Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 90
Текст из файла (страница 90)
е' 1, Если плас- т кость г = 0— граница пре- е пятствия, ось г направлена в сторону преп«с«вил, а Ос Схема етражеп"я прехен«деиик волн чек расположена ре» гравипт сред ! в плоскости па- в П. дениз, то авуковпе давление р; в падающей волне равно: е мне р; =- р (1 — — г — — г), (1) где г — скорость звука в среде, время, а р — ф-ция, определяющая профиль падающей волны. Согласно аакону Снеллиуса, в отраженной волне давление сага ипз рг=р(1, *+, г) где ф-ция р, вообще отличнан от р, определяет профиль отраженной волны. Если на границе преплтствия ф-ции р и р различаются только постоянным множителем, так что ( саге + г!пе ) то отражение наз. и р а в и л ь н ы и, а постоянный множитель у наэ.
коафф. отражения (по давлению). Напр., для абсолютно жесткого препятствия (граничное условие на препятствии— нор»!альная компонента суммарной скорости частиц среды обращается в нуль) отражеяие любой падающей плоской воляы правильное, с ковффицнентом отражения Е =- 1. Для свободной границы, т. е. абсолютно мягкой поверхности (граничное условие — суммарное давление на границе равно нулю), отражение любой плоской волны также правильное, с коэфф.
отражении У = — 1. О. в. от препятствий, характеризуемых ими«дал«ам акустическим, всегда неправильное, и понятие коафф. отражения для таких препятствий ОТРАЖЕНИИ ЗВУКА неприменимо, Однако для гармонич. плоских волн иаменение профиля при отражении сводится только к нек-рому сдвигу фазы и иаменению амплитуды, поатому пользоваться понятием коэфф. отражения длн гармояич. волн можно. Для препятствий с чисто активным импедансом, напр. для ааукопоглощающих стенок, значение У убывает нри попы!пении частоты, и поэтому нри отражении от такнл препятствий волн сложного состава их спектр обедняется в высокочастотной части, в результате чего и меняется форма волны.
Для препятствий с чисто реактивным импедансом, используя комплекснуа! запись падающей волны р, == е отраженнную волну можно представить з виде: 2 — рс!»тэ ~ с те -тп,е 2-1-рс(»!п 0 с где р — плотность среды, )с — волновое число, ю — частота волны, а Š— реактивный нмпеданс препятствия для ааданно)л частоты и заданного угла скольжения падающей волны.
Формально можно описать отражение гармонич. волн как правильное, но с комплексным коэфф. отражения 2 — рсга!пе У = Р .. Фаза этого коэфф. от- 2 -1- рс/з!пэ ражения равна сдвигу фазы отраженной волны относительно падающей на границе препятствия.
Изменение формы волны сложного состава обусловлено в этом случае именно появлением добавочной фазы еб спектральных компонент при отражении. Т(ользупсь законом отражения гармопич. волн, можно найти отражение длп падающеи волны любого профиля, когда отражение неправильное. Длн этого достаточно рпаложить падающую волну в гарлюнич. спектр, отрааить каждую компоненту согласно ф-ле (3) и затем сложить все отраженные компоненты.
Граница двух сред также явлпется препятствием для азукозых волн, если плотности или сжнмаемости (или и те и другие) сред раалнчны. На такой границе наряду с О. з. происходит и прохождение (преломление) звука: образование волны, распростраяяющейся от границы во вторую среду. В этом случае граничных условий два: равенство давлений и равеяство нормальных компонент колебательных скоростей частиц среды по обе стороны от границы, причем со стороны первой среды учитывается вклад как падающей, так н огра!кенной волн, со стороны второй среды — нрошедшей волны.
Следы всех трех волн должны «бежать» по границе в одном направлении с одинаковыми скоростями. Отсюда следует, что напрапление распространения прошедшей волны также лежит в плоскости падения, а угол сколыкения 0' прошедшей волны удоплетворпет условию: соз 0',с' = соз 0!с нлн соз 0' — — сстй, 1 и где с' — скорость звука во второй предо, а и =- с!с' — козфф. преломления второй среды относительно первой (зторой закон Снеллиуса), Дели отражение и прохождение '»ерез границу двух сред правильные, то при падении волны (1) отраженная р„ и прошед»пая р, волны должны выражаться ф-лами: сев 9 + кш0 2) (4) сак 0' тп 0' р» = И»д ( 1 — —, з — —, с) = с' с' где У и И' — коэфф. отражения и прохождения соответственно.
Пользуясь граничными условиями, можяо найти следующие ф о р м у и ы Френеля для У и И': р'»Чипе' — ра1»1п 0 т к!с 0 — с»те' р'сул!пе'-Лрсгк»па т»1пз-1-пкшз' тв!па — Л п* . спи 0 т »1п 0 -1- У п' сспие 2р'сд»1п 8' р'снтп 0' -1- рс,'тп 0 2 пл к»п Е 2т»1п 0 ттпэ.)-э»1пе' тзтвч Уп* — ссс'0 Здесь р' — плотность второй среды, а т --. р'1р. При нормальном падении волны (О =- 90') козфф. отражения имеет акстремум! максимум при п)1 и минимум при»лч1! при уменшпении 0 величина У меняется монотонно: при п)1 — до значения †! при скользящем падении (О = 0), а при пч 1 — до аначеиия +1 при т,н.
