![]() |
![]() |
Главная
Попытка заменить пчелу
Предложения советских рационализаторов
Радиоэлектронные собеседники животных
Роботехника в производстве и в быту
Тайна профессора Рентгена
Деталь сама себя обрабатывает и охлаждает
Желтый подводный робот
Ледяные корабли
Открытия и наблюдения советских ученых
Новаторская перевозка грузов
Перпетуум мобиле с Алексеем Воробьёвым-Обуховым
Пишущая машинка стенографирует и расшифровывает
Шахматная махина маэстро кэмпелена
Роторно-винтовые ледоколы
Русскому керосину - 160 лет
Спасение в воздушных просторах
Что умеют машины
|
Главная - Литература I. ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА Упругие волны - звук - принято делить на ик-фразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 1000 МГц и гиперзвуковые, частота которых превышает 1000 Мгц*). Несмотря на то, что слышимый звук и ультразвук- это волны одной природы, для получения ультразвука заметной интенсивности необходимо применять специальные излучатели. Два типа излучателей - пьезоэлектрические и магнитострикционные-пользуются наибольшей популярностью в науке и технике. Поскольку магнитострикционные излучатели значительно более доступны, чем пьезоэлектрические, мы в дальнейшем и рекомендуем изготовление именно этого типа излучателей. Прежде чем перейти к описанию простых приборов для получения ультразвука, кратко перечислим основные его характеристики. ВЕЛИЧИНЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ УЛЬТРАЗВУКОВУЮ ВОЛНУ Распространяющуюся в среде гармоническую ультразвуковую волну можно описать уравнением а = A sin со (/ - х/с), (1) где а - смещение частиц среды относительно положения равновесия, А - амплитуда смещения, *) Это деление по частоте в значительной мере условно. Поэтому, говоря об упругой волне частотой, например, 15 кГц, мы иногда ее будем называть звуковой, а иногда ультразвуковой. to = 2я/Г = 2nf - круговая частота (Т - период, f--частота волны), t - время, с- скорость волны, х - текущая координата. Величина ю(£ - х/с) называется фазой волны. Ультразвуковая волна, как и любая другая, периодична в пространстве и во времени. Временной период Т и пространственный период К, который называется длиной волны, связаны между собой очевидным соотношением %=cT = c/f. (2) Частицы среды, в которой распространяется ультразвук, совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Колеблются также значения их скоростей и ускорений. Можно поэтому считать, что в области, где существует ультразвуко-ая волна, одновременно распространяются волны смещений, скоростей и ускорений. Нетрудно показать, что если волна смещений описывается формулой (1), то две последние выражаются формулами и = ©Л cos со (/ - х/с) (3) Ь = - eA4sin©(f - х/с), (4) где U = ©Л и В = юМ - соответственно амплитуды скорости и ускорения. Следует отдавать себе отчет в том, что реально в среде распространяется одна упругая волна; формулы (1), (3) и (4) описывают один и тот же физический процесс с разных точек зрения. Участок среды объемом V и массой т, в которой распространяется волна, обладает потенциальной энергией ,v/ kV СОМ2 о ( i х\ 1п\ n---cos2© у-~т) (5) где k - модуль упругости (Юнга), и кинетической энергией Гк = 1Ю2Л2С052Со(г-у), (6) где р = т/У-плотность среды. Из этих формул видно, что потенциальная и кинетическая энергии бегущей волны изменяются в одной фазе. Полная энергия участка волны W = Wn + WK = \ (-£ + р) соМ2 cos2 со (f - ) (7) есть величина переменная, зависящая от t и х. При распространении волны энергия переходит из одних участков среды в другие. Очевидно, в упругой волне максимальные значения потенциальной и кинетической энергии должны быть равны между собой (этого требует закон сохранения энергии). Учитывая это, из формул (5) и (6) находим k/cz - р; отсюда скорость упругой волны равна с = Щ. (8) Подставляя полученное значение скорости в формулу (7), будем иметь V/ ==Урсо2 A2 cos2 о (t - x/c). (9) Акустическая энергия, заключенная в единице объема среды, через которую проходит ультразвук, называется плотностью энергии. Плотность энергии W/V = рсо2Л2 cos2 a>(t - х/с) есть величина переменная. Поэтому ультразвуковую волну часто характеризуют средней по времени плотностью энергии. Среднее значение квадрата косинуса*равно 7г> следовательно, средняя плотность энергии равна Е = 72роА42 = 2я2рЛ2/2 = /2р£Я. (10) Интенсивность, или сила, ультразвука определяется как количество энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения ультразвука. Из приведенных определений следует, что интенсивность / тесно связана со средней плотностью энергии: I = cE = 2n2A2f2pc = ]hU2pc. (11) Чаще всего интенсивность ультразвука измеряется в Вт/см2. Произведение рс, входящее в формулу (11), по-лучило название акустического сопротивления среды. 0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 0.0014 |