Не смотрите,что для педВУЗов.см на год(1965).Изучение начать с 6 страницы.Счастливой ботвы! (971242), страница 80
Текст из файла (страница 80)
4!4 а к аа — = — а ~ сСх, а а а или 1па — 1па, = — хх. Отсюда а 1и — = — ах ае и, потенцируя, получим закон убывания амплитуды: (17. 229) а = а,е-"'. (17.30) Амплитуда звука в вязкой среде убывает по экспоненциальному закону. Величина и носит название козффициенпса поглощения звука. ! 1 "'« ~ 1 1 Если х = —, то г "= е ' = —. Подставив х= — в (17.30) по- а е а лучим: — = — — 0,37, а„е т. е.
коэффициент поглощения численно равен обратной величине расстояния, на котором амплитуда звука убывает до 37ейот первоначальной величины. Убывание интенсивности звука прямо пропорционально квадрату амплитуды (поскольку энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды). Поэтому 1=1,е "' (17.31) 415 Коэффициент поглощения зависит от величины кинематической вязкости среды. Поэтому поглощение звука в воде значительно меньше, чем в воздухе. Опыт показывает, что поглощение в болыпой степени зависит от частоты звука.
Теоретически можно показать, что потери энергии звуковой волньс обратно пропорциональны квадрату ее длины и, следовательно, прямо пропорциональны квадрату ее частоты. Поэтому звуки, представляющие сумму волн различной частоты (например, звук выстрела), резкие вблизи источника своего возникновения, становятся по мере удаления от него более глухими и низкими, так как высокие тона, которым соответствуют большие частоты, быстро затухают.
На величину поглощения влияет также теплопроводность среды (чем она больше, тем больше поглощение). В сферической волне ослаблениезвукз происходит как вследствие распределения энергии на больший объем среды, так и вследствие поглощения. Окружим источник сферических волн сферой радиуса Я. Если мощность источника звука 7, то через поверхность сферы проходит в единицу времени энергия: !а — — 4яУ7, 117,32) где 7 — энергия, проходящая через единицу площади поверхности сферы в единицу времени, и, следовательно, е 117.33) т. е. интенсивность сферической звуковой волны убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука.
П р и и е ч а н и е. Плоская волна, как и сферическая, распространяясь, вовлекает в движение вследствие вязкого трения слои воздуха, прилегающие к области, возмущенной волной, и ослабление звука тем интенсивнее (при прочих равных условиях), чем больше расхождение волны в стороны. Для передачи звука на сравнительно большие расстояния концентрируют его в нужном направлении, посылая плоскую волну с возможно меньшим расхождением.
Расхождение плоской волны характеризуется обычно синусом половины угла, который образуют лучи, огракичивающие область распространения волны. К этому нопросу мы еще вернемся в параграфе, посвященном источникам звука. 4 6. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА Расчеты поглощения звука в воздухе показывают, что волна с частотой 1000 гг1 при 20' С ослабевает в е раз на расстоянии примерно 115 км. Учет влияния теплопроводности снижает эту величину до 8! кн. Однако в действительности звук в атмосфере затухает много быстрее. Причина этого в том, что на его распространение влияют ветер, температура и влажность воздуха, наличие слоев различной плотности. Рисунок 292 поясняетвлияние ветра.
Налрабление и скор Рис. 292. Влияние ветра на распространение звука. 416 ия Источник звука Рвс. 293. Ход звуковых лучей, когда температура воздуха убывает с высотой. Сферическая волна от точечного источника воднородной атмосфере должна распространяться о одинаковой скоростью во всех направлениях. Но если имеет место ветер, скорость его и скорость волны складываются геометрически. Так как скорость ветра у земли меньше (вследствие трения о ее поверхность), а с высотой возрастает, то отдельные части фронта волны движутся относительно земли с разной скоростью.
Если волна распространяется под некоторым углом навстречу ветру, то лучи, как можно усмотреть из построения на чертеже, загибаются вверх, а с противоположной стороны от источника прижимаются к земле. Поэтому звук слышен на большем расстоянии от источника о подветреннойстороны, чем с наветренной. На рисунке 293 изображено распространение звуковой волны, когда температура воздуха убывает с высотой. В теплом воздухе звук распространяется (при прочих равных условиях) быстрее, чем в холодном (см. равенство )7.4).
