Dispersia sunetului, dependența vitezei de fază a undelor sonore monocromatice de frecvență. Difuzarea sunetului este cauza schimbării formei undei sonore (sunet puls) atunci când se propagă într-un mediu. Se face distincție între dispersia sunetului datorată proprietăților fizice ale mediului și variația sunetului datorită prezenței limitelor corpului în care se propagă undele sonore și independentele proprietăților corpului.
Dispersia sunetului de primul tip poate fi cauzată din mai multe motive. Cele mai importante cazuri sunt dispersia sunetului asociat cu procesele de relaxare (vezi mai jos) care apar în mediul în care trece valul sonor. Mecanismul apariției unui sunet de relaxare Dispersia sunetului poate fi explicată 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 se poate realiza. Dacă gazul este poliatomic, atunci în timpul coliziunilor moleculelor pot apărea mișcări de rotație ale moleculelor, precum și mișcări vibraționale ale atomilor care alcătuiesc molecula. În acest caz, o parte din energia undei sonore este folosită pentru excitarea acestor mișcări vibraționale și rotaționale. Trecerea energiei de la un val de sunet (adică de la mișcarea de translație) la grade interne de libertate (adică mișcări vibraționale și rotaționale) nu are loc instantaneu, ci după un anumit timp, numit timpul de relaxare t. Acest timp este determinat de numărul de coliziuni care trebuie să apară între molecule pentru redistribuirea energiei între toate gradele de libertate. Dacă perioada undelor sonore este mică în comparație cu t (frecvențe înalte), atunci în timpul perioadei de undă, gradele interne de libertate nu vor avea timp să fie excitate, iar redistribuirea energiei nu va avea timp să apară. În acest caz, gazul se va comporta ca și cum nu ar exista deloc grade interne de libertate. Dacă, totuși, perioada valului sonor este mult mai mare decât t (frecvențe joase), atunci în timpul valului energia mișcării translaționale va fi redistribuită la grade 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 elasticitatea unui gaz este determinată de energia atribuită mișcării translaționale a moleculelor, atunci, în consecință, elasticitatea gazului și, prin urmare, viteza sunetului. va fi, de asemenea, mai mică decât în cazul frecvențelor înalte. Cu alte cuvinte, într-o anumită gamă de frecvențe aproape de frecvența de relaxare, wp = 1 / t. viteza de zgomot crește cu frecvență în creștere, adică există o așa numită dispersie pozitivă. Dacă c0 este viteza sunetului la frecvențe joase (wt «1) și c ¥ - la frecvențe foarte mari (wt» 1), atunci viteza sunetului pentru o frecvență arbitrară este descrisă de formula
Datorită ireversibilității proceselor de redistribuire a energiei în intervalul de frecvență în care are loc dispersia sunetului, există o absorbție sporită a sunetului.
Distracția de relaxare a sunetului poate fi nu numai în gaze, ci și în lichide. unde este asociat cu diferite procese intermoleculare, în soluții de electroliți. în amestecuri în care, sub acțiunea unor reacții sonore, sunt posibile reacții chimice între componente. în emulsii. precum și în unele solide.
Mărimea dispersiei sonore poate fi foarte diferită în diferite substanțe. De exemplu, în dioxidul de carbon, valoarea dispersiei este de ordinul a 4%, în benzen
10%, în apă de mare este mai mică de 0,01%, iar în lichide puternic vâscoase și în compuși polimeri înalți viteza sunetului se poate modifica cu 50%. Cu toate acestea, în majoritatea substanțelor, variația sunetului este foarte mică și măsurătorile sale sunt destul de complicate. Interval de frecvență. în care are loc dispersia sunetului, este de asemenea diferită pentru diferite substanțe. Astfel, în dioxidul de carbon la o presiune normală și o temperatură de 18 ° C, rata de relaxare este de 28 kc, în apa de mare de 120 kHz. În compuși cum ar fi tetraclorura de carbon. benzen, cloroform etc., regiunea de relaxare se încadrează în intervalul de frecvență de circa 109 - 1010 Hz, unde metodele convenționale de măsurare cu ultrasunete nu sunt aplicabile și dispersia sunetului poate fi măsurată numai prin metode optice.
K Dispersia sunetului de același tip, dar nu de natură relaxantă, conduce la conductivitatea termică și la vâscozitatea mediului. Aceste tipuri de dispersie a sunetului sunt cauzate de schimbul de energie între regiunile de compresie și rarefacție într-un val de sunet și sunt deosebit de importante pentru mediile microinomogene. Dispersia sunetului 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 aproape de frecvența de rezonanță a bulelor, o parte din energia undelor sonore ajunge la excitația oscilațiilor cu bule, ceea ce duce la o dispersie a sunetului și la o creștere a absorbției sonore.
Al doilea tip de dispersie a sunetului este varianta "geometrică". Prezența limitelor corpului sau a mediului de propagare. Apare atunci când undele se propagă în tije, plăci, în orice ghiduri de undă acustice. 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 tija 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.
Când sunetul se propagă în ghidurile de undă, câmpul sonor poate fi reprezentat ca o suprapunere a undelor normale ale căror viteze de fază pentru un ghid de undă dreptunghiular 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 undelor normale este întotdeauna mai mare decât viteza sunetului într-un mediu liber și scade cu frecvență în creștere (dispersie "negativă").
Difuzarea sunetului de ambele tipuri duce la răspândirea formei pulsului în timpul propagării sale. Acest lucru este deosebit de important pentru hidroacustică. acustica atmosferică și geoacustica. unde se ocupă de propagarea sunetului pe distanțe lungi.
Lit. Bergman L. Ultrasunete și aplicarea sa în știință și tehnologie, trans. cu el. 2 ed. M. 1957; Mikhailov IG, Solovyov VA și Syrnikov Yu. P. Fundamentele acusticei moleculare, M. 1964; Acustica fizică. ed. U. Mason, per. cu engleza. t. 2, partea A, M. 1968; Fabelinsky IL Moleculară împrăștiere a luminii. M. 1965.
De asemenea, puteți afla despre.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: