Распространение акустических волн конечной амплитуды

РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН КОНЕЧНОЙ АМПЛИТУДЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ [c.286]

Лекции 5-6 посвящены бегущим волнам. Здесь рассматриваются не только общепринятые модели волновых движений частиц твердых тел, жидкости и газа, но также объемные и поверхностные сейсмические волны и современная сейсмическая модель Земли. На основе системы уравнений Эйлера, введенной в предыдущих учебных пособиях этой серии, предлагается адаптированный подход к описанию гравитационно-капиллярных волн и оцениваются характеристики таких волн, включая волны цунами. Для наиболее подготовленных студентов излагаются основные элементы нелинейного распространения акустических волн конечной амплитуды. [c.4]

Распространение акустических волн конечной амплитуды. Если возмущения плотности 5р и давления 5р в акустической волне не являются исчезающе малыми по сравнению с равновесными значениями и то говорят, что волна имеет конечную амплитуду. Обычно такие волны обладают высокой интенсивностью, и для они- [c.130]

Гольдберг. Акустические уравнения второго приближения и распространение плоских волн конечной амплитуды.— Акуст. ж., 2, 3, 325, 1956. Автореф. дисс. М., 1958. [c.83]

Появление стационарных потоков при распространении звуковых волн конечной амплитуды в газе или жидкости можно объяснить, используя закон сохранения импульса [13]. Уменьшение величины импульса вследствие затухания звуковой волны компенсируется тем, что в движение приходит сама среда. В зависимости от причины затухания звука, возникают те или иные разновидности акустических потоков. Так, затухание звука в свободном пространстве приводит к появлению объемных сил, вызывающих однонаправленный поток (вдоль по лучу), который питается за счет жидкости (или газа), подтекающей извне луча около излучателя. Это — так называемый эккартовский поток [14]. Так как при сушке используются сравнительно низкие частоты и создаются звуковые поля сложной формы, где эккартовские потоки слабо выражены или совсем не возникают, рассмотрим лишь те потоки, которые появляются под влиянием поверхностных сил в пограничном слое у границы раздела среда — обрабатываемый материал или у ограничивающих поверхностей в сушильных устройствах. [c.587]

Вследствие высокого уровня шума, генерируемого свистком Гартмана, создаваемая свистком акустическая волна является волной конечной амплитуды, и по мере распространения волны ее форма может изменяться (от волны с крутым передним фронтом вблизи излучателя до возможно близкой к синусоидальной волны вдали от него) с соответствующим изменением относительного уровня гармонических составляющих. Поэтому при регулировке уровней облучение струи путем изменения расстояния между струей и излучателем даже при сохранении постоянного угла между осями струи и излучателя гармонический состав воздействующего на струю [c.134]

Выше речь шла о проблеме нелинейной акустики, которая может быть охарактеризована как взаимодействие звука со звуком. В линейном приближении, как известно, выполняется принцип суперпозиции и такого взаимодействия нет. Этот круг вопросов ведет свое начало еще с работ Стокса в середине прошлого столетия, однако теоретическое исследование распространения волн конечной амплитуды в диссипативных средах и экспериментальное исследование акустических нелинейных эффектов в жидкостях и твердых телах начали проводиться только в последнее десятилетие. [c.10]

До сих пор рассматривалось распространение волн в среде без препятствий. В среде с препятствиями возможны отражения, образование стоячих волн. Законы отражения акустических волн малой амплитуды, как известно, являются следствием принципа Гюйгенса, который, в свою очередь, основывается на принципе суперпозиции волн. Поскольку для волн конечной амплитуды принцип суперпозиции не выполняется, можно предполагать, что волны конечной амплитуды будут иметь некоторые особенности при отражении от препятствий, и законы отражения для них должны быть в некоторой мере уточнены. В качестве примера можно качественно рассмотреть нормальное отражение цуга пилообразной волны от абсолютно мягкой (свободной) границы. В слзгчае волн малой амплитуды, как известно, на границе происходит изменение фазы давления на 180°, т. е. волна давления превращается в волну разрежения. Скачок давления в пилообразной волне при таком отражении должен перейти в скачок разрежения, а эта форма волны является неустойчивой, и в процессе дальнейшего распространения, как показывают экспериментальные работы [19, 20], волна изменяется так, что скачок разрежения все более и более сглаживается. [c.84]

Теория распространения плоских звуковых волн в газах без учета затухания, но с учетом нелинейности уравнений движения и уравнения состояния была еще дана Пуассоном и в более законченном виде — знаменитым немецким математиком Риманом. В этой теории, в отличие от обычной в акустике постановке вопроса, когда считается, что амплитуда давления мала (или лучше сказать — бесконечно мала) по сравнению со средним давлением в среде и акустическая скорость мала по сравнению со скоростью звука, не делалось такого ограничения. Другими словами, учитывалась конечность амплитуды звуковых волн и тем самым нелинейность процесса их распространения. По этой причине те звуковые (или ультразвуковые) волны, которые достаточно интенсивны и для которых начинают проявляться нелинейные эффекты, называют волнами конечной амплитуды. Волны конечной амплитуды — это все же не сильные [c.375]

