Продольные акустические волны в жидких и газообразных средах
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
олная мощность излучения равна
где - поверхность сферы, окружающей источник.
Следующим по сложности элементарным источником излучения является диполь или излучатель первого порядка. Диполь представляет собой комбинацию двух монополей, колеблющихся в противофазе и находящихся друг от друга на малом расстоянии. Типичным примером такого источника служит колеблющийся камертон. Следующий по сложности излучатель акустических волн называется квадруполем или излучателем второго порядка. Квадруполь это комбинация двух диполей. Можно показать, что интенсивность, излучаемая монополем
, где -
число Маха, интенсивность диполя , а интенсивность квадруполя . Диполь и квадруполь мало эффективные источники звука. Набор модельных излучателей по мере их усложнения достаточно большой.
Излучение любого источника характеризуется определенным распределением интенсивности в пространстве, отличным от сферического. Распределение давления или интенсивности в пространстве называется характеристикой направленности.
где - акустическое давление на расстоянии r в направлении, характеризуемым сферическими углами и ;
- акустическое давление максимальное на том же расстоянии.
Отношение амплитуд этих давлений называется амплитудной характеристикой направленности, разность фаз этих давлений называется фазовой характеристикой направленности. Характеристика направленности по интенсивности
Для направленного излучателя вводится коэффициент осевой концентрации: - отношение интенсивности направленного излучателя в направлении максимального излучения к интенсивности ненаправленного излучателя на том же расстоянии, когда мощности этих излучателей одинаковы. Для диполя характеристика направленности и имеет вид восьмерки, коэффициент осевой концентрации .
Помимо случаев излучения акустических волн механическими колебаниями твердых тел, существуют много других физических механизмов, приводящих к излучению. Так ультразвуковые волны высоких частот генерируют магнитными и электрическими методами. Ферромагнитный стержень, помещенный в переменное магнитное поле, незначительно меняет свои линейные размеры и совершает продольные колебания соответствующей частоты. Таким магнитным способом можно получить ультразвуковые волны до 50 кГц. Электрические методы генерации ультразвука связаны с явлением обратного пьезоэффекта, если к пьезопластинке приложить переменное напряжение высокой частоты, то пластина будет совершать колебания соответствующей частоты. Таким способом можно получить ультразвуковые волны частоты до 10 МГц. Инфразвуковые волны большой интенсивности искусственно излучать практически невозможно, так как мощность излучения пропорциональна квадрату частоты и на низких частотах она мала. В этом диапазоне трудно создать направленный излучатель. Инфразвук возникает в результате вибрации при работе различных узлов механизмов, двигателей и т.д. В атмосфере инфразвуковые волны возникают во многих случаях, например при ядерных взрывах, при крупных землетрясениях.