GARSO GREITIS- plitimo aplinkoje greitis. Nustatomas pagal terpės elastingumą ir tankį. Bėgimui nekeičiant formos su greičiu Su ašies kryptimi X, garso slėgis r gali būti pavaizduotas formoje p = p(x - - ct), Kur t- laikas. Dėl plokštumos harmonijos bangos terpėje be dispersijos ir SZ. išreikštas dažniu w ir k Floy c = w/k. Su greičiu Su harmoninė fazė sklinda. bangos, taigi Su paskambino taip pat fazė S. z. Terpėse, kuriose sklidimo metu keičiasi savavališkos bangos forma, harmoninė. bangos vis dėlto išlaiko savo formą, tačiau fazės greitis skirtingiems dažniams pasirodo skirtingas, t.y. garso sklaida.Šiais atvejais taip pat vartojama sąvoka grupės greitis. Esant didelėms elastinės bangos amplitudėms, atsiranda netiesiniai efektai (žr. Netiesinė akustika), dėl kurių pasikeičia bet kokios bangos, įskaitant harmonines: kiekvieno bangos profilio taško sklidimo greitis priklauso nuo slėgio šiame taške, didėjant slėgiui, o tai lemia bangos formos iškraipymą.

Garso greitis dujose ir skysčiuose. Dujose ir skysčiuose garsas sklinda tūrinių suspaudimo-iškrovimo bangų pavidalu. Jei sklidimo procesas vyksta adiabatiškai (taip, kaip taisyklė), t.y., garso bangos temperatūros pokytis nespėja išsilyginti net ir po to, kai 1 / 2 , periodas šiluma iš šildomų (suspaustų) zonų nespėja persikelti į šaltas (retinamas) zonas, tada S. z. lygus , Kur R yra medžiagos slėgis, jos tankis ir indeksas s rodo, kad išvestinė imama esant pastoviai entropijai. Šis S. z. paskambino adiabatinis. Išraiška S. z. taip pat gali būti parašytas viena iš šių formų:

Kur KAM pragaras – adiabatinis. visapusiško materijos suspaudimo modulis, – adiabatinis. suspaudžiamumas, - izoterminis gniuždomumas, = - pastovaus slėgio ir tūrio šiluminių pajėgumų santykis.

Ribotose kietosiose medžiagose, be išilginių ir skersinių bangų, yra ir kitų tipų bangos. Taigi, išilgai laisvo kieto kūno paviršiaus arba išilgai jo ribos su kita terpe, jie plinta paviršines akustines bangas, kurio greitis yra mažesnis už tam tikrai medžiagai būdingų kūno bangų greitį. Plokštėms, strypams ir kitoms kietoms akustinėms medžiagoms. bangolaidžiai yra būdingi normalios bangos Kurio greitį lemia ne tik medžiagos savybės, bet ir kūno geometrija. Taigi, pavyzdžiui, S. z. išilginei bangai lazdelėje su st, kurios skersiniai matmenys yra daug mažesni už garso bangos ilgį, skiriasi nuo S. z. nevaržomoje aplinkoje su l(3 lentelė):

S.z matavimo metodai. Galima suskirstyti į rezonansinius, interferometrinius, impulsinius ir optinius (žr. Šviesos difrakcija ultragarsu).Naib. Matavimo tikslumas pasiekiamas naudojant impulsinės fazės metodus. Optinis metodai leidžia išmatuoti S. z. esant hipergarsiniams dažniams (iki 10 11 -10 12 Hz). Tikslumas abs. išmatavimai S. z. apie geriausią įrangą 10 -3%, o tikslumas yra santykinis. 10-5% matavimai (pavyzdžiui, tiriant priklausomybę Su dėl temperatūros arba magnetinio laukai arba priemaišų ar defektų koncentracija).

S. z išmatavimai. naudojami daugiskaitoms apibrėžti. medžiagos savybės, tokios kaip dujų šiluminės talpos santykis, dujų ir skysčių suspaudžiamumas, kietųjų medžiagų tamprumo moduliai, Debye temperatūra ir kt. (žr. Molekulinė akustika). S. z nedidelių pakitimų nustatymas. yra jautrus. priemaišų fiksavimo dujose ir skysčiuose metodas. Kietosiose medžiagose S. z matavimas. ir jo priklausomybė nuo skirtingų faktoriai (temperatūra, magnetiniai laukai ir kt.) leidžia tirti materijos sandarą: puslaidininkių juostų sandarą, Fermio paviršiaus struktūrą metaluose ir kt.