При переходе к нелинейным представлениям проблема усложняется. Если при распространении обыкновенной звуковой волны в среде, в которой совершаются изменения в свойствах вещества, мы наталкиваемся на явления акустической дисперсии, то что же должно наблюдаться при распространении волн конечных амплитуд, ведущих к образованию ударных разрывов. Эта задача является предметом экспериментальных и теоретических исследований сегодняшнего дня. [c.181]

Теоретическое рассмотрение статистических задач в нелинейной акустике следует разделить на два класса. В первой группе задач акустическое поле (узкополосный шум, интенсивный шум с широким спектром, смесь сигнала и шума и т. д.) задается на входе в нелинейную среду и ставится вопрос, как по мере распространения статистические характеристики поля будут изменяться. Вторая группа — это когда в самой среде имеется случайное акустическое поле (например, шум, поле турбулентных пульсаций и т. д.) и в такой среде распространяются либо регулярные волны конечной амплитуды, либо случайные нелинейные волны. Распространение звуковых волн малой амплитуды в турбулентной среде будет нами рассмотрено в гл. 7. [c.108]

В непосредственной близости к берегу, где глубина Н сравнима с амплитудой волны, волна искажается — появляются крутые гребни, которые движутся быстрее самой волны и затем опрокидываются. Это происходит потому, что глубина под гребнем равна Я + и превосходит глубину под впадиной Н В результате колебания частиц волны приобретают сложный характер. По аналогии со звуками музыкальных инструментов, осциллограммы которых показаны в предыдущей лекции, можно сказать, что колебания частиц воды являются суперпозицией колебаний многих частот, причем по мере приближения к берегу ширина частотного спектра увеличивается. С подобным искажением акустических волн мы встретимся несколько позднее, когда будем изучать нелинейное распространение волн конечной амплитуды. [c.125]

Амплитуда каждого дифрагированного луча в процессе распространения снижается пропорционально (г расстояние от точки ввода вдоль луча), в то время как амплитуда падающей волны остается постоянной. Здесь и далее, где приводятся законы распространения дифракционных волн, подразумевается, что падающая волна имеет плоский фронт. Разумеется, объемные падающие волны, излучаемые акустическими преобразователями конечных размеров, имеют фронты, отличающиеся от плоских, вследствие чего законы распространения волн дифракции отличаются от приводимых. Тем не менее для лучшего понимания свойств волн дифракции целесообразно представлять падающую волну в виде плоской. [c.39]

Такое положение, однако, представляет собой идеализацию. Даже для сколь угодно малых амплитуд волн принцип суперпозиции не выполняется. Вопрос лишь в том, насколько существенно в той или иной задаче проявление всегда имеющейся нелинейности в исходных уравнениях движения и в уравнении состояния. Когда необходимо учитывать конечность амплитуды упругой волны и становятся заметными отклонения от принципа суперпозиции, возникает большое число разнообразных нелинейных эфс )ектов. К их числу можно отнести искажение формы вначале синусоидальной волны и образование гармоник, превращение такой волны в пилообразную волну, возникновение комбинационных частот (в случае распространения нескольких волн), нелинейное поглощение, различные параметрические эффекты, рассеяние звука на звуке, трансформацию спектра интенсивных шумов, взаимодействие сигнала с шумом, акустические течения, радиационное давление, кавитацию и многие другие. Весь этот круг вопросов принято называть нелинейной акустикой. [c.65]

Чрезвычайно обширный круг акустических задач рассматривается в этом линейном приближении. Вопрос о том, в какой мере получаемые при этом теоретические результаты соответствуют явлениям, наблюдаемым в экспериментальных условиях, не совсем прост и в каждом случае, вообще говоря, должен подвергаться анализу. В качестве простейшего примера можно привести задачу о распространении монохроматической плоской продольной волны в неограниченной среде. Более ста лет назад было показано, что такая волна при распространении в недиссипативной среде меняет форму профиля так, что ее передний фронт становится все более и более крутым и, наконец, на некотором расстоянии образуется разрыв — волна переходит в периодическую слабую ударную волну. Это расстояние образования разрыва обратно пропорционально амплитуде, и волна даже малой амплитуды все же на конечном расстоянии превратится в периодическую слабую ударную волну. [c.9]

С течением времени амплитуда ударной волны становится все меньше и меньше, давление на фронте асимптотически приближается к начальному давлению газа — атмосферному. Соответственно уменьшаются сжатие газа во фронте волны и скорость ее распространения, которая асимптотически приближается к скорости звука Со- Закон распространения i 2/5 постепенно переходит в закон Н — Со . Когда давление в центральной области взрывной волны становится близким к атмосферному, расширение газа в этой области прекращается и газ останавливается. Область движения газа выносится вперед, ближе к фронту ударной волны, которая постепенно превращается в сферическую волну типа акустической. За областью сжатия в такой волне следует область разрежения, после чего воздух приходит к своему конечному состоянию. Конечное состояние слоев, далеких от центра, по которым ударная волна прошла, будучи слабой, мало отличается от начального. Распределения давления, скорости и плотности по радиусу в какой-то поздний момент t [c.89]