критическом угле скольжения О„р оч мсткл (сов бар== и). При дальнейшем умень>пении 0 ф-лы брренеля теряют смысл, т. к. дают для величин )т и И' комплексные значения: это означает, что при углах скольжения падающеи волны, меньших критических, отражеяие и прохождсяио неправильные, т. е. понятия коэфф. отражения и прохождения неприменимы. Для гармонич.
волн, однако, соотношениями (4) можно продолжать пользоваться форыально при условии комплексной записи воля. Для падающей волны (2) отражеяную и прошедшую волям можно записать в виде: н *.в -м.ые Рт.= " * Для закритич. углов (Ок.йнр) твин З вЂ” т усов*э — н' тнв«на-1->У'сев«Е — нт ' 2е> Бш Е та в>а Е + т У сов" Š— н* Комплексность величии )' и И' при закрктич.
углах означает наличие сдвига фазы отраженной и прошедшей волн относительно падающей на границе сред. Прошедв>ая волна для закритич. углов превращается в неоднородную волну с экспонеициально убывающей вдоль фронта амплитудон ... -т сет« *в -«)т *«в- *, для к-рой давление уменьшается при удалении от границы. Такал волна не переносит энергию во вторую среду, и поэтому вся энергия падающеи волны отражается обратно, в первую среду («полное отражение«); действительно, для закритических углов коэффициент отражения по модулю равен единице. При стремлении 0 0 У вЂ” — (, а суммарные поля по обе стороны границы стремятся к нулю.
При О, удовлетворяющем ур-нию к' — 1 2010 = — ', ви -1 коэфф. отражения обращается в нуль и вся энергия падающей волны проходит во вторую среду. Это возможно только при выполнении одного иа условии: т)п'ь( или нтс. пк.(. В случае плоского абсолютно жесткого препятствия или для плоской свободной границы О. з. можно прос- то найти для любых, а ие только плоских падающих волы. Пусть падающая волна создается какими угодно источниками звука. Отраженная волна совпадает с волнами, к-рые создали бы в отсутствии препятствия источники, полученные путем зеркальяого отражения действительных источяиков в плоскости границм (т. н. мнимые источники), при сохранении производительности источников и при их работе в фазе (случай абсолютно жесткого препятствия) или в противофазе (случаи свободнон границы) с действительными источниками.
Отражение волн в твердых средах во многом сходно с рассмотренными выше случаями О. з. в жидких и газооб>равных средах, но значительно сложнее вследствие того, что в твердых телах, помимо волн сжатия, могут распространяться и сдвиговые волны. Так, при падении плоской волны однога из этих типов на препятствие (напр., на свободную границу или на границу двух твердых сред) возникают две отраженные и две прошедшие волны: по одной волне того же типа, что и падающая, и по одной волне второго типа (подробнее см. Унр ус не еел ны) .
Лиан> Бреховских Л. М., Волны в слоистых средах, 2 квл., М., 1973: и с в- и а в к ч М. А., Обман акустика, М., 1273; Р ж е в к к и С. Н., Курс лекций ао геврик звука, М„13бэ. М. А. Ивана«ив. ОЧИСТКА ультраавуков а я — способ очистки поверхности твердых тел, при к-ром в «тоюшцй раствор вводятся УЗ-вые колебания. Введение УЗ позволяет не только ускорить процесс О., по и получить высокую степень чистоты поверхности, а также замеяить ручной труд, исключить пожароопасные и токсичные растворнтели.
УЗ-вая О. применяется в машиностроительной, металлургической, электронной промышленности, в полупроводниковой технике и в приборостроении для О, прецизионных деталей точных приборов, чаоов и ювелирных изделий, интегральных схем, хирургич. инструментов, металлокерамич. фильтров, металлургич. прокага и др. Механизм УЗ-вой, очистки. Процесс УЗ-вой О обусловлен рядом явлений, возникающих в УЗ-вом поле зяачительной интЕнсивнОСти: каетттнат>ттей, акуентттчеснттми нтеченнвмн, давление«в веуквеееа ивлучених, веукекапиллврннм 243 очистил Рис. т. Схема, иллюстрирующая вааимосвязь физических факторов, влияющих на ультразвуковую очистпу. эффектом.
Эффективность О. зависит от параметров звукового полл, определяемого источниками акустич. зноргии, — частоты колебаний, иятенсиеносщи аеуиа и от физико-лимич, Свойств моющей жидкости — ое впз- кости, упругости насыщенного пара, поверхностного натяжения, газосодержанин. Выбор параметров звукового поля и жидкостей с определенными свойствами позволяет управлнть явлениями, обусловливающими УЗ-вую О. На эффективность О. влингот тапже внешние факторы, такие, как темп-ра и гидрастатич. давление в жидкости. В процессе О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