Lit.: Landau L. D., L i f sh i c E. M., Elastingumo teorija, 4 leidimas, M., 1987; juos, Hidrodinamika, 4 leidimas, M., 1988; Bergman L. ir jo taikymas moksle ir technikoje, vert. iš vokiečių k., 2 leid., M., 1957 m.; Michailovas I. G., Solovjovas V. A., Syrnikovas J. P., Molekulinės akustikos pagrindai, M., 1964 m. Garso greičio jūros vandenyje skaičiavimo lentelės, L., 1965; Fizinė akustika, red. W. Masonas, vert. iš anglų k., t. 1, A dalis, M., 1966, sk. 4; t 4, B dalis, M., 1970, sk. 7; Kolesnikov A.E., Ultragarsiniai matavimai, 2 leidimas, M., 1982; T r u e l l R., E l b a u m Ch., Ch i k B., Ultragarsiniai metodai kietojo kūno fizikoje, vert. iš anglų k., M., 1972; Akustiniai kristalai, red. M. P. Shaskolskoy, M., 1982; Krasilnikovas V.A., Krylovas V.V., Įvadas į fizinę akustiką, M., 1984 m. A. L. Polyakova.

Garsas yra žmogaus palydovas visą gyvenimą, tačiau mažai kas susimąsto, kas tai yra. Fiziniu požiūriu garsą galima apibrėžti kaip tamprioje terpėje dalelių svyruojančius judesius, kuriuos sukelia koks nors šaltinis, trumpai tariant – elastinės bangos. Garso greitis priklauso nuo terpės, kurioje jis sklinda, savybių: dujose garso greitis didėja didėjant temperatūrai ir slėgiui, skysčiuose mažėja kylant temperatūrai (išimtis yra vanduo, kuriame garso greitis pasiekia maksimalus esant 74°C ir pradeda mažėti tik didėjant šiai temperatūrai). Kalbant apie orą, šis santykis atrodo taip:

C = 332 + 0,6t c

čia t c yra aplinkos temperatūra, °C.

1 lentelė. Garso greitis dujose, esant 0 °C temperatūrai ir 1 atm slėgiui.

2 lentelė. Garso greitis skysčiuose esant 20 °C temperatūrai.

Kietuosiuose kūnuose garso greitį lemia medžiagos tamprumo modulis ir jos tankis, o išilgine ir skersine kryptimis jis skiriasi neribotuose izotropiniuose kietuosiuose kūne.

3 lentelė. Garso greitis kietajame kūne.

Lentelėse aiškiai matyti, kad garso greitis dujose yra daug mažesnis nei kietose medžiagose, todėl nuotykių filmuose dažnai galima pamatyti, kaip žmonės prikiša ausį, kad nustatytų, ar yra gaudynės geležinkelis, kai du kartus pasigirsta atvažiuojančio traukinio garsas – pirmą kartą jis perduodamas bėgiais, o antrą kartą – oru.

Garso bangos svyravimo elastingoje terpėje procesą galima apibūdinti naudojant oro dalelės virpesių pavyzdį:

Oro dalelė, priversta pajudėti iš pradinės padėties dėl garso šaltinio įtakos, yra veikiama tamprių oro jėgų, kurios bando grąžinti ją į pradinę vietą, tačiau veikiant inercinėms jėgoms, grįždamas, dalelė nesustoja, o pradeda tolti nuo pradinės padėties priešinga kryptimi, kur savo ruožtu ją taip pat veikia tamprumo jėgos ir procesas kartojasi.

1 pav. Oro dalelių vibracijos procesas

Paveiksle (pav. Nr. 2) oro molekulės vaizdžiai pavaizduotos mažais taškeliais (kubiniame metre oro jų yra daugiau nei milijonas). Slėgis suspaudimo srityje yra šiek tiek didesnis nei atmosferos slėgis, o retinimo srityje, priešingai, jis yra mažesnis už atmosferos slėgį. Mažų rodyklių kryptis rodo, kad vidutiniškai molekulės juda į dešinę iš aukšto slėgio srities ir į kairę iš žemo slėgio srities. Bet kuri iš pavaizduotų molekulių pirmiausia nukeliauja tam tikrą atstumą į dešinę, o po to tą patį atstumą į kairę, palyginti su pradine padėtimi, o garso banga tolygiai juda į dešinę.

