Dependența vitezei de fază a undelor sonore monocromatice de frecvență. D. h. este cauza schimbării formei undei sonore (sunet puls) atunci când se propagă într-un mediu. Distinguished D. condiționată de proprietățile fizice ale mediului, și Dz. datorită prezenței limitelor corpului, în care se propagă undă sonoră și din proprietățile corpului independent.
D. h. Primul tip poate fi cauzat din mai multe motive. Cele mai importante cazuri sunt cazuri de D. s. asociate cu procesele de relaxare (vezi mai jos) care apar în mediul în care trece valul sonor. Mecanismul declanșării relaxării Dz. poate fi clarificat prin exemplul unui gaz poliatomic. Când sunetul se propagă în gaz, moleculele de gaze efectuează o mișcare translațională. Dacă gazul este monatomic, atunci nici o altă mișcare, cu excepția atomilor de gaz de translație, nu poate funcționa. Dacă gazul polihidric, moleculele în coliziuni poate avea loc între o mișcare de rotație a moleculelor, precum mișcarea de vibrație a atomilor care constituie molecula. În acest caz, o parte din energia undei sonore este folosită pentru excitarea acestor mișcări vibraționale și rotaționale. Energia de tranziție de unda sonoră (ex. E. Din mișcare de translație) la gradele interne de libertate (ex. E. La mișcarea de vibrație și de rotație) nu se produce instantaneu, dar după un anumit timp, numit τ timpul de relaxare. Acest timp este determinat de numărul de coliziuni care trebuie să apară între molecule pentru redistribuirea energiei între toate gradele de libertate. În cazul în care perioada a undei de sunet este mic în comparație cu τ (frecvență înaltă), perioada de valuri de grade interne de libertate nu are timp să fie excitat și redistribuire a energiei nu are timp să apară. În acest caz, gazul se va comporta ca și cum nu ar exista deloc grade interne de libertate. În cazul în care perioada de unda de sunet este mult mai mare decât τ (bas), pe parcursul perioadei de energia valurilor a mișcării de translație a timpului pentru a redistribui pe gradele interne de libertate. În acest caz, energia mișcării translaționale va fi mai mică decât în cazul în care nu ar exista grade interne de libertate. Deoarece gazul este determinată de elasticitatea energiei atribuibil mișcarea de translație a moleculelor, rezultă că elasticitatea gazului și deci viteza sunetului, va fi, de asemenea, mai mică decât în cazul frecvențelor înalte. Cu alte cuvinte, într-o gamă de frecvențe apropiate de o frecvență egală relaxare ωr = 1 / τ, viteza crește cu creșterea frecvenței sunetului, adică. E. Există o dispersie așa-numita pozitiv. Dacă c0 - viteza sunetului la frecvențe joase (ωτ «1) și c∞ - la frecvențe foarte înalte (ωτ» 1), viteza sunetului pentru o frecvență arbitrară este descrisă de formula
Din cauza ireversibilității proceselor de redistribuire a energiei în regiunea de frecvență în care are loc DZ. există o absorbție crescută a sunetului.
Relaxare d. Acesta poate fi nu numai în gaze și lichide, în cazul în care acesta este asociat cu diferite procese intermoleculare, soluții electrolitice, în amestecuri în care sub influența sunetului poate fi o reacție chimică între componentele în emulsii, precum și unele solide.
Valoarea coeficientului de difuzie. pot fi foarte diferite în diferite substanțe. De exemplu, în dioxid de carbon de aproximativ 4% din valoarea varianței dispersiei sunetului benzen 10%, mai puțin de 0,01% în apă de mare și lichide foarte vâscoase și compuși polimer înalt în viteza sunetului se poate schimba cu 50%. Cu toate acestea, în majoritatea substanțelor, d. o cantitate foarte mică și dimensiunile sale sunt destul de complicate. Intervalul de frecvență în care are loc unda diferențială. este, de asemenea, diferită pentru diferite substanțe. Astfel, în dioxid de carbon la presiunea atmosferică și la o temperatură de 18 ° C, frecvența de relaxare este de 28 kHz. în apa de mare de 120 kc. In compuși cum ar fi tetraclorura de carbon, benzen, cloroform și alții. Regiune de relaxare se încadrează în zona de frecvență de ordinul a 9-10 octombrie 10 Hz. unde metode convenționale de măsurare cu ultrasunete nu sunt aplicabile și DZ. poate fi măsurată numai prin metode optice.
La D.S. De același tip, dar nu de natură relaxantă, conduc la conductivitatea termică și la vâscozitatea mediului. Aceste specii sunt D. s. sunt cauzate de schimbul de energie între regiunile de compresie și rarefacție într-un val sonor și sunt deosebit de importante pentru mediile microinomogene. D. h. poate fi, de asemenea, manifestată într-un mediu cu neomogenități (rezonatoare) intercalate, de exemplu, în apă care conține bule de gaz. În acest caz, la o frecvență sonoră apropiată de frecvența rezonantă a bulelor, o parte din energia undei sonore ajunge la excitarea oscilațiilor bulelor, ceea ce duce la o difuzie a bulelor. și la o creștere a absorbției sonore.
Al doilea tip de DS. este o dispersie "geometrică" din cauza prezenței limitelor corpului sau a mediului de propagare. Apare în propagarea undelor în tije, plăci, în orice ghid de undă acustic (vezi Waveguide Acoustic). Dispersia vitezei este observată pentru undele de îndoire în plăci și tije subțiri (grosimea plăcii sau tijei trebuie să fie mult mai mică decât lungimea de undă). Când se îndoaie o tijă subțire, elasticitatea de îndoire este mai mare cu cât este mai mică porțiunea de îndoire. Când se propagă valul de îndoire, lungimea porțiunii de îndoire este determinată de lungimea de undă. De aceea, pe măsură ce lungimea de undă scade (cu frecvență în creștere), crește elasticitatea și, prin urmare, viteza de propagare a undelor. Viteza de fază a unei astfel de valuri este proporțională cu rădăcina pătrată a frecvenței, adică există o dispersie pozitivă.
Dacă propagarea sunetului în câmpul de sunet waveguides poate fi reprezentat ca o superpoziție a vitezelor normale de fază de undă pentru un ghid de undă dreptunghiulară, cu pereți rigizi au forma
unde n este numărul valului normal (n = 1, 2, 3), c este viteza sunetului în spațiu liber, d este lățimea ghidului de undă. Viteza de fază a modului normal (Vezi. Valuri normale) este întotdeauna mai mare decât viteza sunetului într-un mediu liber, și scade odată cu creșterea frecvenței (dispersie „negativă“).
D. h. Ambele tipuri conduc la răspândirea formei pulsului în timpul propagării sale. Acest lucru este deosebit de important pentru acustica subacvatice (A se vedea. Hydroacoustics), acustica atmosferice (A se vedea. Acustică atmosferică) și geoacoustics (A se vedea. Geoacoustics), care se ocupă cu răspândirea sunetului pe distanțe lungi.
REFERINȚE Bergman, L., Ultrasunete și aplicarea sa în știință și tehnologie. cu el. 2 ed. M. 1957; Mikhailov IG, Solovyov VA și Syrnikov Yu. P. Fundamentele acusticei moleculare, M. 1964; Physical acoustics, ed. U. Mason, per. cu engleza. t. 2, partea A, M. 1968; Fabelinsky, IL Moleculară de împrăștiere a luminii, M. 1965.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: