуковые волны. Один мотив состоит в том, чтобы проверить наши предварительные условия для волнового числа, обеспечивающие правильность дисперсионного соотношения (24) для внутренних волн. Второй мотив состоит в том, чтобы найти условия, при которых звуковые волны не подвержены воздействию гравитации. Случай постоянной энтропии на единицу массы был рассмотрен в конце разд. 1.2 в этом случае р (г) = [со (г)] р (г) и в силу уравнений (4) и (12) = О, так что внутренние волны отсутствуют. Затем было сделано заключение о том, что уравнения звуковых колебаний являются точными для волновых чисел 2я/Х, больших по сравнению с ЕСд . В настоящем разделе мы расширим этот результат, показывая, что если звуковые волны должны испытывать пренебрежимо малое воздействие гравитации, то для любого N волновое число должно быть, кроме того, большим по сравнению с Таким образом, одна и та же пара ограничений на волновое число позволяет нам пренебречь как влиянием сжимаемости на внутренние волны, так и влиянием гравитации на звуковые волны при этих условиях звуковые и внутренние волны полностью разделены . Это наводит на мысль о третьей цели настоящего исследования получить основу для анализа, особенно в разд. 4.13, случаев, когда (из-за нарушения этих условий) существует связь между звуковыми и внутренними волнами. [c.356]

Рассмотренный на и элементарный случай соответствует падению на границу монохроматической волны при отсутствии затухания звука в средах. Изучение более близкого к реальному случаю падения на границу раздела звукового импульса и учет затухания звука в слое показывают, что осцилляции коэффициентов, отражения и прозрачности уменьшаются по мере роста ЛДс. Это объясняется уменьшением амплитуды колебаний интерферирующих волн по мере увеличения к. Следовательно, чтобы добиться оптимального просветления границы в реальном случае, следует брать наиболее тонкий просветляющий слой к = кп.14. [c.37]

В основе всех существующих в настоящее время представлений о механизмах воздействия звука на струйные течения лежит представление о гидродинамической неустойчивости свободного сдвигового слоя струи и струи в целом и об упорядоченных структурах, возникающих в струях вследствие этой неустойчивости. Наличие таких упорядоченных структур как в ламинарных, так и в турбулентных струях, подтверждено многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями. Предлагаемые различными исследователями механизмы воздействия звука на струйные течения охватывают все возможные способы воздействия на такие упорядоченные структуры. В частности, предполагают, что в турбулентных струях возможно прямое взаимодействие между звуком и турбулентной структурой потока, прямое воздействие звука на процесс передачи энергии от больших турбулентных вихрей к меньшим [1]. Другая точка зрения состоит в том, что звуковые колебания действуют на струю у среза сопла вблизи точки отрыва потока и приводят к образованию вихрей, которые по мере их распространения вдоль струи, вследствие неустойчивости струи и/или ее сдвигового слоя могут усиливаться или ослабляться в зависимости от частоты воздействия (см., например, [2]). Это наиболее распространенная точка зрения на процесс взаимодействия звука со струями. Высказывается также предположение, что возможна постоянная связь между звуковой волной, воздействующей на слой смешения, и возбужденной волной неустойчивости на протяжении нескольких длин волн неустойчивости [3] и, наконец, существует мнение, что взаимодействие звука со струей происходит через воздействие на поверхность раздела между струей и окружающим пространством [4]. [c.39]

Особого интереса заслуживает ультразвуковой контроль прочности сцепления 155]. Способ основан на том, что при прохождении ультразвуковых колебаний через материалы, обладающие различной плотностью, часть волн отражается от граничной поверхности раздела. Способ очень чувствителен, так как обнаруживает зазоры до 1 мкм. Если покрытие в отдельных местах отделено от основы, то в возникших воздушных зазорах звуковые волны будут отражены, что регистрируется на экране дефектоскопа. Сравнение опытных образцов с эталоном, прочность сцепления которого известна, позволяет оценить прочность испытуемого покрытия на отрыв. [c.174]

Этот раздел посвящен методам получения мощных звуковых и ультразвуковых колебаний п волн в газах, жидкостях и твердых телах. Здесь не будут рассматриваться методы получения средних и малых интенсивностей, так как ио этим вопросам есть много различных руководств. Нам хотелось бы обратить внимание читателей на ряд особенностей получения интенсивных колебаний и воли, а также отметить возможные причины, ограничивающие, во всяком случае в настоящее время, дальнейшее повышение интенсивности звука. [c.351]