2 pav. Garso bangų judėjimas

Logiška užduoti klausimą – kodėl garso banga juda į dešinę? Atsakymą galima rasti atidžiai ištyrus ankstesniame paveiksle pateiktas rodykles: toje vietoje, kur strėlės susiduria viena su kita, susidaro nauja molekulių sankaupa, kuri bus dešinėje pradinio suspaudimo srityje tolstant nuo rodyklių susidūrimo taško, mažėja molekulių tankis ir susidaro nauja retėjimo sritis, todėl laipsniškas aukšto ir žemo slėgio sričių judėjimas lemia garso bangos judėjimą į dešinę.

3 pav. Garso bangos judėjimo procesas

Tokio pobūdžio bangų judėjimas vadinamas harmoniniais arba sinusiniais virpesiais, kurie apibūdinami taip:

x(t) = Asin(wt + φ)

Paprasta harmoninė arba sinusinė banga parodyta paveikslėlyje (4 pav.):

4 pav. Sinusinė banga

Bangos ilgis priklauso nuo garso dažnio ir greičio:

Bangos ilgis (m) = bangos greitis (m/s) / dažnis (Hz)

Atitinkamai, dažnis nustatomas taip:

Dažnis (Hz) = bangos greitis (m/s) / bangos ilgis (m)

Iš šių lygčių aišku, kad didėjant dažniui, bangos ilgis mažėja.

4 lentelė. Bangos ilgis priklausomai nuo garso dažnio (esant 20 °C oro temperatūrai)

Garso intensyvumas mažėja, kai atstumas nuo garso šaltinio didėja. Jei garso banga savo kelyje nesusiduria su kliūtimis, tada garsas iš šaltinio sklinda visomis kryptimis. Paveikslėlyje (Pav. Nr. 5) pavaizduotas garso intensyvumo kitimo pobūdis – garso intensyvumas išlieka pastovus, tačiau įtakos plotas didėja, todėl tam tikrame taške garso intensyvumas mažėja.

5 pav. Garso bangų sklidimo procesas

Priklausomai nuo garso šaltinio tipo, yra keli garso bangų tipai: plokščiosios, sferinės ir cilindrinės.

6 pav. Garso šaltinių tipai ir bangų fronto schema
a - prailginta plokštė; b - taškinis šaltinis; c - linijinis šaltinis.

Plokštumos bangos skliddamos nekeičia formos ir amplitudės, sferinės – formos (amplitudė mažėja 1/r), cilindrinės bangos keičia ir formą, ir amplitudę (mažėja 1/№r).

1.25. 3 GARSO BANGOS

Garso bangos samprata. Garso greitis įvairiose laikmenose. Fizinės garso savybės: intensyvumas, spektras, aukštis, tūris, skilimas. Ultragarsas ir jo taikymas. Doplerio efektas. Šoko bangos.

Garso bangos.

Svarbus išilginių bangų tipas yra garso bangos . Taip vadinamos bangos, kurių dažnis yra 17–20 000 Hz. Garso tyrimas vadinamas akustika. Akustikoje tiriamos bangos, sklindančios ne tik ore, bet ir bet kurioje kitoje terpėje. Elastinės bangos, kurių dažnis mažesnis nei 17 Hz, vadinamos infragarsu, o kurių dažnis didesnis nei 20 000 Hz – ultragarsu.

Garso bangos yra elastingi virpesiai, sklindantys banginio proceso forma dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose..

Per didelis garso slėgis. Garso bangos lygtis.

Tampriosios bangos lygtis leidžia apskaičiuoti bet kurio erdvės taško, per kurį banga praeina, poslinkį bet kuriuo metu. Bet kaip galime kalbėti apie oro ar skysčio dalelių išstūmimą iš pusiausvyros padėties? Garsas, sklindantis skystyje ar dujose, sukuria terpės suspaudimo ir retėjimo sritis, kuriose slėgis atitinkamai didėja arba mažėja, lyginant su netrikdomos terpės slėgiu.

