Звуковые волны в газах, жидкостях и твердых телах

Высокочастотные звуковые волны в газах, жидкостях и твердых телах являются мощным средством исследования движений молекул, дефектов кристаллов, доменных границ и прочих типов движений, возможных в этих средах. Более того, волны большой и малой амплитуды в этих средах находят важные применения в различных технических устройствах. Сюда относятся лпнии задержки для накопления информации, механические и электромеханические фильтры для разделения каналов связи, приборы для ультразвуковой очистки, дефектоскопии, контроля, измерения, обработки, сварки, пайки, полимеризации, гомогенизации и др., а также устройства, используемые в медицинской диагностике, хирургии и терапии. Контрольно-аналитические применения звуковых волн, так же как и их использование в технических устройствах, быстро разрастаются. За последние пять лет изучены такие явления, как затухание звука вследствие фонон-фононного взаимодействия, взаимодействие звука с электронами и магнитным полем, взаимодействие звуковых волн со спинами ядер и спинами электронов, затухание, вызываемое движением точечных и линейных дефектов (дислокаций), а также такие крупномасштабные движения, как движение полимерных сегментов и цепочек и движение доменных границ. Таким образом, очевидно, что эта область науки, получившая название физической акустики, является мощным инструментом исследования и открывает широкие возможности для различных технических применений. [c.9]

ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В ГАЗАХ, ЖИДКОСТЯХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ [c.13]

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]

Звуковые волны — это упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах, вызываемые различными колеблющимися телами. Чтобы освежить в памяти читателя необходимые сведения по колебаниям и волнам, в первой главе этой книги кратко излагаются основные законы колебательных и волновых движений и на примере волн на воде поясняется характер волнового движения. [c.10]

Закалка с применением ультразвуковых колебаний обеспечивает большую эффективность по сравнению с обычной закалкой. Звуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах. При распространении звуковых волн в жидкой среде происходит чередование сжатия во впадинах и разрежения в вершинах волн, при этом частота этого чередования соответствует частоте колебания звуковой волны. При пропускании через жидкость ультразвука частотой f = 18ч-20 кгц и выше наблюдается ультразвуковая кавитация. Она состоит в том, что в вершинах волн вследствие разрежения образуются мельчайшие пузырьки в тех местах, где прочность жидкости меньше из-за растворенного газа или каких-либо примесей. Образующиеся пузырьки захлопываются, создавая при этом местные мгновенные давления в несколько сотен атмосфер. Такие давления вызывают механические разрушения поверхности твердого тела, находящегося вблизи мест захлопывания пузырьков. Это явление используется для удаления окалины с нагретого образца, помещенного в охладитель. [c.172]

Наконец, ультразвуковые и звуковые волны могут быть как продольными (в газах, жидкостях и твердых телах), так и поперечными (в твердых телах). [c.68]

В явлениях природы, в науке и технике мы очень часто встречаемся с различными колебательными и волновыми движениями. К таким движениям относятся известные всем колебания маятника часов, колебания струны, движение волн на поверхности воды, распространение радиоволн и многие другие. Звук также представляет собой волновое движение. Звуковые волны возникают и распространяются не только в воздухе и других газах, но и в жидкостях и твердых телах. Чтобы понять особенности звуковых явлений, происходящих в различных средах, необходимо ясно себе представить, что такое колебания, что такое волновое движение. Поэтому прежде всего следует напомнить основные свойства и законы, которыми характеризуются колебательные и волновые движения. [c.11]

Эти упругие волны сжатия и разрежения, возникающие в воздухе при колебаниях тел, и есть звуковые волны или звук. Звук возникает и распространяется не только в воздухе и газах, но также в жидкостях и твердых телах. [c.54]

Это соотношение можно считать определением абсолютно жесткой поверхности. Реальное осуществление такой границы возможно с хорошей точностью только для газов в нормальных условиях достаточно массивное твердое тело или поверхность жидкости (но только для звуковых волн )) практически почти всегда можно считать абсолютно жесткими. Для жидкостей и твердых тел осуществить абсолютно жесткую границу затруднительно, но, как увидим, в ряде случаев понятие об абсолютно жесткой границе окажется полезным и для этих сред (см. 41). [c.35]

