151491 (733043), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Стретт Джон Уильям, лорд Рэлей

Английский физик Джон Уильям Стретт, третий барон Рэлей, родился в Ленгфорд-Гроув, Мелдон (Эссекс), 12 ноября 1842 г. В 1861 г. Стретт поступил в Тринити-колледж в Кембридже, где изучал математику и физику у Э. Дж. Роуса, окончил его с отличием в 1865 г. Год спустя ему предложили стать членом ученого совета Тринити-колледжа. Этот пост он занимал до 1871 г.

В 1868 г. Стретт создал научную лабораторию в своей родовой усадьбе в Терлинг-Плейс, Уитхем (Эссекс), где занялся интересующими его явлениями излучения. В результате этих исследований он опубликовал статьи по акустике и оптике. В 1871 г. он вывел соотношение между интенсивностью рассеяния света очень малыми частицами и длиной его волны (известное как закон рассеяния света Рэлея). Среди проведенных им исследований мы встречаем экспериментальные и теоретические работы по оптическим приборам, в результате которых впервые была определена разрешающая способность дифракционной решетки, а также был сделан фундаментальный анализ оптических свойств спектроскопов. Спектроскоп в конце 1870-х годов становился все более важным прибором при исследованиях солнечного света и излучении атомов и молекул.

В 1879 г. стал профессором экспериментальной физики (пост, учрежденный в 1871 г.) и директором Кавендишской лаборатории (открытой в 1874 г.).В 1892 г. Стретт начал серию измерений плотностей газов в соотношении с их атомными весами. Стретт опубликовал десяток работ по таким вопросам, как интерференция и рассеяние света, телефонная связь, звуковые измерения. В 1900 г. он опубликовал вывод о соотношении между температурой и длиной волны в спектре абсолютно черного тела, основанный на существующих физических законах. В 1904 г. Стретт был награжден Нобелевской премией по физике «за исследования плотностей наиболее распространенных газов и за открытие аргона в ходе этих исследований». (Рамзай получил Нобелевскую премию 1904 г. по химии.)

Стретт опубликовал свыше 400 работ за более чем пятьдесят лет своей исследовательской деятельности. С 1908 г. до самой смерти он был номинальным президентом Кембриджского университета.Умер 30 июня 1919 г. в Терлинг-Плейс.

Кроме Нобелевской премии, Стретт был награжден Королевской медалью (1882), медалью Копли (1899) и медалью Румфорда (1914) Лондонского королевского общества; золотой медалью Маттеучи Итальянской национальной академии наук (1895); медалью Фарадея Британского химического общества (1895); медалью Альберта Королевского общества искусств (1905) и медалью Эллиота Крессона Франклиновского института (1914). Ему было присвоено тринадцать почётных учёных степеней, и он был принят в члены свыше 50 научных обществ[4].

2.4 Применение акустики движущихся сред

При перемещении тела на высокой скорости возникает Акустика движущихся сред применяется при создании аэродинамических корпусов для машин, самолётов, космической техники, вертолётов и т. п. для реверберации звука и звукоизоляции. Также она используется для распространения звука в движущейся среде, например в воздухе или воде. Применяется аэродинамическая труба для исследования аэродинамических свойств.

Аэродинамическая труба — это экспериментальная установка, разработанная для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет, мостов, зданий и др.) потоком, а также для экспериментального изучения аэродинамических явлений.

В машиностроении применяются различные бампера, спойлеры, юбки и т.д. для улучшения управления и уменьшения потребления горючего.

