Голямина И.П. - Ультразвук (маленькая энциклопедия) (1040516), страница 96
Текст из файла (страница 96)
страистве (индекс 2) описываются следующими выраженинмн: А с, = — „соа а, (Ь вЂ” 1).зш (ют — йх), сое е,а г = А.ееы зпв ( à — )гх), но разлнчаютсн, то вдоль границы может распространяться П. н. Стонлп. Эта волна состоит (рнс. г) как бы из двух рэлеенскнх волн (по одной в каждой среде). Вертикальная и горизонтальная компоненты смещений в каждой среде убывают нрн удалении от границы так, что энергии волны оказынаетсн сосредоточенной в двух граничных слоях толщиной-ь. Фанован скорость волн Стоили втеньше значений сг и с, н обеих граничных средах.
Волны с вертинальиой поляризацией могут распространяться на границе твердого полупространства с жидким или твердым слоем илп даже с системой таких слоев. Коли толщина слодв много меньше длины волны, то движение в полупространстве примерно таков же, как в рэлоевской волне, а фазовая скорость П. в.
близка к ся. В общем случае движение может быть таким, что энергия волны будет перераспределяться между твердым полупространством и слонми, а фавовая скорость будет зависеть от частоты и толщин стоев (см. Дцснерсиа снорошпи зерна), где à — времн, ш — круговая частота, ав — — У)с„в — !гх, аз =- )/ах — 1г,„х, й — волновое число волны Лнва, уп, йг, — волновые числа поперечных волн в слое и полупространстве соответственно, й — толщина слон, А — произвольнан постонниан. Из выражений для сви сх видно, что смещения в слое распределены но косинуоу, а в полупростраистве — экспоненциальио убывают с глубиной. Глубина проникновения волны в полу- пространство меняется от долей а до многих а в зависимости от толщины слоя )в, частоты ш и параметров сред. Само существованне волны Лава нак П.
в. связано с налнчнеы слоя на нолупростраистве: при Ь О глубина проникновения волны в полупространство стремится к бесконечности, и волна переходит в объемную. ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА Фааовая скорость с волн Лява заключена в пределах между фазовыми скоростями поперечных волн в слое и полупространство сп(с(с(, и определяется из ур-ння: г; (и — Ь 1,/ и —" — ч* с* "' с* где р,, ра — плотности слоя к полупространства соответственно, 7)а =- с(,'/с'. Из ур-ния видно, что волны Лава распространяются с дисперсией: их фазован скорость зависит от частоты, При малых толщннах слоя, когда ыь/све О, 71 1, т.
е. фазовая скорость волны Лиза стремится н фазовой скорости объемной поперечной ша волны в полунространстве. При — )»1 «в» волны Лнва существуют в виде нескольких моднфикаций, каждая из к-рых соответствует кар калькой валке оп еделенного порядка. Гь а границах кристаллов могут существовать все те же тины П. в., что и в иаотронных твердых телах, только движение в волнах усложняется. Вместе с тем анизотропия твердого тела может внвюить нен-рые качественные изменении в структуру волн. Так, на нек-рых плоскостях кристаллов, обладающих пьеаоэлектрич. снойствами, волны типа волн Лява, подобно волнам Гален, могут существовать на свободной поверхности (без присутствия твердого слоя).
Это т. н. злектрозвуковые волны Гуляева — Блюхштейна. Наряду с обычными волнеми Рэлея, в нек-рых образцах крнсталлоз вдоль свободной границы может распространяться затухающая волна, излучающая энергию в глубь кристалла (вытекающая волна). Наконец, если кристалл обладает пьезоэффектом н в неы есть поток электронов (пьезополупроводниковый кристалл), то воаможио взаимодействие поверхностных воли с электронами, приводящее к усилеиню атих волн (см. Усиление ультразвуке) . На свободной поверхности )нпдкостн упругие П.
в. существовать не могут, но на частотах УЗ-ваго диапааона н ниже там могут возникать поверхностные волны, в н-рых определяющими нвляются не упругие силы, а поверхностное натяжение (это т. и. капиллярные волны). Ультра- и гнперзвуковые П. в. и»ирако нспользуютсн в технияе для всостороннего неразрушающего контроля поверхности и поверхностного слоя обрааца (см. /(«(бектаскалил), длн создания микроэлектронных схем обработки злектрич. сигналов (см. Акусвкаэлвктрсника) и т.
д. Если поверхность твердого образца свободнан, то применяютсн рэлеевскне волны. В тех случаях, когда образец находятся в контакте с жидкостью, с другим твердым образцом или твердым слоем, рэлеевские волны заменяются другим соответствующим типом П. в. .Ла: Нектара» И. А., Юи»вв»с сине аснаан нранененан ультразвуковых волн Расея н Лснба а технике М., 1966, гл. 1; Л а а д а у Л. Д...Ь а ф ю и д Е. М., Теория упругости, 3 аад., М., 1965 (Теаретнз. физика, т. 7), гл.