Измерения скорости звука в различных газах, жидкостях и однородных твердых телах показывают, что скорость звука не зависит от частоты, т. е. для звуковых волн дисперсия отсутствует. Иначе обстоит дело с ультразвуковыми волнами большой частоты. Для них обнаружена дисперсия в многоатомных газах и органических жидкостях. Дисперсия ультразвуковых волн происходит также и при распространении их в тонких стержнях, когда длина волны сравнима с диаметром стержня. В случае распространения ультразвуковых волн в металлах дисперсия наблюдается при длине волн, сравнимой с размерами кристаллических зерен. [c.226]

В последующих главах излагаются вопросы распространения звуковых, инфразвуковых и ультразвуковых волн в газах и жидкостях, главным образом в воздухе и воде, и приводятся основные применения этих волн. Последние две главы посвящены распространению упругих волн различных частот в твердых телах. Мы включили в книгу основные сведения из общей и прикладной сейсмологии, интересуясь, в основном, вопросами распространения упругих волн в земной коре.- Сейсмические волны — это упругие волны большой длины, или волны инфразвуковые, в этом смысле сейсмология представляет собой ту же акустику. [c.10]

Продольные волны. Остановимся прежде всего на тех чертах волнового движения, которые сходны как для твердых тел, так и для газов и жидкостей, а затем перейдем к существенно отличным процессам, присущим лишь твердым телам. В твердых телах, как и в жидкостях, могут распространяться продольные упругие волны, в которых движение частиц совершается в направлении движения волны. Механизм образования упругой продольной волны в твердом теле ничем не отличается от механизма образования упругой или звуковой волны в жидкости и газе. Б газе или жидкости упругая волна возникает благодаря упругости среды и инерции ее частиц, так же обстоит дело и при образовании упругой волны в твердом теле. [c.436]

Ультразвуковые колебания представляют собой упругие волны, распространяющиеся с определенной скоростью в какой-либо материальной среде — газах, жидкостях, твердых телах. Колеблющийся источник звука периодически сближает примыкающие к нему частицы, которые передают это сжатие среды следующему прилегающему слою и волны сжатия, чередуясь с волнами разрежения, проходят все пространство, занимаемое данной средой. Скорость и направление распространения звуковых волн зависят от плотности и упругости среды, а также ее размеров. Особенностями высокоэнергетических ультразвуковых колебаний является возможность фокусирования энергии на сравнительно небольшую площадь рабочей зоны. Ультразвуковые колебания малой интенсивности, используемые для дефектоскопии и исследования вещества, подчиняются законам линейной акустики. [c.8]

Акустические колебания могут возникать и распространяться в виде непрерывных волн (рис. 2.1й) и импульсов - обычно ультразвуковых (рис. 2.16). От звуковых колебаний будем отличать апериодические импульсы (рис. 2.1 в). К числу последних относят ударные волны в газах и жидкостях, а также пластические волны в твердых телах. Общеизвестны ударные волны, порождаемые взрывами в океане и атмосфере, при сверхзвуковом движении самолетов. При этом возникают специфические эффекты, в частности по мере распространения апериодические импульсы трансформируются в обычные звуковые, что связано с избыточным рассеянием энергии (переходом в тепло) при большой амплитуде колебаний. [c.31]

Многие движения можно рассматривать как движения, возникающие из состояния покоя, когда в начальный момент времени 1у = О, а следовательно, и со = 0. Такие движения должны быть потенциальными и во все последующие моменты времени. В приложениях движения жидкостей и газов во многих задачах рассматриваются как потенциальные. Таковы, например, волновые движения воды, движения воздуха в случае распространения акустических (звуковых) волн, различные непрерывные движения жидкостей и газов, вызванные движением в них твердых тел, струйные движения жидкости и многие другие. [c.153]

В жидкостях и газах звуковые волны продольные, у них направление колебаний совпадает с направлением распространения волны. Если же колебания преобразователя совершаются перпендикулярно к направлению распространения волны, то эти волны называются поперечными. Такие волны могут возникать в твердых телах и наряду с продольными могут быть крутильными, изгибными. [c.111]