Jei yra netrikdomos terpės (terpės, per kurią banga nepraeina) slėgis ir tankis, ir yra terpės slėgis ir tankis, kai bangos procesas joje sklinda, tai dydis vadinamas perteklinis slėgis . Didumas yra didžiausia perteklinio slėgio vertė (viršslėgio amplitudė ).

Plokščiosios garso bangos perteklinio slėgio pokytis (t. y. plokštumos garso bangos lygtis):

čia y yra taško, kuriame nustatome perteklinį slėgį momentu t, atstumas nuo virpesių šaltinio.

Jei perteklinio tankio reikšmę ir jo amplitudę įvestume taip pat, kaip ir garso slėgio pertekliaus reikšmę, tai plokštumos garso bangos lygtį būtų galima parašyti taip:

. (30.2)

Garso greitis- garso bangų sklidimo terpėje greitis. Paprastai garso greitis dujose yra mažesnis nei skysčiuose, o skysčiuose garso greitis yra mažesnis nei kietose medžiagose. Kuo didesnis tankis, tuo didesnis garso greitis. Garso greitis bet kurioje terpėje apskaičiuojamas pagal formulę: čia β – terpės adiabatinis suspaudžiamumas ρ – tankis;

Objektyviosios ir subjektyviosios garso charakteristikos.

Pats žodis „garsas“ atspindi dvi skirtingas, bet tarpusavyje susijusias sąvokas: 1) garsas kaip fizinis reiškinys; 2) garsas – tai suvokimas, kurį patiria klausos aparatas (žmogaus ausis), ir jame kylantys pojūčiai. Atitinkamai garso charakteristikos skirstomos į objektyvus , kuriuos galima išmatuoti fizine įranga, ir Suobjektyvus , nulemta žmogaus tam tikro garso suvokimo.

Objektyviosios (fizinės) garso charakteristikos apima charakteristikas, apibūdinančias bet kokį bangų procesą: dažnį, intensyvumą ir spektrinę sudėtį. Prie 1 lentelės. Įtraukiami objektyvių ir subjektyvių savybių lyginamieji duomenys.

1 lentelė.

Garso dažnis matuojamas bangos procese dalyvaujančių terpės dalelių virpesių skaičiumi per 1 sekundę.

Intensyvumas banga matuojama energija, kurią banga perduoda per laiko vienetą per vienetinį plotą (esantį statmenai bangos sklidimo krypčiai).

Spektrinė sudėtis (spektras) garsas rodo, iš kokių vibracijų susideda tam tikras garsas ir kaip amplitudės pasiskirsto tarp atskirų jo komponentų.

Išskirti ištisiniai ir linijiniai spektrai . Norint subjektyviai įvertinti garsumą, vadinami dydžiai garso lygis ir garsumo lygis .

2 lentelė. Objektyviosios mechaninių bangų procesų charakteristikos.

Norint apibūdinti dydžius, lemiančius garso suvokimą, svarbu ne tiek absoliučios garso intensyvumo ir garso slėgio vertės, kiek jų santykis su tam tikromis slenkstinėmis vertėmis. Todėl įvedama santykinio intensyvumo ir garso slėgio lygių sąvoka.

Kad garso banga būtų suvokiama ausimi, jos intensyvumas turi viršyti minimalią vertę, vadinamą ngirdimumo aukštis . Skirtingų dažnių vertė skiriasi. Dėl dažnio klausos slenkstis yra tokio dydžio. Patirtis parodė, kad kiekviename dažnyje yra viršutinė garso intensyvumo riba, kurią viršijus žmogus jaučia skausmą. Kiekis vadinamas skausmo slenkstis.

Intensyvumo lygis (garso intensyvumo lygis) yra lygus garso stiprumo tam tikru dažniu ir garso intensyvumo tuo pačiu dažniu prie girdimumo slenksčio santykio dešimtainiam logaritmui:

.

Garso garsumas - subjektyvus garso stiprumo suvokimas (absoliuti klausos pojūčio vertė). Garsumas daugiausia priklauso nuo garso slėgio ir garso vibracijų dažnio. Taip pat garso stiprumui įtakos turi jo tembras, garso vibracijų poveikio trukmė ir kiti veiksniai. Garsumo lygis yra lygus garso stiprumo tam tikru dažniu ir garso stiprumo 1000 Hz dažniu ties girdimumo slenksčiu dešimtainiam logaritmui:

.