3, 1 24; Юнанзеска» акустика, пад ред. У. Мазана н Р. Терстана, пер. с англ., т. 6, М., 1973, гл. 2; Нрехазсинх Л. М., Волны а сланстых средах, М., 1973, гл. 1, 1 6, 7; У а й т, Пааерхнсстнне унрусне засни. (Об»ар), 1пер. с англ.1, «ТИИЭР», 1979, т. 56, 36 8; Поверхностные акустические волны — устрайстаа н прнмененна, (нер. е англ.], тан жс, 1976, т, 64, «й 5. и. А. Ва торов. ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА — явление необратимого перехода энергии звуковой нонны в другие виды энергии, в частности в тепло. П. з. обычно характеризуется коэфф. П.
з. и, определяемым как обратная величина того расстояния, на к-ром амплитуда звуковой волны спадает в с раз. Амплитуда плоской звуковой волны, бегущей вдоль оси к, убывает с расстоннием как е , а интенсивность— как в ' . Амплитуда стончей звуковой волны после выключения источника звука убывает со временем нак с-"', где с — скорость звука, 1 — время. Коэфф. П, з. выражают в см-', т. е, в неперах на сантиметр или же в децибелах на см (1 дБ/см =- 0,115 Нп/см). В гидроакустике часто пользуются единицей дБ/км. П. з.
можно характеризовать также коэфф. потерь е =- а)/я (где й — длина звуковой полны) или добротностью () =- 1/е. Валнчина ай паз. логарнфмвческнм декремонтом затухания. При распространении звука в среде, обладающей сдвиговой и объемной вязкостью и теплопроводностью, ко- 258 ИОГЛОЩЕИИЕ ЗВУКА эфф. П. з. дли продольной волны равен: «=,— "'.[+ -: 5+-+ — —,' )3,(1) гдо р — плотность среды, ы †-- 2а)— круговая частота звуковой волны, и 5 — ковфф. сдвиговой и объемкой вязкясщи соответственно, х †коэфф. теплея)зоводносги С'р н Ср — те пдоемкости среды прн постоянном давлении и объеме соответственно. В частотной области, где ии один из коэфф.
ЕЬ Ь и х не зависит от частоты (низкие частоты), для харантеристики П. з. часто пользуются величиной аПЯ, к-ран в этом случае также не зависит от частоты и являетсн параметром, характеризующим свойства среды. Значение аПз, нак правило, в жидкостях меньше, чем в газах, а в твердых телах меньше, чем в жидкостях.
Выражение (1) длн коэфф. П. з. применимо только для авуковых волн малой амплитуды. П. а., обусловленное сдвнговой вязкостью и теплопроводностыо, иаз. классическим и характернзуетсв ноэфф. авл Часть коэфф. П, з., к-рая пропорцйональна объемной вязкости, связана с редаксацноиными процессами (см. Реляксаяия). На высоких частотах коэфф. объемной вязкости начинает зависеть от частоты, так что его вклад в П. з. имеет частотную зависимосзь, отличающуюся ст -ы'. Выражение для связанной с релаксацией части коэфф. П. з, ар имеет внд: ( ') и "т зся где т — времн релаксации, се — скорость распространения звука при малых частотах (ыт <1), с — скорость звука при высоких частотах (ыт))1).
Полный коэффмциент поглощения а = — акэ лк ар. При ниэкит частотах, т. е. при ыт«1, коэффициент П. з. описывается формулой (1), где величина коэфф. объемной вязкости 5 = рт(сз — с*). Величина арХ при юг~~1 растет с увеличением частоты, а на частого релаксации ыр — — 1,'т имеет максимум (рис.
1). Величина аДе, постоянная при ыт«1, в области частот, близких к яор, уменьшается с ростом частоты, а при ыт))1 стремится к нулю, прн- чем ар стремится к постоянной величине (с — с )!2тс . Релаксациоиное поглощение всегда сопровождается дискерсией скорости эяркп. Т. к. релаксация связана с раалпчными внутрнмолекулирнымп и межмолекудярными процессами, происходящими в среде под действием УЗ, анализ частотных и температурных зависимостей коэфф. П.
з. позволяет судить об этих процессах. Частота релаксации ыр ддн разных веществ может де>кать как в УЗ-воп, тан и в гиперзвуковой области; величина ее зависит от темп-ры, давления, 1зрнмесей других веществ н от других факторов. Поглощение звука в газе.
1(о»фф. П. а. в гаае аавнсит прп данной темп-ре от частоты 1 п давления газа Р, взнтых в коыбннацин ПР (рис. 1), 12 10 Я 0 к е 2 5 Ю 20 50 !ОО 200 500 1000 СГР, к/я /атя Рнс. т. Коэффициент поглощения звука ка длину видны, деленный как, з зависимости от ВР длк ПО, при температуре 21 С так что разрежение гааа зкнивалентно увеличению частоты. Вклад тепдопроводности и сдвиговой вязкости в П.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