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ — дефектоскопия, объединяющая методы неразрушающего контроля, основанные на применении упругих колебаний ультразвукового (более 20 кгц) и звукового диапазона частот. Методы У. д., использующие преимущественно звуковые частоты, обычно называют акустическими методами (см. Акустическая дефектоскопия). У. д. применяется для выявления внутренних и поверхностных дефектов в деформированных полуфабрикатах, слитках и готовых деталях несложной конфигурации, изготовленных из металлич. и не-металлич. материалов. Используется также для измерения толщин при доступе к изделию с одной стороны. Методы У. д. основаны на влиянии дефекта на условия распространения и отражения упругих волн или режим колебаний изделия. Упругие волны способны распространяться в материалах на значительные расстояния. В твердом теле могут существовать продольные, поперечные (сдвиговые), поверхностные, нормальные (свободные, волны Лэмба), стержневые и др. волны. В жидкостях и газах распространяются только продольные волны. [c.373]

При пересечении неоднородных звуковых волн принципиально возможно перераспределение звуковых полей вне области пересечения, вызванное тем, что одна из звуковых волн прошла по среде, возмущенной другой неоднородной волной конечной амплитуды. Это перераспределение, например, вызванное стационарными вихревыми потоками рассеивающей волны, может происходить без изменения частоты (аналогично обычному рассеянию). Более характерным является рассеяние с образованием волн комбинационных частот (аналогично комбинационному рассеянию). Последний эффект является типично нелинейным. Рассмотренное в литературе рассеяние звука на звуке относится к последнему типу и его правильнее было бы называть комбинационным рассеянием звука на звуке. Как уже отмечалось, под комбинационным рассеянием звука на звуке понимается возможность наблюдения волн комбинационных частот вне области взаимодействия двух ограниченных звуковых пучков. Здесь будет рассмотрено рассеяние в недиссипативной среде без дисперсии, в которой возможна только одна скорость распространения звуковых возмущений (газы или жидкости) особенности рассеяния звука на звуке в твердых телах рассмотрены ниже в гл. 8, 3. [c.90]

Множество пульсаций различных периодов и амплитуд, наблюдающееся на представленных на рис. В.1 записях, иллюстрирует сложную внутреннюю структуру турбулентных течений, резко отличающихся в этом отношении от ламинарных течений. Эта сложная структура сказывается на многих свойствах течения, оказывающихся весьма различными в ламинарном и турбулентном случаях. Так, турбулентные течения обладают гораздо большей способностью к передаче импульса (образно говоря, турбулентная среда имеет огромную эффективную вязкость) и потому во многих случаях оказывают гораздо большее силовое воздействие на обтекаемые жидкостью или газом твердые тела. Аналогичным образом турбулентные течения обладают повышенной способностью к передаче тепла и пассивных примесей, распространению химических реакций (в частности, горения), переносу взвешенных частиц. Благодаря наличию внутренних неоднородностей турбулентные течения способны рассеивать проходящие сквозь жидкость или газ звуковые и электромагнитные волны и вызывать флюктуации их амплитуд и фаз и т. п. [c.7]

Звуковые водны и их особенности. Звуковые волны подразделяются на продольные, поперечные и поверхностные. Смещение частиц в среде вдоль направления распространения отвечает продольной волне, смещение частиц в направлении, перпендикулярном поперечной волне. Поверхностные волны распространяются только в поверхностном слое тела. Все эти виды волн встречаются в твердых телах в жидкостях и газах наблюдаются только продольные волны. Длина волны % связана с частотой / и скоростью с распространения известным соотношением [c.299]

Изучение гиперзвуковых волн и их распространения в различных телах, в особенности в твердых телах и в жидкостях (в газах гиперзвук слишком быстро затухает, а имеет смысл говорить о звуке, когда длина волны X больше длины среднего свободного пробега молекул) представляет очень большой интерес. Это изучение может дать много полезных сведений для молекулярной теории, сведений, интересных для уточнения теории состояния этих тел. Это изучение также оказывается важным для объяснения целого ряда оптических явлений, возникающих при прохождении света через прозрачные тела. Наконец, это изучение представляет интерес с акустической точки зрения оно может ответить на вопросы об основных особенностях распространения упругих волн самых высоких частот звукового спектра. [c.299]