Физическая характеристика ультразвуковых колебаний мало отличается от колебаний звукового диапазона. Ультразвуковые волны, проходя через различные среды, отражаются на границе раздела этих сред. Это позволяет использовать их для исследования непрозрачных тел — дефектоскопии, для обработки твердых и хрупких материалов, производить паяние и лужение, с их помощью удается получать редкие сплавы из металлов, которые не получаются в нормальных условиях, и др. [c.454]

Мощность ультразвуковых колебаний в этом случае значительно снижается. Это объясняется тем, что звуковая волна, попадая на границу раздела двух сред никель—вода с различными скоростями распространения звуковых волн (для никеля —5600 м/сек, а для воды — 1430 м/сек), приводит к отражению части энергии. [c.351]

Все виды упругих механических колебаний соответственно частотам условно разделяют на инфразвуковые до 16 Гц, звуковые от 16 до 2-10 Гц, ультразвуковые от 2-10 до 10 Гц. Ультразвуковые волны с частотой 10 Гц называют гиперзвуковыми. Диапазон частот, используемых для технологических целей, находится в пределах (1,6- 8,0) 10 Гц, т. е. начиная с верхних границ звукового диапазона. [c.255]

Интересное приложение результатов этого раздела можно произвести для объяснения явления, названного гармоническим эхо ). Если первичный звук является сложной музыкальной нотой, то различные составляющие ее тоны рассеиваются в неодинаковой пропорции. Октава, например, в шестнадцать раз сильнее в сравнении с основным тоном во вторичном звуке, чем это было в первичном. Нетрудно, таким образом, понять, каким образом эхо, отраженное от такого препятствия, как группа деревьев, может оказаться повышенным на октаву. Это явление имеет также и дополнительную сторону. Если на пути звуковых волн лежит значительное число небольших тел, то колебания, испускаемые ими во всех направлениях, происходят за счет энергии главного потока, и там, где звук сложный, возбуждение более высоких гармоник в рассеянных волнах предполагает пропорциональное отсутствие их в прямой волне после прохождения препятствий. Это является, может быть, объяснением некоторых эхо, о которых сказано, что они возвращают звук ниже первоначального действительно известно, что высота чистого тона часто оценивается слишком низко. Однако факты противоречивы, и весь этот вопрос требует дальнейшего тщательного экспериментального исследования, которое можно рекомендовать вниманию располагающих необходимыми условиями. В то время как изменение характера звука легко понятно и, действительно, в ограниченной степени должно вообще происходить, изменение высоты простого [c.153]

Своеобразное явление обращения второго звука в первый и обратно имеет место при отражении звука от границы между жидким гелием и его паром. Действительно, распространяющаяся в гелии II волна второго звука, отражаясь от поверхности раздела жидкость — пар, создает на ней колебания температуры, приводящие к периодическому испарению и конденсации газа, в результате в паре вблизи поверхности возникают колебания плотности, распространяющиеся в глубь пара в виде обычных звуковых волн. [c.71]

Одним из простых случаев является звуковое поле круглого плоского пьезоэлектрического излучателя (раздел 7.2). Он колеблется с одинаковой фазой и амплитудой по всей поверхности и передает частицам граничащего с ним вещества свое собственное движение в виде колебаний (продольная волна) или сдвиговых колебаний (поперечная волна). Такой источник звука называется идеальным поршневым излучателем, поскольку в случае жесткой стенки он действует как колеблющийся поршень. В остальном он создает такое же звуковое поле, как и диафрагма того же размера, через которую проходит плоская волна (теорема Бабине, рис. 4.1), поскольку движение частиц в отверстии аналогично их движению на генераторе колебаний. [c.76]

Метод шлирен-оптики (раздел 13.5) основан на эффекте Дебая —Сирса [307, 935]. Колебания плотности, связанные со-звуковой волной, обусловливают в прозрачной среде соответствующие колебания коэффициента оптического преломления. Это используется преимущественно для изображения звуковых [c.194]

Пусть волна с амплитудой колебаний падает из среды 1 с плотностью р, и скоростью звука q под углом 0, на поверхность раздела со средой 2, имеющей плотность р2 и скорость звука с2- Используя решение волнового уравнения с граничными условиями, требующими равенства смещений и звуковых давле -ний на границе раздела, можно показать следующее [c.50]