В авиа- и космо- строение отличается более высокой скоростью передвижения, чем усложняет задачу строительства. Но есть и другиеотличия в аэродинамике автомобилей и аэродинамике воздушного транспорта. Во-первых, характерная форма дорожного транспорта намного менее обтекаемая в сравнении с воздушным транспортом. Во-вторых, для автомобилей необходимо учитывать влияние дорожного покрытия на потоки воздуха. В-третьих, скорости наземного транспорта намного меньше. В-четвертых, у наземного транспорта меньше степеней свободы, чем у воздушного, и его движение меньше зависит от аэродинамических сил. В-пятых, Наземный транспорт имеет особые ограничения во внешнем виде, связанные с высокими требованиями безопасности. И, наконец, большинство водителей наземного транспорта менее обучены чем пилоты и обычно водят, не стремясь достичь максимальной экономичности.

Используется в гидролокации и аэролокации, так как источник звуковых импульсов находитса в движении.

3.Эффект Доплера

3.1 Основные положения эффект Доплера

В отличие от эффекта Доплера для электромагнитных волн, обусловленного только относительным движением источника и приёмника, изменения частоты акустич. волны при движении источника и приёмника различны. Этот эффект появляется, если наблюдатель или источник (или они оба) движутся или если излучение от неподвижного источника к неподвижному наблюдателю приходит, отражаясь или рассеиваясь от движущегося объекта. В отличие от эффекта Доплера для электромагнитных волн, обусловленного только относительным движением источника и приёмника, изменения частоты акустич. волны при движении источника и приёмника различны.

Если источник и наблюдатель движутся вдоль одной прямой со скростями соответственно V_s и V_r , то наблюдаемая частота определяется выражением:

где f_s — частота колебаний источника, с — скорость распространения излучения. Отсюда получаем выражение для доплеровского смещения:

В ультразвуковой доплеровской локации обычно имеются неподвижный источник (излучатель), неподвижный наблюдатель (приемный преобразователь) и движущийся отражатель (или рассеиватель) ультразвука.

При измерении скорости кровотока ультразвук рассеивается на флуктуациях плотности и сжимаемости, и принятый сигнал можно вычислить как сумму сигналов от всех элементов крови на пути ультразвукового пучка. На рис. 11.1 показан случай одного рассеивателя, движущегося со скоростью V. Доплеровский сдвиг от движущегося отражателя (или рассеивателя) можно вычислить, рассматривая его в системе наблюдателя, движущегося относительно источника (излучателя), а затем в системе источника, движущейся относительно наблюдателя (приемника). Кроме того, поскольку направления распространения падающей и рассеянной волн не совпадают с направлением движения элемента крови, уравнение доплеровского смещения нельзя использовать непосредственно — необходимо заменить V_s и V_r составляющими этих скоростей вдоль направлений приема и излучения. Получаем следующее:

где и — углы между вектором скорости и направлениями излучения и приема; f₀ — частота излучения.

Эффект Доплера при движении источника звука обусловлен изменением длины волны в среде, при движении приёмника — изменением скорости звука в системе координат, связанной с приёмником, а при рассеянии движущимся телом — обоими факторами.

Эффект Доплера можно считать также изменение частоты звука при отражении и прохождении через границу между двумя средами, к-рая движется относительно самих сред, остающихся неподвижными, напр. при прохождении звука через фронт ударной волны в газе (характеристики газа по обе стороны фронта различны) или при распространении звука вдоль частично погружённого в жидкость стержня в процессе изменения уровня жидкости (акустич. свойства погружённой части стержня изменяются под влиянием реакции окружающей жидкости). При нормальном падении волны частоты f на движущуюся границу раздела частоты f₁ и f₂ отражённой и прошедшей волн равны:

где v - скорость границы (положительной считается скорость в направлении падения волны), а с₁ и с₂ — скорости звука в первой и во второй средах. На величине коэффициентов отражения и прохождения движение границы раздела сред не сказывается[6,7].

3.2 Доплер Христиан

Доплер Христиан (30.11 1803-17.03 1853) — австрийский физик, математик и астроном, член Австрийской АН (1848). Родился в Зальцбурге. Окончил Политехнический ин-т в Вене (1825). В 1929-33 - ассистент в Вене, в 1835—47 работал в Праге (с 1841 - профессор), в 1847 - 49 - профессор Горной академии в Хемнице, с 1850 —профессор Венского ун-та и директор первого в мире Физического ин-та при ун-те. организованного по его инициативе.