Типы звуковых волн и скорость их распространения. Имеется несколько типов звуковых волн продольные, поперечные и поверхностные. Продольными звуковыми волнами наз >1-вают такие волны, когда смещение частиц в среде происходит вдоль распространения волны. Поперечными волнами называют волны, когда смещение частиц в среде происходит перпендикулярно к направлению распространения волны. Поверхностные волны (или, как их называют, волны Рэлея) могут распространяться только по поверхности тела, не проникая заметно в глубь него (рис. 3-2). В твердых телах могут распространяться все виды волн в жидкостях и в газах распространяются только продольные волны. Поперечные волны распространяются в твердых тел ] со скоростью, приблизительно в 2 раза меньшей, чем скорость распространения продоль- [c.76]

Звуковые волны распространяются в любых упругих телах жидких, твердых я газообразных. В жидкостях и газах распространяются только продольные волны. [c.282]

Оценим полную интенсивность звуковых волн, излучаемых твердым телом с характерным размером R, которое колеблется в газе (нлн жидкости) с частотой oj и амплитудой поступательной скорости и. [c.188]

В отличие от газов и жидкостей, в твердых телах, поскольку в них могут распространяться два типа объемных волн — продольные и поперечные, кроме коллинеарного взаимодействия, которое мы до сих пор рассматривали, возможны взаимодействия при пересечении волн, или ограниченных звуковых пучков, под углом, значительно большим угла параметрического захвата (см. гл. 4, а также гл. 10). [c.289]

При этих опытах Шоху [4013] удалось, кроме того, продемонстрировать еще одно явление, исследованное в последние годы теоретически и экспериментально в оптике. Речь идет о смещении светового пучка при полном отражении на границе двух сред. Этот эффект, связанный с вопросом о возникновении в среде с большей скоростью распространения волн потока энергии, параллельного граничной плоскости, и объясняемый именно наличием этого потока ), обнаруживается в оптическом случае лишь с большим трудом ). Для звуковых пучков в жидкости или газе его особенно отчетливо можно наблюдать с помощью теневого метода на границе с твердым телом для углов падения, при которых скорость следа падающей волны вдоль пластинки равна скорости релеевской поверхностной волны в твердом теле. [c.378]

Звуковые волны, распространяющиеся в любых материальных средах-газах, жидкостях и твердых телах, несут с собой энергию. Количество ее при прохождении через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения звуковой волны, за единицу времени определяет интенсивность (силу) звука. Единицей интенсивности звука служит обычно 1 вт1см . [c.137]

Б твердых телах, так же как и в жидкостях и газах, могут распространяться продольные звуковые волны, но наряду с этим благодаря возможности возникновения сдвиговых напряжений при деформации тела существуют и поперечные волны. Б дальнейшем мы ограничимся в основном рассмотрением изотрошюго твердого тела, поскольку для анизотропных тел (кристаллов) соответствующие выражения оказываются, как правило, очень громоздкими. [c.12]

Нелинейная упругость твердых тел помимо искажения формы профиля волны приводит еще к тому, что акустические волны в твердых телах взаимодействуют. Распространение в твердых телах помимо продольных волн еще и волн сдвига приводит к тому, что здесь возможностей взаимодействия волн по сравнению с жидкостями и газами существенно больше. В жидкостях и газах без дисперсии, как эго было рассмотрено в га. 2 и гл. 3, взаимодействуют волны только с колинеарньши В0ЛН0ВЫ1МИ векторами цри косых пересечениях звуковых пучков комбинационного рассеяния звука на звуке нет, т. е. вне области взаимодействия нет звуковых волн комбинационных частот. Иначе обстоит дело в твердых телах. [c.288]

