Состав сооружений: решетки и песколовки: Решетки – это первое устройство в схеме очистных сооружений. Они представляют...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Топ:
Установка замедленного коксования: Чем выше температура и ниже давление, тем место разрыва углеродной цепи всё больше смещается к её концу и значительно возрастает...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Интересное:
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Дисциплины:
2017-11-18 | 264 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Колебания, возбужденные в какой-либо точки среды (твердой, жидкой, газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, передаваясь от одной точки среды к другой. При изучении распространения колебаний среда рассматривается как сплошная и обладающая упругими свойствами.
Процесс распространения колебаний в сплошной среде, периодический во времени и пространстве, называется волновым процессом (или волной). При распространении волны частицы среды не движутся вместе с волной, а колеблются около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передается лишь состояние колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн независимо от их природы является перенос энергии без переноса вещества.
Среди волн выделяют следующие типы: волны на поверхности жидкости, упругие и электромеханические.
Упругими (механическими) волнами называется механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и поперечные. В продольных частицы среды колеблются в направлении распространения волны, в поперечных – перпендикулярно направлению распространения волны.
В жидкостях и газах возникают только продольные волны, а в твердых телах – как продольные, так и поперечные.
Характеристики звуковых волн
Звуковыми (акустическими) называют распространяющиеся в среде упругие волны с частотами 16 – 20 000 Гц. Колебания с частотами ν<16 Гц называют инфразвуковыми, ν >20 кГц – ультразвуковыми.
Область пространства, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем.
В звуковом поле периодически колеблются частицы среды, периодически меняются их скорости и силы давления (в жидкости или газе) или нормальные и касательные напряжения (в твердых телах).
|
Звуковое давление – разность между мгновенным значением давления и средним давлением за определенный промежуток времени (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Звуковое давление
Человек воспринимает не мгновенное значение давления, а его среднеквадратичное:
(5.1)
где Тус – время усреднения.
Интенсивность звука может характеризоваться амплитудой колебаний скоростью, давлением, напряжениями. Но целесообразно ввести единую энергетическую характеристику. Такая характеристика была предложена Умовым.
Поток энергии (I) – энергия, переносимая распространяющейся волной через единицу площади за единицу времени. Вектор потока энергии направлен в сторону распространения волны и носит название вектора Умова.
Величина потока энергии измеряется в Вм/м2 и для звукового поля называется интенсивностью звука или силой звука.
Интенсивность и звуковое давление связаны зависимостью:
. (5.2)
Звуковые волны распространяются с определенной скоростью.
Скорость распространения звука в различных средах различна. Как уже указывалась, в твердых телах могут распространяться упругие колебания двух типов: продольные и поперечные. В изотропных твердых телах скорости этих двух типов колебаний равны соответственно:
, (5.3)
, (5.4)
где Е – модуль упругости, Па; G – модуль сдвига, Па; ρ – плотность, кг/м3.
В анизотропных кристаллах упругие свойства и модули упругости различны по разным направлениям. Поэтому скорость звука в анизотропных телах зависит от направления распространения волны по отношению к кристаллографическим осям, а для поперечных волн – еще и от ориентации плоскости их поляризации.
В жидкостях могут распространяться только продольные звуковые волны сжатия и разрежения. Их скорость выражается формулой
, (5.5)
где K – модуль сжатия жидкости.
Скорость распространения звука в идеальном газе определяется выражением
|
, (5.6)
где – показатель адиабаты; СР и СV – теплоемкость газа при постоянном давлении и постоянном объеме; р – статическое давление среды, Па; R – универсальная газовая постоянная, Дж/моль·К; Т – термодинамическая температура газа, К; μ – молярная масса газа, кг/моль.
Для одноатомных газов γ =1,67, а для многоатомных приближается к 1. Для воздуха γ = 1,41.
Эффект Доплера в акустике
Эффектом Доплера называется изменение частоты колебаний, воспринимаемых приемником, при движении источника этих колебаний и приемника относительно друг друга. Из опыта известно, что тон гудка поезда повышается по мере приближения к платформе и понижается при удалении, т. е. движение источника колебаний (гудка) относительно приемника (уха) изменяет частоту принимаемых колебаний.
Предположим, что источник и приемник звука движется вдоль соединяющей их прямой; VИСТ и VПР – скорости движения источника и приемника, причем они положительны, если источник (приемник) приближается к приемнику (источнику), и отрицательны – если удаляется. Частота колебаний источника равна ν0.
1. Источник и приемник покоятся относительно среды:
VИСТ = VПР =0. Если V – скорость распространения звуковой волны в рассматриваемой среде, то длина волны . Распространяясь в среде, волна достигнет приемника и вызовет колебание его звукочувствительного элемента с частотой
,
следовательно, частота ν, которую зарегистрирует приемник, равна частоте ν0, с которой звуковая волна излучается источником.
2. Приемник приближается к источнику, а источник покоится, т. е. VПР>0, VИСТ = 0. В данном случае скорость распространения волны относительно приемника станет равной V + Vпр. Так как длина волны при этом не меняется, то
, (5.7)
т. е. частота колебаний, воспринимаемых приемником, в V + Vпр/V раз больше частоты колебаний источника.
3. Источник приближается к приемнику, а приемник покоится, т. е. VИСТ>0, VПР = 0. Скорость распространения колебаний зависит лишь от свойств среды, поэтому за время, равное периоду колебаний источника, излученная им волна пройдет в направлении к приемнику расстояние V·T (равное длине волны λ) независимо от того, движется ли источник или покоится. За то же время источник пройдет в направлении волны расстояние VИСТ T, т. е. длина волны в направлении движение сократится и станет равной (рис. 5.2).
|
Рис. 5.2. Изменение длины волны при движении источника
Тогда
, (5.8)
т. е. частота ν колебаний, воспринимаемых приемником, возрастает в V/(V-VИСТ) раз.
В формулах (5.7), (5.8) при VИСТ<0 и VПР<0 знак будет обратным.
4. Источник и приемник движутся относительно друг друга.
Используя результаты, полученные для случаев 2 и 3, можно записать выражение для частоты колебаний, воспринимаемых источником, в общем случае:
, (5.9)
причем «+» в числителе соответствует приближению приемника к источнику; «–» – его удалению от источника; в знаменателе «+» соответствует удалению источника от приемника, знак «–» – приближению его к приемнику.
Если направление VИСТ и VПР не совпадают с проходящей через источник и приемник прямой, то вместо этих скоростей надо брать их проекции на направление этой прямой.
|
|
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!