Физические работы в области оптики и акустики. В 1842 теоретически обосновал зависимость частоты звуковых и световых колебаний, воспринимаемой наблюдателем, от скорости движения наблюдателя и источника колебании (принцип Доплера). Исследования посвящены также аберрации света, теории микроскопа, теории цветов. Позже этот эффект был назван его именем[5].

3.3 Применение эффект Доплера

Виды доплеровских измерителей по назначению:

Доплеровские измерители используются в различных целях во многих отраслях производства, транспорта, медицины, научных и научно-практических исследований военном деле.

Бортовые измерители

Доплеровские измерители скорости и сноса для определения вектора путевой скорости самолёта, вертолёта. В настоящее время в авиации применяются измерители только радиолокационного типа.

Принцип действия ДИСС основан на использовании эффекта Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала, отражённого от цели может отличается от частоты излучённого сигнала и разница зависит от соотношения скоростей объектов относительно друг друга. Для измерения скорости измеритель имеет антенную систему с несколькими (3 или 4) остронаправленными лучами диаграммы направленности. Принимаемый по каждому из этих лучей сигнал имеет доплеровскую частоту пропорциональную проекции вектора скорости самолета на этот луч. Для измерения вектора скорости достаточно трех лучей, не лежащих в одной плоскости, но иногда используются четыре луча, что дает некоторую избыточность без заметного усложнения конструкции. Данный метод измерений принципиально требует узконаправленных антенн, которые как правило имеют значительные габариты. Кроме того отклонения углов антенн от номинального значения, например, из-за температурных деформаций, приводит к погрешностям измерений. Кроме того направление прихода максимального отраженного сигнала может отличаться от направления максимума диаграммы направленности, если мощность отраженного сигнала резко падает с уменьшением угла падения луча на землю, что также приводит к методическим ошибкам измерения. Этот эффект отражения, который получил название "зеркального эффекта", особенно часто наблюдается над спокойной поверхностью моря. Поэтому при использовании измерителей скорости применяют переключатель суша-море для внесения соответствующих поправок в результаты измерений[8].

Медицинские измерители

Частота ультразвука, принятого от движущегося отражателя (или рассеивателя), отличается от частоты излученного сигнала. Это явление называют эффектом Доплера, а величину изменения частоты, пропорциональную скорости движения отражателя (или рассеивателя), — доплеровским сдвигом. Смешивая излученный и принятый сигналы, получают разностный (доплеровский) сигнал, частота которого равна доплеровскому сдвигу. Для связанных с движением многих физиологических процессов в организме величина этого сдвига находится в диапазоне звуковых частот, что и привело к созданию простых индикаторов скорости, в которых доплеровский сигнал подается на наушники или громкоговорители. Оператор, работающий с таким прибором, может на слух определить наличие перемещения какого-либо отражателя (или рассеивателя) на пути ультразвукового пучка, а при некотором опыте — судить о характере движения. Такие устройства были использованы для определения внутриутробного сердцебиения плода и вибраций стенок сосудов при измерении артериального давления. В обоих случаях эти приборы использовались как своеобразный стетоскоп; при этом регистрировались мощные ультразвуковые сигналы от отражающих структур. Однако наибольший интерес вызывает задача регистрации и измерения параметров кровотока, когда ультразвук рассеивается на форменных элементах крови, хотя для работы со слабыми рассеянными сигналами требуется более сложная аппаратура. Оператор может определить, доступен ли сосуд, находящийся на пути пучка, доплеровскому обследованию, а при наличии опыта может обнаружить высокие доплеровские частоты от ускоренного кровотока в сужении сосуда, а также турбулентность за сужением.

Характеристики

Список файлов реферата