Дисперсията на скоростта на звука
звук дисперсия (DA) на скоростта фаза на вълни monohromaticheskihzvukovyh честота. DZ е причина за промяна на формата на звуковата вълна (акустична пулс) по време на разпространението му в средата. Разграничаване DZ поради физичните свойства на средата, и DZ, поради наличието на телесни граници, в които се разпространява звуковата вълна и от свойствата на тялото е независима.
Първият тип DZ поради физически свойства на средата осигурява RS, свързани с процесите на релаксация. срещащи се в околната среда по време на преминаването на звукова volny.Pri присъствие на спокойствие обработва енергия на постъпателното движение на молекулите, че те са в звукова вълна, се разпределя към вътрешните степени на свобода. дисперсия величина скоростта на звука зависи от това кои конкретни степени на свобода са въодушевени от действието на звуковата вълна на.
В определен диапазон от честоти, близки до честотата за релакс, равна на скоростта на звука се увеличава с увеличаване на честотата, т.е.. Е. Има така наречената положителна дисперсия. По-долу на Фигура 1 е графика на DMZ.
Дисперсията на скоростта на звука
Фиг. 1 - скоростта на звука при ниски честоти (), - скоростта на звука при много високи честоти (), време за релаксация.
Дисперсията от първи тип на звука може да бъде предизвикано от различни причини. Най-важните случаи на дисперсия на звука, свързани с процесите на релаксация. срещащи се в средата по време на преминаването на звукови вълни. Механизъм на възникване на дисперсията на релаксация на звука може да се обясни по примера на полиатомен газ. Когато разпространение на звука в молекулите на газове извършва транслационно движение. Ако елементарен газ, няма други движения, отколкото бутални, газови атоми не могат да изпълняват. Ако поливалентен газ, могат да се появят молекулите в сблъсквания между въртеливо движение на молекулите, както и вибрационното движение на атомите, съставляващи молекулата. В тази част на енергията на звукова вълна се изразходват в възбуждане на вибрационни и ротационни движения. Преходът от енергията на звуковата вълна (т.е.. Д. От постъпателно движение) с вътрешния степени на свобода (т.е.. Д. До вибрационното и въртеливо движение) не се развива мигновено, но след известно време, наречен време за релаксация тон. Този път се определя от броя на сблъсъци, които трябва да се появят между молекулите да преразпределя властта между всички степени на свобода. Ако периодът звукова вълна е малък в сравнение с т (висока честота), срокът за вълни вътрешните степени на свобода не разполага с време, за да бъдат развълнувани и преразпределение на енергия не са имали време да се случи. В този случай, газът ще се държи така, сякаш няма вътрешни степени на свобода не. Ако периодът на звуковата вълна е много по-голям, отколкото тон (бас), през периода на вълна енергия на постъпателното движение на път да преразпределя по вътрешните степени на свобода. Енергията на постъпателното движение ще бъде по-малко, отколкото в случаите, когато вътрешните степени на свобода не биха били. Тъй като газът се определя от еластичността на енергията се дължи на транслационно движение на молекулите, следва, че еластичността на газ, а оттам и скоростта на звука, също ще бъде по-малък, отколкото в случая на високи честоти. С други думи, в диапазон от честоти близо до честота релаксация равно WP = 1 / т. скоростта на звука се увеличава с увеличаване на честотата. т. е. има така наречената положителна дисперсия. Ако c0 - скорост на звука при ниски честоти (т «1). и c∞ - при много високи честоти (тегл »1). скоростта на звука за произволна честота се описва с формула
Поради необратимостта на енергия преразпределителни процеси в тези честотни региони, където има дисперсия на звука, има повишена абсорбция на звука.