Три нормальном падении звука на плоскую границу раздела двух сред, обладающих разными акустическими сопротивлениями, возникает стоячая волна (колебание, образованное двумя волнами, бегущими навстречу друг другу). На расстояниях К/2 в стоячей волне располагаются точки, в которых колебания отсутствуют (узлы) посередине между узлами располагаются точки с максимальной амплитудой (пучности). В поле стоячих волн значения А, В, и, Р при полном отражении вдвое превосходят эти значения в исходных бегущих волнах. Узлы и пучности колебательной скорости располагаются в тех же точках, что узлы и пучности смещения. Распределение звукового давления в стоячей волне также характеризуется наличием узлов и пучностей, однако положение узлов давления совпадает с положением пучностей смещения. Таким образом, узлы и пучности скорости и смещения отстоят от узлов и пучностей давления на Х/4. [c.11]

Резонансное взаимодействие звука с геликонами. В предыдущих разделах этого параграфа рассматривалось взаимодействие звуковых волн с электронами проводимости и не учитывались электромагнитные поля, которые сопровождают в металле звуковую волну. Рассмотрим теперь взаимодействие звуковых колебаний со слабозатухающей геликонной волной. Такое взаимодействие обусловлено электронами проводимости металла. [c.218]

В проведенном выше исследовании воздушных волн мы предполагали, что воздух находится в покое, если не считать возмущений, вызываемых звуковыми колебаниями но мы можем, конечно, приписать всей массе рассматриваемого воздуха какое угодно общее движение. Если мы предположим, что воздух движется в направлении, обратном направлению распространения волн, и с той же самой действительной скоростью, то форма волны (при условии, что она неизменна) будет неподвижна в пространстпе, и движение будет установившимся. В настоящем разделе мы рассмотрим проблему именно в таком аспекте, так как весьма важно достигнуть максимальной ясности в наших взглядах на механику распространения волны. [c.40]

Форма волны сложных звуковых колебаний может меняться при изменении любого из параметров (частоты, интенсивности, фазы) любого из частотных компонентов, входяшдх в состав сложного сигнала. Все эти изменения находят отражение в периодограммах (см. раздел 4.1.1, рис. 97 раздел 4.2.1, рис. 123) в пределах динамического диапазона активности слуховых волокон. Интересно отметить, что периодограммы активности слуховых волокон, снятые во время ее подавления под влиянием дополнительного тона, могут не соответствовать форме волны огибающей комплексного сигнала, обнаруживая тем самым нелинейные свойства нервных волокон (Arthur et al., 1971, цит. по Радионова, 1982). [c.275]

К. К. Зоос1тап 2.97] (1961) рассмотрел колебания бесконечной упругой пластины с учетом реакции окружающей е среды. Он приближенно исследовал отражение от пластины плоской звуковой гармонической волны, падающей под углом 0 на пластину, исходя из метода степенных рядов и следуя работам Р. 5. Ерз1е1п а [3.84] и Е. Н. Кеппагё а [3.118]. Было введено предположение о том, что искомые функции можно разложить в сходящиеся ряды Тейлора. Исходная задача была сведена к решению четырех приближенных уравнений. На границе раздела двух сред удовлетворялись условия равенства нормальных прогибов и нормальных напряжений и условие отсутствия касательных напряжений. Разлагая в точном решении трансцендентные функции в ряды, автор показал, что с точностью до членов первого порядка малости по толщине приближенные и точные решения совпадают. В то же время приближенный подход существенно упрощает решение задачи и поэтому является выгодным в задачах акустики. [c.151]

Связь между давлением этих пульеаций и их скоростью нелинеща и также фундаментально отличается от связи между давлением в звуковой волне и скоростью звуковых колебаний. Наконец, переменный нестационарный поток может сам явиться источником звука. Подобные явления мы рассмотрим позднее, а в этом разделе сосредоточим внимание исключительно на проблеме распространения звука. Чтобы можно было отделить распространяющийся в среде звук от акустических явлений, возникающих в самой среде только в силу ее движения, мы будем считать это движение беззвучным , т. е. будем предполагать, что движения в потоке достаточно медленны, так что [c.27]