В звуковой волне лучи загибаются вверх. Если температура слоев воздуха, прилегающих к земле, ниже, чем на некоторой высоте (что бывает в ясные ночи, когда земля и прилегающие к ней слои воздуха быстро остывают вследствие излученяя), лучи прижимаются к земле. Поэтому в жаркий день, когда земля и нижние слои воздуха сильно нагреты, расстояние, на котором слышен звук, заметно меньше, чем в ясную ночь. Если в слое, лежащем на какой-то высоте над землей, температура воздуха меняется скачком (а следовательно, вместе с изменением скорости звука меняется и акустическое сопротивление среды), то звук, дойдя до него, отражается к земле, отразившись от ее поверхности, он испытывает вновь отражение от слоя температурного скачка и т.
д. При этом дальность распространения звука может сильно возрасти, так как энергия звуковой волны концентрируется в границах некоторого сравнительно ограниченного слоя (звуковой канал). )движение воздуха в атмосфере всегда турбулентно. Поэтому скорость и температура в каждой точке воздушного потока пульсируют по величине, а скорость, кроме того, и по направлению. Это приводит к возникновению мелких неоднородностей в атмос- !4 М.
М. Архаагельсквв 4П фере и к рассеянию на них звуковой энергии, аследовательно, к значительному увеличению затухания звука, Многие источники звука излучают волны низких частот: инфразвуковые и близкие к ним. Источниками таких звуковых колебаний являются, например, взрыв, шум двигателя, ветер и т. п. Благодаря своей низкой частоте эти звуки могут распространяться иа сравнительно большие расстояния.
На высоте 50 — 70 км в атмосфере имеется слой озона, который сильно поглощает тепловые лучи, благодаря чему температура этого слоя резко повышена (50 — 70" С). Звук сильного взрыва, доходя до этого слоя, отражается и возвращается к поверх- 'Ф ности земли. Звук, идущий вдоль поверхности земли, сильно затухает благодаря рассеянию на неровностях поверхности, на турбулентных неоднородно- сов- стях в прилегающих к земле слоях воз/ духа. Поэтому вокруг источника взрыва на поверхности земли образуется чередование зон, в которых звук слыРнс. оэ4.
Зоны аномальной шеи, с зонами, в котоРых он не слыслынзнмостн прн сильном шеи. На рисунке 294 изображено чевзрыве. редование зон слышимости и «молча- ния» для мощного взрыва. В зону А звук пришел непосредственно от места взрыва, в зоне В взрыв не слышен, так как звук, распространявшийся вдоль поверхности земли, затух, а отраженный звук в эту зону не попал. В зону С звук дошел после отражения от слоя температурного скачка. В воде звук распространяется, как было сказано, на значительно большее расстояние, чем в воздухе. Так как световые и радиоволны затухают в воде весьма быстро, практически на расстоянии нескольких десятков метров, то единственным способом сигнализации под водой остаются звуковые и ультразвуковые волны.
Поэтому за последнее время сильно развилась подводная акустика,или, как ее чаще называют, гидроакустика. Большую роль в развитии гидроакустики сыграли работы советских ученых Н. Н. Андреева, Л. Н. Блохинцева, А. М. Бреховских, В. В. Шрлейкима н др. На распространение звука в воде, так же как и в воздухе, влияют наличие течений, температурных градиентов, турбулентных неоднородностей. Но влияние их сказывается значительно сильнее, чем в воздухе. Кроме того, благодаря различному содержанию солей плотность морской воды может сильно меняться от слоя к слою, что так же, как и изменение температуры, вызывает изгибание (рефракцию) лучей.
Скачкообразное измеиениетемпературы или солености воды обусловливает многократные отражения звука, образование звуковых каналов. На распространение звука 418 9 7. ИСТОЧНИКИ ЗВУКА Простейший опыт, изображенный на рисунке 295, показы- вает, что звуковые волны возникают как результат колебания тела в упругой среде. Легкая бусинка, поднесенная к звучащему камер- тону, начинает отскакивать от него под действием ! импульсов, сообщаемых ей колеблющимися нож- ками камертона.
Всякое тело, колеблющееся со звуковой частотои, будучи помещенным в упругую ~ ~ ! (.:) среду, становится источником звуковых волн. В струнных инструментах источник звука— струна, соединенная с корпусом инструмента; в ! свистках, духовых трубах, в голосовом органе человека — некоторый объем воздуха. В громко- говорителях звук излучает упругая колеблюшая- ся поверхность той или иной формы. Струнами называются твердые тела, попереч- ные размеры которых ничтожно малы по сравне- нию с их длиной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