Как будет видно в дальнейшем, в твердых телах взаимодействие волн с неколлинеарными волновыми векторами при некоторых условиях становится возможным, и в этом случае вне области взатаодействия (при ограниченных звуковых пучках) возникает рассеянная волна комбинационной частоты. В этом смысле в твердых телах, в отличие от газов и жидкостей, комбинационное рассеяние звука на звуке при некоторых условиях возможно. [c.289]

Разумеется, воздух не единственный передатчик звуковых волн, и практически любой газ, твердое тело пли жидкость ведут себя подобным же образом и тоже могут передавать звуковые волны. Но хотя основные законы распространения звука в разных средах однй и те же, такие величины, как, наприм.ер, [c.33]

Ультразвуковые волны характеризуются длинами волн в твердых телах от 20 до 4-10 см, в жидкостях от 6 до 1,2- 10- см, в воздухе и газах от 1,6 до 0,3-10 см. Наиболее короткие ультразвуковые волны имеют длину порядка длин видимого света. Скорость распространения звуковых волн выражается произведением частоты / гц) на длину волны X с = Д и зависит от свойств среды в более упругой среде эта скорость выше, чем в менее упругой. Так, в воздухе скорость равна 331 м1сек, в воде 1497 м/сек, в стали 5810 м/сек, в меди 4600 м/сек, в свинце 2100 м/сек. [c.102]

Турбулентные течения отличаются от ламинарных гораздо большей способностью к переносу количества движения, тепла, пассивных примесей, взвешенных в потоке частиц поэтому они характеризуются повышенным воздействием на обтекаемые жидкостью твердые тела и ускоренным распрвстранением химических реакций (в частности, горения). Благодаря наличию внутренних неоднородностей турбулентные течения способны рассеивать проходящие сквозь жидкость или газ звуковые и электромагнитные волны и вызывать флуктуации их амплитуд и фаз. По этим причинам знание закономерностей турбулентных движений оказывается необходимым во многих отраслях науки и техники — в метеорологии, океанологии, гидрологии, астрофизике, прикладной гидр о аэродинамике, гидравлике, технике радиосвязи, гидроакустике, баллистике и т. д. [c.461]

Большоеместоуделено ультразвуковым волнам и их применениям а также распространению звука в атмосфере (атмосферная акустика) в море (гидроакустика) и земле (сейсмология). Рассматриваются во просы распространения звуковых и ультразвуковых волн больше интенсивности в газах и особенно в жидкостях. Разбираются наибе лее важные вопросы аэротермоакустики (шум струи, порождение зву к турбулентностью). Рассмотрены вопросы распространения упруги волн в твердых телах (в особенности в металлах), а также основньп применения ультразвука при изучении упругих свойств тверды тел. Основное внимание обраш,ается на физический смь1сл того ил1 иного явления. [c.2]

Возникает естественный вопрос где же находится верхняя граница ультразвуков, т. е. какова частота самых высоких ультразвуков Ответ на этот вопрос можно дать, если исходить из следующих соображений. При распространении звуковых волн часть их энергии поглощается средой, в которой они распространяются. Величина этой поглощенно] доли зависит от свойств среды. Как правило, больше всего энергии поглощается в газах, меньше в жидкостях и еще меньше в твердых телах, в частности в металлах, кристаллах кварца и т. д. При этом поглощение всегда возрастает с увеличением частоты колебаний, т. е. высоты звука. Хорошим примером, подтверждающим это положение, является звучание удаляющегося оркестра с увеличением расстояния сначала пропадают высокие звуки флейт и кларнетов, затем средние — корнетов и альтов, и, наконец, на значительных расстояниях слыншн только большой барабан. Самые низкие звуки распространяются на самые далекие расстояния. [c.10]

Волновые движения. Распространение волн в твердых телах волны на поверхности моря волны, вызываемые движением корабля распространение волн в каналах и реках приливы сехюмические процессы звуковые колебания общая проблема шума в различных средах и т. п. Окружающая пас среда (жидкости, газы, твердые тела и различные поля) постоянно находится в состоянии вибраций и различных распространяющихся во времени и по объемам возмущенных движений. Непосредственно ясно, что эти явления играют очень важную роль в нашей жизни и существенны при решении многочисленных технических вопросов. [c.11]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...