Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 46
Текст из файла (страница 46)
с. з. является «геометрическая» дисперсия, обусловленная наличием границ тела или среды распространения. Она появляется при распространении волн в стержнях, пластинах, в любых акустич. волноводах. Д. с. з. наблюдается для иггибяия волн в тонких пластинах и стержнях (при этол» толщина пластины или стержня должна быть много меншпе, чем длина волны Х). Наличие ее можно объяснить следующим образом: упругость тонкого стержня на изгиб тем больше, чем меньше изгибаемый участок. При распространении изгибной волны длина изгнбаемого участка определяется величиной )г. Поэтому при уменьшении Х (при повышении частоты ю) увеличивается упругость, а следовательно, и скорость распространения волны г, т.
е. ииеет иесто дисперсия. В такой ивгибной волне г- )гю. Важным видом Д. с. з. является дисперсия нзрмаяьниг воли при распространении звука в волноводе. Роль такого волиовода может играть слой в любой слоисто-неоднородной среде. Звуковое поле в золноводе иожно представить как суперпозицию нормальных волн разных номеров, распространяющихся с равными фазовыми скоростями. Напр., з жидкои слое толщиной я, ограниченном абсолютно жесткими плоскостями, нормальная волна с номером и при аначении волнового числа гг.я яя(Ь распространяется с фазовой скоростью «я=,, где г =- оИ« — ско1яя(551" рость звука в среде, заполняющей слои, При )г(яя(й волна данного номера (и всех высших номеров) превращается в синфазное колебание, экспоненциально убывающее вдоль слоя.
Фазовая скорость каждой нормальной волны зависит от частоты. При кри- тнЧ. ЧаСтОтЕ Ю„р —— . Як«1А ДЛЯ ВОЛНЫ данного номера гг ее фазовая скорость равна бесконечности, а с повышением частоты скорость уменьшается, монотонно стремясь к скорости звука г в неограниченной среде. Групповая «дорог»я» нормальной волны данного номера равна нулю на своей критич. частоте и монотонно растет, стремясь к г при увеличении частоты. Нахождение вависимости скорости нориаль- ных волн от частоты для твердых волноводов более сложно и требует численных методов расчета.
Д. с. а. приводит к искажению любого неионохроматич. сигнала. При увкополосном сигнале форма волны меняется, но форма ее огибающей остается без изменения и перемепаается со скоростью и = бы'д(г (групповая скорость). При распространении широкополосного сигнала меняет свою форму и огибающая, что, напр., для импульсных сигналов в ряде случаев делает неопределенным понятие момента «прихода» сигнала в к.-л. точку. Эти обстоятельства существенны в УЗ-вых ядяия» задержки. Искажокие формы импульса из-за дисперсии может явиться серьевной помехой в гидролог«яки и в УЗ-вои дефектагяояия.
тгит.: Б е р г»» з н Л., ультразвук и его применение з науке я теяиякг, пер. с ягя., 2 изд., М., 1957; М н х з й я о з Н. Г., Соловьев В. А., Смрняз о з Ю. П., О«возы иояекуяярясй акустика, М., 196«; Фззячгсязя адустяяз, дод ред. у. мззояз, пер. с язгя., т. 2, ч, А, и., 1968; т. 5, 1972, гя. 4; Ф а б е и я н с я я й И. Л., Моязяудярясе рассеяние светя, 1995; трузял Р., Бяьзауич.. Ч й я Б., Ъ'яьтраззунозые метали з Фязяяе твердого тела, зер. с англ., М., 1972; Физические о«позы подводкой акустика. пер. с ангз., М., 1955; Б р е х о з с я з х Л. М., Волны з слоистых средах, 1957.
А. Л. Лоягяз«а. ДИФРАКЦИЯ ЗВУКА — отклонение поведения звука от законов геоиегрич. акустики, обусловленное волновой природоп внука. Реаультат Д. в.— расхождение УЗ-вых пучков при удалении от излучателя или после прохождения через отверстие в экране, загибание внуковых волн в область тени позади препятствий, болшпйх по сравнению с длиной волны, отсутствие тени позади препятствий, малых по сравнени1о с длиной волны, и т.п.