Intensyvumo lygio vienetas yra bel (B): . Dešimtadalis baltos spalvos vadinama decibelu (dB): 0,1B = 1dB. Intensyvumo lygio decibelais nustatymo formulė bus tokia:

.

Jeigu formoje parašytume garsumo lygio formulę , tada SI matavimo vienetas su šiuo kiekio apibrėžimu yra vienetas, vadinamas von. Esant 1000 Hz dažniui, kitų dažnių fono ir decibelų skalės yra skirtingos.

Garso slėgio lygis yra lygus garso slėgio tam tikru dažniu ir garso slėgio prie girdimumo slenksčio santykio 20 kartų sandaugai. Matavimo vienetas šiuo atveju yra decibelas.

.

Ultragarsas: Mechaninės bangos, kurių virpesių dažnis didesnis nei 20 000 Hz, žmonės nesuvokia kaip garso.

Ultragarsas yra bangos pavidalo sklindantis terpės dalelių svyruojantis judėjimas, pasižymintis daugybe išskirtinių bruožų, palyginti su vibracijomis garsiniame diapazone. Ultragarso dažnių diapazone gana lengva gauti nukreiptą spinduliuotę; Ultragarsiniai virpesiai puikiai tinka fokusuoti, todėl tam tikrose įtakos srityse padidėja ultragarso virpesių intensyvumas. Ultragarsas, sklindantis dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, sukuria unikalius reiškinius, kurių daugelis buvo praktiškai pritaikyti įvairiose mokslo ir technologijų srityse. Kiek daugiau nei šimtas metų praėjo nuo ultragarsinių virpesių srities tyrimų pradžios. Per šį laiką žmonijos turtui atsirado dešimtys itin efektyvių, išteklius taupančių ir aplinką tausojančių ultragarso technologijų. Tai apima: metalų grūdinimo, skardinimo ir litavimo technologijas, šilumą mainų paviršių apnašų susidarymo prevenciją, trapių ir ypač kietų medžiagų gręžimą, termolabių medžiagų džiovinimą, gyvulinių ir augalinių žaliavų ekstrahavimą, skystų medžiagų tirpinimą, sterilizavimą, smulkų purškimą. vaistai, sunkusis kuras, emulsijų ir itin smulkių suspensijų gavimas, dispersiniai dažai, metalo suvirinimas ir polimerai, plovimas, dalių valymas nenaudojant degių ir toksiškų tirpiklių.

Pastaraisiais metais ultragarsas pradėjo vaidinti vis svarbesnį vaidmenį pramonėje ir moksliniuose tyrimuose. Ultragarso kavitacijos ir akustinių srautų srityje buvo sėkmingai atlikti teoriniai ir eksperimentiniai tyrimai, kurie leido sukurti naujus technologinius procesus, vykstančius veikiant ultragarsui skystoje fazėje. Šiuo metu formuojasi nauja chemijos kryptis – ultragarsinė chemija, kuri leidžia pagreitinti daugelį cheminių technologinių procesų ir gauti naujų medžiagų. Moksliniai tyrimai prisidėjo prie naujos akustikos šakos – molekulinės akustikos, tiriančios garso bangų molekulinę sąveiką su medžiaga, atsiradimo. Atsirado naujos ultragarso taikymo sritys: introskopija, holografija, kvantinė akustika, ultragarso fazių matavimas, akustoelektronika.

Kartu su teoriniais ir eksperimentiniais tyrimais ultragarso srityje atlikta daug praktinių darbų. Sukurtos universalios ir specialios ultragarsinės mašinos, įrenginiai, veikiantys esant padidintam statiniam slėgiui, ultragarsiniai mechanizuoti detalių valymo įrenginiai, generatoriai su padidintu dažniu ir nauja aušinimo sistema, keitikliai su tolygiai paskirstytu lauku.