Вторият тип на звука дисперсия е "геометричен" дисперсия поради наличието на граници на тялото или размножителна среда. Тя се появява в разпространението на вълните в пръчки, плочи, във всички акустични вълноводи. Дисперсията се наблюдава за скоростта на огъване вълни в тънки плочи и профили (прът или плоча дебелина трябва да бъде много по-малки от дължината на вълната). Когато огъване тънък прът огъване еластичност е по-малък е сгъваем участък. По време на размножаване на огъване вълна дължината на огъване единица определя от дължината на вълната. Следователно, намалява дължина на вълната (честота увеличава) увеличава еластичността и следователно скоростта на разпространение на вълната. Скоростта на фаза на тази вълна е пропорционална на корен квадратен от честотата, т.е.. Е. има положително отклонение.
Той се използва в научни и технически ефекти
Релаксация на звук дисперсия може да бъде не само газ, но и в телесните течности, когато тя е свързана с различни междумолекулни процеси, електролитни разтвори, в смеси, в които възможни химични реакции между компонентите от действието на звука в емулсиите, както и някои твърди , Големината на разпространението на звука може да бъде доста по-различно в различни вещества. Например, въглероден диоксид в дисперсията от порядъка на 4%, в бензен
10%, в морска вода е по-малко от 0.01%, и високо вискозни течности и високо полимерни съединения в скоростта на звука може да се промени от 50%. Въпреки това, в повечето вещества дисперсия на звука е много малко количество и нейното измерване е доста сложна. Честотният диапазон, в който има дисперсия на звука, също е различно за различните вещества. По този начин, във въглероден двуокис при атмосферно налягане и температура от 18 ° С честотата на релаксация е 28 кХц, при 120 кХц морска вода. В съединения като въглероден тетрахлорид, бензен, хлороформ и др. Релаксация област се намира в района на 10 9-10 10 Hz честотен диапазон, където конвенционални ултразвукови методи за измерване не са приложими и дисперсия на звука може да се измери само с помощта на оптични методи.
За разпръскването на звука първо същия тип, но не и с такъв характер, на спокойствие да доведе топлопроводимост и вискозитет на средата. Тези видове разпространението на звука благодарение на обмена на енергия между областите на сгъстяване и разреждане на звукова вълна и са особено важни за micrononhomogeneous медии. звук дисперсия може да се прояви и в среда с разпръснатите нехомогенности (резонатори) като вода, съдържащ газови мехурчета. В този случай, когато звук честота близка до резонансната честота на балона, част от енергията на звукова вълна отива в възбуждащите вибрации на мехурчета, което води до разсейване на поглъщане на шума и звук възходящ.
Ако звук размножаване в звуково поле вълноводи може да бъде представена като наслагване на нормални скорости фаза вълна на правоъгълен вълновод с твърди стени имат формата
където п - брой на нормален режим (п = 1, 2, 3), с - скоростта на звука в свободното пространство, г - ширината на вълновода. Скоростта на фаза на вълната е винаги по-голяма от нормалната скорост на звука в свободна среда и намалява с увеличаване на честотата ( "отрицателен" дисперсия).
В тесен смисъл, дисперсията на звука понякога се нарича дисперсията на скоростта на звука скок δ = (s∞ - ко) / сътрудничество. и където съвместно s∞ - стойности на скоростта на звука при ωτ → 0 и ωτ → ∞. Големината на дисперсия за всички процеси релаксация е показано в Таблица 1.
скорост Дисперсия скача на някои вещества
* Стойностите се отнасят към сумата на дисперсията скача за релаксация процеси с честоти над 1 MHz.
1. Frisch SE Timoreva AV Курс на обща физика. Том 1. Физични основи на механиката. Молекулна физика. Вълни. - 11 изд. SR. - М. Fizmatgiz, 1962.- 466 стр. ил. P. 445.
2. Красилников VA Sonic и ултразвукови вълни: Proc. Допустим. - трето издание. Ревизираната. и вътр. - М. Fizmatgiz, 1960.- 560 стр. ил. P. 66.
Тя изисква поддържа фреймове.
Свързани статии