Звуковые поля, соадаваемые дифракцией исходной волны на препятствиях, помещенных в среду, на неоднородностях самой среды, а также на неровностях и неоднородностях границ среды, наз. рассеянными поляик (си. Рассеяние »гуда). Для объектов, на и-рых происходит Д. з., большйх по сравнению с длиной волньг А, степень отклонений от геометрич. картины зависит от вначения волкового параметра Р -- )I).г,')З, где  — поперечник объекта (напр., поперечник УЗ-вого излучателя или препятствия), г — расстояние точ- ДИФРАКЦИЯ ЗВУКА Й ° Рис. $. Прохождение плоской волны черса отверст»е е экране прп различных соотношенипх между размЕром отзерстиз и длинои водны звука. Чем иеньше отверстие, тем быстрее волна рагходитса в стороны после прохожденип отверстия, Рне. 3.
а — образование ааукоаой тени позади препатстзии, большого по сраенес длиной звуковой залпы; б — огнбапие волной малого препятствия. ки наблюдения от этого объекта. Вблизи поршневого излучателя звука при Р<,1 (»ближния», или «прожекторная», вона) поле в основном образовано цилиндрич. пучком лучей, исходящих из излучатели, и в пределах пучка имеет в целом характер плоской волны с интенсивностью, постоянной по сечению и не зависящей от расстояния, в соответствии с ааконами геометрич. акустики, а дифракциониые эффекты выражаютсн только в размывании гранвц пучка. По мере удаления от излучателя дифракционные эффекты усиливаготся, и при Р-1 поле тернет характер плоской волны и представляет собой сложную интерференционную картину.
На еще больших расстояниях, при Р)) 1 (»дальняя» вона], пучок превращается в сферически расходящуюся волну с интенсивностью, убывающей обратно пропорционально квадрату расстояния, и с угловым распределением интбнсивности, не ааписящим от расстояния; в этой области поле снова подчиняется законам геометрич. акустики. Аналогичная картина наблюдается в пучке, вырезаемом из плоской волны отверстием в экране (рис. 1). Угловая ширина главного лепестка характеристики направленности вдали от поршневого излучателя или экрана составляет по порядку величины гЮ.
Воли требуется суаять УЗ-вой пучок в ближней зоне, то поперечина. излучателя (или отверстия) следует уменыпить, а в дальней аоне — увеличитгл сужение характеристики направленности требует увеличения размеров иалучающей системы. При размерах излучателя (или отверстия в экране), малых по сравнению с )», прожек спрная зона отсутствуег и звуковое поле представлнет собой расходящуюся волну уже на расстоянинх порядка ).. При атом резко падают сопротивление иалучения и акустич.
мощность, передаваемая излучателем в среду. Удельная мощность малого излучателя в плоском экране в яо))»з раз меныне удельной иощности большого излучателя при одинаковой колебательной скорости (где о — площадь малого иалучателя). При излучении звука в твбрдую среду такого уменыпения передаваемой мощности малым иалучашлем нет. Аналогично размыванию пучка в прожекторной зоне раамывается звуковая тень позади препятствия, большого по сравнению с длиной волны (рис. 2, а); в области Ргр1 тень практически исчезает. За препятстнием с раамераии порндка длины волны и меньше авуковая тень практически не обраауется (происходит «огибание» препятствия — рис.
2, б). Д. а. при буокусироеке звука приводит к тому, что вблизи фокусов и каустич. поверхностей, иа к-рых, согласно геометрич. акустике, авукпвое давление обращалось бы в бесконечностгч образуются целые области пои»слюнных, но конечных значений давления. Эти области тем уже, а значения поля в них тем выше, чем короче длина волны фокусируемого звука ДИФРАКЦИЯ СВЕТА НА УЛЬТРАЗВУКЕ р,рл м вррды д вр двр- вдврд аввы -„1".ма рвррды двуммва рвов Расчет Д.
з. обычно базируетсл на принципе Гюйгенса — Френеля, согласно к-рому всякое звуковое поле можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн, излучаемых финтивными источниками внука, расположенными на поверхностнх, охватывагощих источники внука и тела, обусловливающее Д, з, Задача расчета Д. з.
сводится, т. о., и определению производительности этих фиктивных источников, что, как правило, удабтся выполнить только приближенно, в результате чего применимость этого метода расчета ограничивается областями, где звуковое поле не слишком мало (нне глубокой тени и т.п.). При распространении приблизительно плоских волн (радиус кривизны фронтов велик во сравнению с длиной волны, относительное изменение амплитуды вдоль фронта малб на расстоянии длины волны) дифракционные эффекты могут быть рассчитаны как реаультат поперечной диффуаии амплитуды волны вдоль фронта, происходящей согласно обычному ур-нию диффузии,но с мнимым коэфф. диффузии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