Echolotas – prietaisas jūros gyliui nustatyti. Ultragarsinis lokatorius naudojamas atstumui iki kliūties kelyje nustatyti. Kai ultragarsas praeina per skystį, skysčio dalelės įgauna didelius pagreičius ir stipriai veikia įvairius kūnus, esančius skystyje. Tai naudojama pagreitinti įvairius technologinius procesus (pavyzdžiui, tirpalų ruošimas, detalių plovimas, odos rauginimas ir kt.). Ultragarsu nustatomi metalinių dalių defektai Medicinoje atliekamas ultragarsinis vidaus organų tyrimas.

Doplerio efektas vadinamas imtuvo suvokiamų svyravimų dažnio pokyčiu, kai šių virpesių šaltinis ir imtuvas juda vienas kito atžvilgiu.

Norėdami atsižvelgti į Doplerio efektą, manykite, kad garso šaltinis ir imtuvas juda juos jungiančia tiesia linija; v ist ir v pr - atitinkamai šaltinio ir imtuvo judėjimo greitis, ir jie yra teigiami, jei šaltinis (imtuvas) artėja prie imtuvo (šaltinio), ir neigiami, jei jis tolsta. Šaltinio virpesių dažnis yra v 0 .

1. šaltinis ir imtuvas yra ramybės būsenoje terpės atžvilgiu, t.y. v ist = v pr =0. Jeigu v - garso bangos sklidimo greitis nagrinėjamoje terpėje, tada bangos ilgis l= vT= v/ v 0 . Sklindanti terpėje banga pasieks imtuvą ir privers jos garsui jautrų elementą svyruoti tokiu dažniu

Todėl dažnis v garsas, kurį imtuvas užregistruos, yra lygus dažniui v 0, kai garso bangą skleidžia šaltinis.

2. Imtuvas artėja prie šaltinio, o šaltinis yra ramybės būsenoje, t.y. v pr >0, v ist =0. Šiuo atveju bangos sklidimo greitis imtuvo atžvilgiu bus lygus v + v ir tt Kadangi bangos ilgis nesikeičia, tada

(30.4)

y., imtuvo suvokiamų virpesių dažnis ( v+ v pr) / v kartų didesnis už šaltinio virpesių dažnį.

3. Šaltinis artėja prie įpėdinio, o imtuvas ilsisi, t.y. v ist >0, v pr =0.

Virpesių sklidimo greitis priklauso tik nuo terpės savybių, todėl per laiką, lygų šaltinio virpesių periodui, jos skleidžiama banga nukeliaus atstumą link imtuvo vT(lygus bangos ilgiui l) nepriklausomai nuo to, ar šaltinis juda, ar ramybės būsenoje. Tuo pačiu metu šaltinis nukeliaus atstumą bangos kryptimi v ist T(224 pav.), t.y. bangos ilgis judėjimo kryptimi sutrumpės ir taps lygus l"=l-v ist T=(v-v ist) T, Tada

(30.5)

y., dažnis n imtuvo suvokiama vibracija padidės v/(v – v ist) kartus. 2 ir 3 atvejais, jei v ist<0 и v pr<0, знак будет обратным.

4. Šaltinis ir imtuvas juda vienas kito atžvilgiu. Naudodamiesi 2 ir 3 atvejų gautais rezultatais, galime parašyti imtuvo suvokiamų virpesių dažnio išraišką:

(30.6)

Be to, viršutinis ženklas imamas, jei šaltiniui ar imtuvui judant jie priartėja vienas prie kito, apatinis ženklas - jei tolsta vienas nuo kito.

Iš aukščiau pateiktų formulių matyti, kad Doplerio efektas skiriasi priklausomai nuo to, ar šaltinis ar imtuvas juda. Jei greičio kryptys v adresu v ist nesutampa su tiesia linija, einančia per šaltinį ir imtuvą, tada vietoj šių greičių formulėje (30.6) turime paimti jų projekcijas į šios tiesės kryptį.

Smūgio banga: plyšimo paviršius, kuris juda dujų/skysčių/kietųjų medžiagų atžvilgiu ir kuriam susikerta slėgis, tankis,

temperatūra ir greitis patiria šuolį.

