Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 79
Текст из файла (страница 79)
По своей природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука (см. $158). Однако ультразвук, обладая высокими частотами (т) 20 кГц) и, следовательно, малыми длинами волн, характеризуется особыми свойствами, что позволяет выделить его в отдельный класс явлений.
Из-за малых длин волн ультразвуковые волны, как и свет, могут быть получены в виде строго направленных пучков. Для генерации ультразвука используются в основном два явления. Обратный пьезоэлектрический эффект (см. также $91) — это возникновение деформации в вырезанной определенным образом кварцевой пластинке (в последнее время вместо кварца применяется титанат бария) под действием электрического поля.
Если такую пластинку поместить в высокочастотное переменное поле, то можно вызвать ее вынужденные колебания. При резонансе на собственной частоте пластинки получают большие амплитуды нолебаний н, следовательно, большие интенсивности излучаемой ультразвуковой волны. Идея кварцевого ультразвукового генератора принадлежит французскому физику П. Ланжевену (1872 — 1946), Магнитострикция — это возникновение деформации в ферромагнетиках под действием магнитного поля. Поместив ферромагнитный стержень (например, из никеля нли железа) в быстропеременное магнитное поле, возбуждают его механические колебания, амплитуда колебаний которых максимальна в случае резонанса.
Ультразвуки широко используются в технике, например для направленной подводной сигнализации, обнаружения подводных предметов и определения глу. бин (гидролокатор, эхолот). Например, в эхолоте от пьезокварцевого генератора, укрепленного на судне, посылаются направленные ультразвуковые сигналы, которые, достигнув дна, отражаются от него и возвращаются обратно. Зная скорость нх распространения в воде и определяя время прохождения (от подачи до возвращения) ультразвукового сигнала, можно вычислить глубину. Прием эха также производится с помощью пьезокварца. Звуковые колебания, дойдя до пьезокварца, вызывают в нем упругие колебания, в результате чего на противоположных поверхностях кварца возникают электрические заряды, которые измеряются. Если пропускать ультразвуковой сигнал через исследуемую деталь„то ы жно обнаружить в ней дефекты по характерному рассеянию пучка и по появлению ультразвуковой тени.
На этом принципе создана целая отрасль техники †ультразвуковая дефектоскопня, начало которой положено С. Я. Соколовым (1897— 1957). Применение ультразвука легло также в основу новой области акустики— акустоэлектроннкн, позволяющей на ее основе разрабатывать приборы для обработки сигнальной информации в микрорадиоэлектронике. Ультразвук примениют для воздействия на различные процессы (кристаллизацию, диффузию, тепло- и массообмен в металлургии и т. д.) и биологические объекты (повышение интенсивности процессов обмена и т, д.), для изучения физических свойств веществ (поглощения, структуры вещества и т.
д.). Ультразвук используется также для механической обработки очень твердых и очень хрупких тел, в медицине (диагностика, ультразвуковая хирургия, микромассаж тканей) и т, д. Г л а в а 19. Упругие волны ° Что называется длиной волны? Какова связь между длиной волны, скоростью и периодом? ° Какая волив является бегущей, гармонической, плоской, сферической? Каковы их уравнения? ° Что такое волновое число> фазован и групповая скорости? ° В чем заключается физический смысл вектора Умова? ° При каких условиях возникает интерференция вали? Назовите условна интерференцнонных максимума и минимума.
° Две волны с пдинаковым периодом распространшптся в одном направлении. Разность хода равна четному числу полуволн. Что получится в результате интерференции? ° Две волны, распространнющиеся навстречу друг другу, отличаются только амплитудами. Образуют ли они стоячую волну? ° Чем стоячая волна отличается от бегущей? ° Чему равно расстояние между двумя соседними узлами стоячей волны? двумя соседними пучностями? соседними пучностью н узлом? ° Что такое звуковые волны? Звуковые волны в воздухе продольные нли поперечные? Почему? ° Может лн звук распространяться а вакууме? ° От чего зависят громкость, высота и тембр звука? ° Что такое эффект Доплера? Чему будет равна частота колебаний, воспринимаемых покоящимся приемником, если источник колебаний от него удаляется? ° Какое влияние оказывает скорость ветра на эффект Доплера? ° Как определить частоту звука, воспринимаемую приемником, если источник звука и приемник движутся? Задачи 19.1.
Плоская гармоническая волна распространяется вдоль прямой, совпадающей с положительным направлением оси х в среде, не поглошающей энергию, со скоростью п=(2 м/с. Две точки, находящиеся иа этой прямой на расстояниях к~ = 7 м н хе=!2 м от источника колеба- 5 ний, колеблются с разностью фаз Лг?= — и. Амплитуда волны А =6 см. Определить: 6 1) длину волны М 2) уравнение волны; 3) смещение йх второй точки в момент времени 1= =3 с. (1) !2 м; 2) 5 (х,г) =006 соэ (2я! — х); 3) 6 см) 6 19.2.
Два динамика расположены на расстоянии 2 и друг от друга и воспроизводят один и тот же музыкальный тон на частоте 1000 Гц Приемник находится на расстоянии 4 м от центра динамиков. Принимая скорость звука 340 м/с, определить, на какое расстояние от центральной липин параллельно динамикам надо отодвинуть приемник, чтобы он зафиксировал первый интерференциоиный минимум. [0,34 м) 19.3.
Для определения скорости звука в воздухе методом акустического резонанса используется труба с поршнем и звуковой мембраной, закрывающей один нз ее торцов. Расстояние между соседними положениями цоршия, прн котором наблюдается резонанс на частоте !700 Гц, составляет 10 см. Определить скорость звука в воздухе. (340 и/с[ 19.4. Средняя квадратичная скорость молекул двухатомного газа при некоторых условиях составляет 46! м/с.
Определить скорость распространенна звука при тех же условиях. (315 м/с) 19.5. Поезд проходит со скоростью 54 км/ч мимо неподвижного приемника н подает звуковой сигнал Приемник воспринимает скачок частоты Ах=54 Гц. Принимая скорость звука равной 340 и/с, определить частоту тона звукового сигнала гудка поезда. (611 Гц) 4. Колебания в волны Глава 20 Электромагнитные волны а/ Рвс.
22В Ряс. 222 2 161. Экспериментальное получение электромагнитных волн Существование электромагнитных воля— переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с ко. печной скоростью, — вытекает из уравнений Максвелла (см. $ !39). Уравнения Максвелла сформулированы в !865 г.
на основе обобщения эмпирических законов электрических и магнитных явлений. Как уже указывалось, решающую роль для утверждения максвелловской теории сыграли опыты Герца (1888), доказавшие, что электрические и магнитные поля действительно распространяются в виде волн, поведение которых полностью описывается уравнениями Максвелла. Источником электромагнитных волн в действительности может быть любой электрический колебательиый контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения) нли соответственно переменное мвгнитное поле.
Однако излучающая способность источника определяется его формой, размерамн и частотой колебаний. Чтобы излучение играло заметную роль, необходимо увели- чить объем пространства, в котором переменное электромагнитное поле создается. Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внутри катушки индуктивности. Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис. 225, а, б), совершил переход от закрытого колебательного контура к открытому колебательному контуру (внбратору Герца), представляющему собой два стержня, разделенных искровым промежутком (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