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]

После появления работы Л. Д. Ландау и Ю. Б. Румера [II, о которой мы подробно говорили в гл. 10, выяснилась роль ангармоничности решетки в поглощении звука. Позднее 3. А. Гольдбергом была сделана важная работа [2] по исследованию распространения плоских волн конечной амплитуды в изотропном твердом теле. Однако первые эксперименты на когерентных фононах, доказывающие явление трехфононного взаимодействия, в частности генерацию гармоник в волнах конечной амплитуды, были выполнены только в 1962 г. [3—61. Вслед за ними появилась серия экспериментальных и теоретических работ по изучению решеточной нелинейности методами нелинейной акустики, а также ряда нелинейных акустических эффектов — сначала в изотропных твердых телах, затем в монокристаллах диэлектриков и металлов. Сюда относятся исследования взаимодействий волн конечной амплитуды, в том числе комбинационное рассеяние звука на звуке [7—И], генерация гармоник в волнах Рэлея [12—14], нелинейные резонансы в акустических резонаторах с большой добротностью [15—18], выяснение роли остаточных напряжений в распространении воли конечной амплитуды [19, 20], влияния поглощения [21] и т. д. [c.281]

РЁЙНОЛЬДСА ЧИСЛб акустическое — безразмерный параметр, использующийся в акустике для Количественной характеристики соотношения нелинейных и диссипативных членов в ур-нии, описывающем распространение волны конечной амплитуды (см. Нелинейная акустика). В этом случае Р. ч. [c.319]

Явление зкачительного увеличения поглощения ультразвуковых волн конечной амплитуды в маловязких жидкостях, кроме важного научного значения, имеет существенный практический интерес. Это явление необходймо учитывать во всевозможных измерениях коэффициента поглощения ультразвуковых волн в жидкостях, при расчете длиннофокусных звуковых фокусирующих систем, при работе со средними и тем более большими интенсивностями ультразвука в маловязких жидкостях, например в воде. Отметим также, что это явление (наряду с кавитацией, см. ниже) может приводить к тому, что увеличение мощности излучателя в ряде случаев не приведет к росту дальности распространения акустических волн. [c.398]

Распространение волн конечной амплитуды, таким образом, сопровождается постоянным течением, известным в акустике как акустический ветер. Следует отметить, что рассмотренное в этом параграфе течение, в отличие от классических акустических потоков (см. гл. VIII), не связано с диссипацией волны и представляет собой чисто нелинейный эффект. [c.188]

К таким явлениям можно отнести нелинейную трансформацию спектра интенсивного шума при его распространении в нелинейной среде, когда из-за взаимодействий спектральных компонент этого шума происходит перекачка энергии как в низкочастотную, так и в высокочастотную части спектра (так называемая акустическая турбулентность). Другим примером может служить поглощение звука гиумом, когда слабый монохроматический сигнал, распространяясь в широкополосном шуме, из-за взаимодействия с ним испытывает поглощение энергия сигнала отбирается шумом. Отметим, что даже поглощение звука за счет вязкости и теплопроводности, о котором шла речь в гл. 2, можно считать именно результатом такого взаимодействия акустического сигнала с шумом, который в данном случае есть не что иное, как спектр тепловых фононов или упругих дебаевских волн. Об этом будет идти речь при рассмотрении поглощения упругих волн в твердых телах. Укажем еще на один эффект — уширение спектральных линий гармоник исходного узкополосного возмущения при распространении случайно-модулиро-ванной звуковой волны конечной амплитуды. [c.108]

При этом распределение плотности остается близким к экспоненциальному, а амплитуда скорости на разрыве стремится к константе. Конечно, здесь существует много невыясненных вопросов. Во-первых, требует уточнения модель тешюпереноса в хромосфере. Во-вторых, акустические волны — лишь частный тип возмущений, излучаемых снизу в хромосферу. Кроме них следовало бы рассмотреть магнитозвуковые волны, альфвенов-ские, внутренние гравитационные. Анализ нелинейных искажений магнитного звука в экспоненциальной атмосфере был проведен в работе [Островский, Рубаха, 1972], где показано, что в сильном магнитном поле Н (когда в медленных магнитозвуковых волтах образование разрывов Происходит еще быстрее, чем в немагнитном звуке. В быстрых же магнитозвуковых волнах, бегущих вверх, разрыва может и не возникнуть вообше ввиду неограниченного ускорения волны (ее скорость стремится к бесконечности при р ->0, и время ее распространения вверх в этой модели остается конечным при х-> >). В альфвеновских волнах, как известно, разрывы не возникают вообще. Эти два последних типа волн, по-видимому, могут, слабо затухая, пройти в корону Солнца и в принципе принять участие в ее нагреве рост температуры в короне гораздо сильнее, чем в хромосфере. Однако адекватной модели, описывающей волновой нагрев кОроны, построить пока не удалось. [c.91]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...