В настоящее время различные способы получения ультразвуков можно разделить на три группы механические, пьезоэлектрические и магнитострикционные. К механическим генераторам ультразвуков надо отнести свисток Гальтона [13] и газоструйный генератор [14]. С помощью свистка Гальтона можно получать ультразвуки с частотами от 3,5-10 до 100-10 2/ . В свистке Гальтона (рис. 1) поток воздуха направляется через кольцеобразную щель С на острые края О короткой цилиндрической трубки — резонатора V. Струя воздуха, попадая на острые края резонатора, вызывает возникновение звуковых колебаний. Возникипю колебания имеют различные частоты, но колебания, совпадающие по частоте с частотой собственных колебаний резонатора, усиливаются. Таким образом, практически излучается монохроматическая волна. Меняя длину резонатора, можно изменять частоту излучаемых колебаний. В физико-химических исследованиях свисток Гальтона не применяется. [c.17]

ВОЛНЫ [капиллярные — поверхностные волны малой длины, в которых основную роль играют силы поверхностного натяжения когерентные — волны света, у которых разность их фаз не зависит от времени ленгмюровскне — продольные колебания плотности электронов в плазме Маха — ударные звуковые волны, возникающие при движении тел со скоростями, превышающими фазивые скорости упругих волн в данной среде некогерентные — волны света, разность фаз которых изменяется с течением времени поверхностные <— волны, распространяющиеся на свободной поверхности жидкости или на поверхности раздела несмешивающихся жидкостей акустические — упругие волны, распространяющиеся вдоль поверхности твердого тела и затухающие при удалении от нее электромагнитные — электромагнитные волны, распространяющиеся вдоль некоторой поверхности и затухающие при удалении от нее) поперечные — волны, когда частицы среды колеблются в плоскостях, перпендикулярных к направлению распространения волны (эта среда должна обладать упругостью формы) продольные — волны, если колебания частиц среды происходят в направлении распространения [c.227]

Помимо этого в звуковых полях возникают постоянные во времени П. с. Они определяются квадратичными членами тензора плотности потока импульса, усреднёнными по периоду колебаний звука. Отличные от нуля эти члены по порядку величины равны плотное энергпп звуковой волны Fp = Е — Обычно эти силы можно рассматривать как результат действия радпац. давления, или давления звукового излучения. Их величина мала, напр. в воздухе Fp 10 Па при интенсивности звука 10 Вт/с.м, в воде Fp 10 Па при интенсивности звука 1 Вт/см. Тем не менее они приводят к заметным эффектам, проявляющимся, напр,, в появлении акустич. течений, во вспучивании границ раздела двух сред и даже в возникновении фонтанчиков жидкости. [c.85]

В технике звукоприемниками обычно служат микрофоны (см.), трансформирующие акустич. колебания в электрические, к-рые затем подаются в ламповые усилители (см.). Последние имеют целью довести амплитуду электрич. колебаний до требуемой величины. Микрофоны разделяются по способу возбуждения на приемники колебательного давления (когда действующая на микрофон сила пропорциональна избыточному давлению в звуковой волне) и приемники градиента давления (действующая сила пропорциональна градиенту колебательного давления). Последние иногда называют также приемниками колебательной скорости или движения (Шустер [ ]). Приемники давления суть звукоприемники нулевого порядка, не обладающие направленностью (фиг. 7а) на высоких частотах (где размеры микрофона приближаются к длине волны) дифракция 3. на микрофоне создает довольно значительную направленность. Приемники градиента давления являются звукоприемниками первого порядка соответствующая характеристика направленности (фиг. 76) сохраняется вплоть до самых высоких частот рабочего диапазона (Браунмюль и Вебер) [i ]. Условие отсутствия в рабочем диапазоне частотных искажений (прямолинейность частотной характеристики) требует для каждого типа микрофона согласования его акустич., электрич. и механич. свойств. Так, конденсаторный микрофон, сконструированный как приемник давления, должен работать в режиме управления упругостью. Тот же микрофон как приемник градиента давления должен управляться затуханием ленточный (электродинамич.) микрофон как приемник градиента [c.246]

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]

Увеличение интенсивности звуковых и световых полей прив( ло к тому, что нелинейные эффекты при распространении волн ст ли сейчас иметь столь же большое значение, как и нелинейнь процессы в теории колебаний. Родились две новые области — Н1 линейная оптика и нелинейная акустика, значительно расшири шие область использования волновых явлений. В настоящее вр мя взаимодействия волн активно исследуются и во многих другв разделах физики. [c.12]