Smūgio bangos atsiranda sprogimų, detonacijų, viršgarsinių kūnų judesių metu, galingų elektros bangų metu. išmetimai ir tt Pavyzdžiui, sprogstamojo sprogimo metu susidaro labai įkaitę sprogimo produktai, kurie turi didelį tankį ir yra veikiami aukšto slėgio. Iš pradžių juos supa normalaus tankio ir atmosferos slėgio ramybės oras. Besiplečiantys sprogimo produktai suspaudžia aplinkinį orą ir kiekvienu laiko momentu suspaudžiamas tik tam tikrame tūryje esantis oras; už šio tūrio ribų oras lieka netrikdomas. Laikui bėgant suslėgto oro tūris didėja. Paviršius, skiriantis suslėgtą orą nuo netrikdomo oro, yra smūginės bangos priekis. Daugeliu atvejų viršgarsinio kūnų judėjimo dujose atvejais (artilerijos sviediniai, erdvėlaivių nusileidimai) dujų judėjimo kryptis nesutampa su įprastu smūgio bangos fronto paviršiumi, o tada kyla įstrižos smūgio bangos. .

Smūgio bangos atsiradimo ir plitimo pavyzdys yra dujų suspaudimas vamzdyje stūmokliu. Jei stūmoklis į dujas juda lėtai, tada per dujas garso greičiu A akustiniai bėgimai (elastinga) suspaudimo banga. Jei stūmoklio greitis nėra mažas, lyginant su garso greičiu, kyla smūginė banga, kurios sklidimo per netrikdomas dujas greitis yra didesnis už dujų dalelių judėjimo greitį (vadinamasis masės greitis). kuris sutampa su stūmoklio greičiu. Atstumai tarp dalelių smūgio bangoje yra mažesni nei netrikdomose dujose dėl dujų suspaudimo. Jei stūmoklis pirmą kartą įstumiamas į dujas mažu greičiu ir palaipsniui greitinamas, smūgio banga susidaro ne iš karto. Pirma, atsiranda suspaudimo banga su nuolatiniu tankio r ir slėgio pasiskirstymu r. Laikui bėgant, suspaudimo bangos priekinės dalies statumas didėja, nes įsibėgėjančio stūmoklio trikdžiai ją pasiveja ir sustiprina, todėl staigiai šokteli visi hidrodinaminiai parametrai. kiekiai, t.y. smūginė banga

Smūgio banga tikrose dujose. Tikrose dujose aukštoje temperatūroje vyksta molekulinių virpesių sužadinimas, molekulių disociacija, cheminės reakcijos, jonizacija ir kt., o tai susiję su energijos sąnaudomis ir dalelių skaičiaus pasikeitimu. Šiuo atveju vidinė energija e kompleksiškai priklauso nuo p Ir ρ ir dujų parametrai už priekio.

Norint perskirstyti stiprioje smūgio bangoje suspaustų ir įkaitintų dujų energiją įvairiais laisvės laipsniais, dažniausiai reikia daug molekulių susidūrimų. Todėl tikrosiose dujose Dx sluoksnio, kuriame vyksta perėjimas iš pradinės į galutinę termodinaminės pusiausvyros būseną, plotis, t.y. smūginės bangos fronto plotis, paprastai yra daug didesnis nei klampaus smūgio plotis ir yra nustatomas. pagal laiką atsipalaidavimas lėčiausias iš procesų: virpesių sužadinimas, disociacija, jonizacija ir kt.

Ryžiai. 25.1 Temperatūros (a) ir tankio (b) pasiskirstymas smūgio bangoje, sklindančioje tikrose dujose .

Tada smūginės bangos temperatūra ir tankis yra tokios formos, kaip parodyta Fig. 25.1, kur klampi smūginė banga vaizduojama kaip sprogimas.

Smūgio banga kietose medžiagose. Energija ir slėgis kietose medžiagose turi dvejopą prigimtį: jie yra susiję su terminiu judėjimu ir su dalelių (šiluminių ir elastinių komponentų) sąveika. Tarpdalelių jėgų teorija negali pateikti bendros tampriųjų slėgio ir energijos komponentų priklausomybės nuo tankio įvairioms medžiagoms plačiame diapazone, todėl teoriškai neįmanoma sukurti funkcijos, susijusios su p,ρ) prieš ir už smūginės bangos fronto. Todėl kietųjų (ir skystųjų) kūnų skaičiavimai nustatomi iš patirties arba pusiau empiriškai. Norint smarkiai suspausti kietąsias medžiagas, reikalingas milijonų atmosferų slėgis, kuris dabar pasiekiamas atliekant eksperimentinius tyrimus. Praktiškai didelę reikšmę turi silpnos smūginės bangos, kurių slėgis yra 10 4 -10 5 atm. Tai slėgiai, atsirandantys detonacijos metu, sprogimai vandenyje, sprogimo produktų smūgiai į kliūtis ir kt. Daugelyje medžiagų – geležyje, bismute ir kitose – smūginės bangos metu vyksta fazių virsmai – polimorfiniai virsmai. Esant žemam slėgiui kietose medžiagose, elastinės bangos , kurių sklidimas, kaip ir silpnų suspaudimo bangų sklidimas dujose, gali būti nagrinėjamas remiantis akustikos dėsniais.

