Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Cl=IfEi I — v)/p( H-v)(1 —2 v) =y<tf+4/aG)/p, для сдвиговой волны
c*=y?/2p(l4-v) =уё/р,
где E — модуль Юнга, G — модуль сдвига, у — коэф. Пуассона, К — модуль объёмного сжатия. Скорость распространении продольных воли всегда больше, чем скорость сдвиговых волн, причём обычно выполняется
соотношение Cj > CtУ~%. Значения Cl и Ct для нек-рых изотропных твёрдых тел приведены в табл. 3.
Табл. 3—Скорость звука в некоторых изотропных твёрдых телах ;
Cf, м/с Cf, м/с С^х, М/С
Кварц плавленый 5970 3762 5760
Бетон 4200—5300 — _
Плексиглас .... 267г0—2680 1100-1121 1840-2140
Полистирол 2350—2380 1120 1860-2240
Отекло пирекс . 5640 3280 5‘170
Стекло крон .... 5100—в 120 2840-3550 4540—5300
Стекло флинт . . . 3760—4800 2330—2560 3490-4560
Тефлон 1340 — —
Эбонит 2405 —. —
Желе 80 5835-5950 3180-3240 5000—5200
Золото 3200—3240 1200 2030
Магний 5765 3065 4600-4970
Платина 3260-3960 1670—1730 2690—2800
Свинец 1900—2400 700-790 1200^-1320
Цинк 4170—4210 2440 3700—3850
Никель 5630 2960 4785-4970
Серебро 3650—3700 1600—1090 2610—2800
Углеродистые ста- 5099-5177
ли Нержавеющая — —
5039
сталь.IXI8H9T — ; —
Титан BT-I ; . . . — — 5072
Медь М-2 — . — 3842
Латунь JI59 . . . 4600 2080 3450
Алюминиевый
сплав АМГ . . . 6320 3190 5200
В монокристаллах С. з. зависит от направления распространении волны в кристалле (см. Кристйлло-акустика). В тех направлениих, в к-рых возможно распространение чисто продольных и чисто поперечних волн, в общем случае имеется одно значение Ci и два значения ct. Если значении с* рааличны, то соответствующие волны иногда наз. быстрой и медленной поперечными волнами. В общем случае для каждого направления распространения Волны в кристалле могут существовать три смешанные волны с разными скоростями распространения, к-рые определяются соответствуй-щнми комбинациями модулей упругости, причём векторы колебат. смещений частиц в этих трёх Воднаг взаимно перпендикулярны. В табл. 4 приведены Значения С. з. для нек-рых монокристаллов в характерных направлениях.
Во мн. веществах С. з. зависит от наянчия посторонних примесей. В полупроводниках и диэлектриках С. з. чувствительна к концентрации примесей; так, при легировании полупроводника прнмесью, увеличивающей число носителей тока, С. з. уменьшается с увеличением концентрации; при увеличении темперы С. з. слабо увеличивается.
В металлах и сплавах С. з. существенно зависит от предшествующей механической и термообработки: прокат, ховиа, отжиг н т. п. Частично это ивление свнэаяо с днслоиациями, налцчие н-рых также влияет на С. з.
35*
СКОРОСТЬ
T а 6 л.. 4 —Скорость звука в некоторых монокрпетаыах
Направление распростране- ния Тип волны с, м/с
Кварп (SiOt) Вдоль оси г Продольная 6330
»•— Поперечная 4620
Вдоль ОСИ X Продольная 5600
—>>— Поперечная быстрая Поперечная 5050
—>>— 3500
Рубин (AllOj) Вдоль оси С медленная Продольная 11240
—»¦— Поперечная 7800
Ниобат лития Вдоль оси С Продольная 7330
(LiNbO1) 3580
—»— Поперечная
Сульфид кадмия (CdS) Вдоль оси С Продольная 4500
_о>— Поперечная I860
Железоиттриевый гранат (YgFetO,*) Вдоль оси X Поперечная 3840
Вдоль оси[100] Продольная 883*0
Алюмомагниевая
шпинель (MgAbO4) 6540
—»— Поперечная
Вдоль оси [111] Продольная 10600
—»— Поперечная ,5100
В металлах, как правило, С. з. уменьшается с ростом темп-ры. Прн переходе металла в сверхпроводящее состояние характер зависимости нной: величина дсідТ в точке перехода меняет знак. В сильных магн. полях проявляются нек-рые эффекты в зависимости С. з. от маги, поля, к-рые отражают особенности поведения электронов в монокристалле металла. Так, при распространении звука по нек-рым направлениям в кристалле появлиются осцилляции С. з. как ф-ции магн. поля. Измерения зависимости С. з. от магн. поля являются чувствит. методом исследования внутр. структуры металлов.
В пьезоэлектриках и сегнетоэлектриках наличие электромеханич. связи приводит к уменьшению модулей упругости н, следовательно, уменьшает С. з.
Аналогичное явление наблюдается и в магнитострик-ционных материалах, где наличие магнитоупругой связи приводит, кроме того, к появлению заметной зависимости С. э. от напряжённости магн. поля, обусловленной т. н. ДЯ-эффектом, т. е. зависимостью модуля Юнга E от величины магн. поля II. Изменения С. з. с ростом U могут достигать неск. процентов (иногда до десятков процентов). Такая же зависимость С. а. от напряженности электрич. поля наблюдается в сегнетоэлектриках. При действии на твёрдое тело статич. механич. напряжений С. з. зависит от величины этнх напряжений, что является следствием отклонения от линейного закона Гука.
В ограниченных твёрдых телах кроме продольных и поперечных волн имеются и др. типы воли. Так, вдоль свободной поверхности твёрдого тела или вдоль границы его с др. средой распространяются поверхностные акустические волны, скорость к-рых меньше скорости объёмных волн, характерных для данного материала. Дли пластин, стержней и др. твёрдых акустич. волноводов характерны нормальные волны, скорость к-рых определяется не только свойствами вещества, но и геометрией тела. Так, напр., С. з. для продольной волны в стержие сст, поперечные размеры к-рого много меньше длины волны звука, отличается от С. з. в неограниченной среде Ct (табл. 3):