Преграда в диффузном звуковом поле. Резуль-тат, полученный в прсдыдуш,ем параграфе, опирается на исследование преломления плоской звуковой волны на поверхностях раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. Нужно, однако, заметить, что если толщина преграды мала ио сравнению с длиной продольной волны в материале преграды, то колебания обеих поверхностей раздела следует считать практически синфазными при этом проникновение звука можно рассматривать как результат излучения преграды, колеблющейся иод вынуждающим воздействием падающей волны. Становясь иа такую точку зрения, мы можем предположить, что форма падающей волны и угол её падения на преграду не имеют принципиального значения и что основную роль играет механическое сопротивление преграды, определяющее амплитуду её вынужденных колебаний при заданной величине звукового давле- [c.470]

Это уравнение на комплексной плоскости имеет бесконечное множество корней, которые можно разделить на несколько групп. В первую группу входят корни, лежащие вблизи корней уравнения (5.32). Эти корни близки к корням Франца, описывающим дифракцию на акустически жестком цилиндре. Соответствующие этим полюсам волны близки к волнам Франца, огибающим цилиндр снаружи. В силу конечной упругости оболочки они будут создавать звуковое поле и внутри оболочки. Кроме того, имеется корень, который при 1 nZ >p приблизительно описывается уравнением Z (p.) 0. Этот случай реализуется лишь для упругой оболочки. Вещественную часть этого корня можно приближенно найти, приравняв нулю механический импеданс колебаний цилиндрической оболочки Z ip), рассматриваемый как функция индекса . Возьмем выражение (40.13) из работы [63] (с учетом поправки, приведенной в п. 5.2), заменим на , приравняем нулю и решим это уравнение относительно параметра = oaj ap, где Сцр = sfE Tp - скорость продольной волны в пластине, Е- = Е1 — v ) — модуль упругости тонкой пластины, V — коэффициент Пуассона. Приближенная оценка в области 113 > 1 дает два решения /х р и /х р hla) /- / 2. Два соответствующих значения (обозначим их через , и 3 ) определятся в виде np ом/Спр, n - где с - скорость изгибной волны в [c.237]

Корпель в 1.966 г. [834] предложил способ под названием дифракция по Брэггу (раздел 13.4), основанный, как и шли-рен метод, на эффекте Дебая — Сирса. Пространственные колебания коэффициента преломления при достаточной длине и ширине звуковой волны создают оптическую дифракционную решетку, на которой свет отклоняется так же, как рентгеновские лучи при брэгговской дифракции на плоскостях сетки кристаллической решетки. [c.195]

Получение изображения с помощью эффекта фотоупругости (раздел 13.6 и 13.7) основано на так называемом двойном пре- ломлении под действием напряжений под влиянием механических напряжения (например, звуковой волны) свет распространяется во многих прозрачных твердых веществах в форме двух составляющих волп, линейно поляризованных перпендикулярно одна к другой и к направлению их распространения и имеющих различные скорости. Это приводит к вращению плоскости колебаний линейно поляризованного света, что можно сделать видимым цри помощи крестообразного поляризационного фильтра. Такой эффект используется для получения изображения звукорого поля искателя, для исследования распространений звука и для неразрушающего контроля материалов. [c.195]

С точки зрения волновой теории, реверберация помещения представляет собой явление затухания его собственных акустических колебаний, причем каждое из этих колебаний затухает со своей скоростью. Скорость затухания тона и соответствующее ей частное значение реверберации в общем случае неодинаковы для разных тонов они находятся в зависимости от акустического сопротивления границ помещения и покрывающих их материалов, от распределения этих материалов и ориентации свободных колебаний в помещении. Поскольку собственные колебания различных порядков неодинаково ориентированы в комнате, соответствующие им звуковые волны падают на звукопоглощающие границы под различными углами, вследствие чего затухание различных тонов не будет одинаковым. Подробное исследование вопроса показывает, что только при малых акустических сопротивлениях пористых поверхностей и сравнительно высоких частотах показатели ли(или Тп от угла падениями частоты тона не зависят [16] В следующих разделах настоящего параграфа спектр, направление и затухание собственньи колебаний прямоугольного помещения послужат предметом более подробногс рассмотрения. [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...