Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
Порогом осязания (порогом болевого ощущения) называется наибольшая интенсивность звуковой волны, при которой восприятие звука не вызывает болевого ощущения. Порог осязания зависит от частоты звука, изменяясь от 0,1 Вт/м2 при 6000 Гц до 10 Вт/м2 при низких и высоких частотах.
6°. Мерой чувствительности органов слуха к восприятию звуковых волн данной интенсивности J является уровень интенсивности L:
L=IOIg-f,
где /0 — стандартный порог слышимости (п. 5°).
324 ОТДЕЛ IV. гл. 3. механические (УПРУГИЕ) волны. ЗВУК
3.8. Ультразвуки
Г. Ультразвуками называются звуковые волны с частотами от 2-10* до 1013 Гц. Ультразвуки с частотами 106 Гц и выше называются также гиперзвуками. Ультразвуки генерируются механическими и электромеханическими излучателями. Механическим излучателем низкочастотных ультразвуковых волн (v порядка 20—200 кГц) большой интенсивности является сирена. Она звучит благодаря периодическому прерыванию мощной струи сжатого воздуха или пара, проходящего через отверстия в двух соосных дисках, один из которых неподвижен, а другой — вращается.
2°. Чаще всего применяются магнитострикционные и пьезоэлектрические электромеханические излучатели.
Магнитострикционные излучатели применяются для генерирования ультразвуков с частотами до 200 кГц. В основе устройства этих излучателей лежит явление магни-тострикции — изменение формы и объема ферромагнетиков (III.6.5.Г), помещенных в переменное магнитное поле. Если ферромагнетик намагничивается в периодически изменяющемся магнитном поле, то в нем возникают вынужденные механические колебания, являющиеся источником ультразвука. Простейшим ультразвуковым магнитострикцион-ным вибратором служит ферромагнитный стержень, являющийся сердечником высокочастотного трансформатора.
3°. Пьезоэлектрические излучатели генерируют ультразвуки с частотами до 50 МГц. В основе действия этих излучателей лежит явление, заключающееся в том, что некоторые кристаллы, например кварц, изменяют свои линейные размеры под действием электрического поля. Пластинка из такого пьезоэлектрика *) в переменном электрическом поле совершает вынужденные механические колебания, генерирующие ультразвуки.
4°. Ультразвуки применяются в технике для контрольно-измерительных целей, а также для осуществления и ускорения некоторых технологических процессов.
Гидролокация (см. радиолокация (IV.4.5.6°)) состоит в определении расстояния до тела, находящегося в толще
*) Слово «пьезо» происходит от греческого «piezo» — давлю. Пьезоэлектриками называются кристаллы, в которых возможны пьезоэлектрические эффекты — прямой и обратный. Прямой состоит в появлении электрических зарядов на границах некоторых кристаллов при их сжатии или растяжении. Обратный эффект состоит в возникновении деформаций при внесении подобных кристаллов в электрическое поле.
3.9. интерференция волн
325
воды, по измерению промежутка времени между посылкой ультразвукового сигнала и приемом эхо-сигнала, возникающего в результате отражения ультразвука от тела. В гидролокации используется поглощение ультразвука жидкостями. В воздухе это поглощение в 1000 раз больше, чем в воде.
Ультразвуковой дефектоскопией называется обнаружение внутренних дефектов (трещин, раковин, различных неод-нородностей структуры) в твердых телах при помощи ультразвука. Такая дефектоскопия основана на различии отражения ультразвука от поврежденных и неповрежденных частей тела.
5°. Ультразвуковые волны достаточной интенсивности оказывают на тела дробящее и измельчающее действие. Это используется в различных технологических процессах: получение эмульсий, снятие пленок окислов и обезжиривание поверхностей деталей, размельчение зерен фотоэмульсий и т. д. Ультразвуки ускоряют протекание процессов диффузии, некоторых химических реакций.
3.9. Интерференция волн
Г. Если в некоторой однородной и изотропной среде два точечных источника возбуждают сферические волны (IV.3.6.3°), то в произвольной точке пространства M может происходить наложение волн в соответствии с принципом
Рис. IV.3.7 Рис. IV.3.8
суперпозиции (наложения): каждая точка среды, куда приходят две или несколько волн, принимает участие в колебаниях, вызванных каждой волной в отдельности; волны не взаимодействуют друг с другом и распространяются независимо друг от друга. Например, волны, распространяющиеся в воде от двух точечных источников, изображенных на рис. IV.3.7, доходят до точки M и каждая, независимо друг от друга, вызывает ее колебания.
326 отдел iv. гл. 3. механические (упругие) волны, звук
2°. Две одновременно распространяющиеся синусоидальные сферические волны S1 и s2, созданные точечными источниками B1 и B2 (рис. IV.3.8), вызовут в точке M колебание, которое, по принципу суперпозиции, описывается формулой S=S1-I-S2. Согласно IV.3.6.3°
А А
51 = -у- sin ((axt—k1r14- ct1) = -j- sin CD1,
52 = sin (co2r—V2 + ot2) = sin Ф2,
где O1=UiJ—Vi+0I и Ф2=со2/—k2r2-\-a2 — фазы распространяющихся волн. Остальные обозначения см. IV.3.5.2°.
В результирующей волне S = S1 + S2 = -^- sin Ф, ампли-туда — и фаза Ф определяются формулами