Garso greitis- tampriųjų bangų sklidimo greitis terpėje: tiek išilginis (dujose, skysčiuose ar kietose medžiagose), tiek skersinis, šlyties (kietose medžiagose). Jį lemia terpės elastingumas ir tankis: kaip taisyklė, garso greitis dujose yra mažesnis nei skysčiuose, o skysčiuose – mažesnis nei kietose medžiagose. Taip pat dujose garso greitis priklauso nuo tam tikros medžiagos temperatūros, monokristaluose – nuo ​​bangos sklidimo krypties. Paprastai nepriklauso nuo bangos dažnio ir jos amplitudės; tais atvejais, kai garso greitis priklauso nuo dažnio, kalbame apie garso sklaidą.

Enciklopedinis „YouTube“.

• 1 / 5

  Jau senovės autoriuose yra nuoroda, kad garsą sukelia svyruojantis kūno judėjimas (Ptolemėjus, Euklidas). Aristotelis pažymi, kad garso greitis turi baigtinę reikšmę, ir teisingai įsivaizduoja garso prigimtį. Bandymai eksperimentiškai nustatyti garso greitį siekia XVII amžiaus pirmąją pusę. F. Baconas knygoje „New Organon“ atkreipė dėmesį į galimybę nustatyti garso greitį, lyginant laiko intervalus tarp šviesos blyksnio ir šūvio garso. Šiuo metodu įvairūs tyrinėtojai (M. Mersenne, P. Gassendi, W. Derham, grupė mokslininkų iš Paryžiaus mokslų akademijos – D. Cassini, J. Picard, Huygens, Roemer) nustatė garso greičio reikšmę. (priklausomai nuo eksperimento sąlygų, 350- 390 m/s). Teoriškai garso greičio klausimą pirmasis nagrinėjo I. Niutonas savo „Principuose“. Niutonas iš tikrųjų manė, kad garso sklidimas yra izoterminis, todėl buvo neįvertintas. Teisingą teorinę garso greičio vertę gavo Laplasas.

  Greičio apskaičiavimas skystyje ir dujose

  Garso greitis vienalyčiame skystyje (arba dujose) apskaičiuojamas pagal formulę:

  c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho ))))

  Daliniuose dariniuose:

  c = − v 2 (∂ p ∂ v) s = − v 2 C p C v (∂ p ∂ v) T (\displaystyle c=(\sqrt (-v^(2)\left((\frac (\)) dalinis p)(\partial v))\right)_(s)))=(\sqrt (-v^(2)(\frac (Cp)(Cv))\left((\frac (\partial p)) (\dalinis v))\dešinė)_(T))))

  Kur β (\displaystyle \beta )- adiabatinis terpės suspaudžiamumas; ρ (\displaystyle \rho )- tankis; C p (\displaystyle Cp)- izobarinė šiluminė talpa; C v (\displaystyle Cv)- izochorinė šiluminė talpa; p (\displaystyle p), v (\displaystyle v), T (\displaystyle T)- terpės slėgis, specifinis tūris ir temperatūra; s (\displaystyle s)- terpės entropija.

  Tirpalams ir kitoms sudėtingoms fizinėms ir cheminėms sistemoms (pavyzdžiui, gamtinėms dujoms, naftai) šios išraiškos gali duoti labai didelę paklaidą.

  Kietosios medžiagos

  Esant sąsajoms, tamprioji energija gali būti perduodama įvairių tipų paviršinėmis bangomis, kurių greitis skiriasi nuo išilginių ir skersinių bangų greičio. Šių virpesių energija gali būti daug kartų didesnė už kūno bangų energiją.