Billett nr. 1
Fysisk grunnlag for ultralydfeildeteksjon
KONSEPT AV AKUSTISKE VIBRASJONER OG BØLGER
· Akustiske bølger kalles mekaniske vibrasjoner av partikler av mediet som forplanter seg i et elastisk medium.
Når en bølge beveger seg, beveger ikke partiklene seg, men svinger rundt sine likevektsposisjoner.
Avstanden mellom nærliggende partikler som svinger i samme fase kalles bølgelengde .
Bølgelengden er relatert til forplantningshastigheten MED og frekvens f (eller punktum T ) forhold
hvor: - bølgelengde [m]; MED– forplantningshastighet [m/s];
T– punktum [s]; f- frekvens Hz].
For eksempel for luft: MED= 330 m/s
f= 20 Hz® = 16,5 m;
f= 20000 Hz ® = 1,65 cm;
f= 20000000 Hz ® = 0,165 mm;
Avhengig av retningen til partikkeloscillasjoner i forhold til retningen for bølgeutbredelse, skilles følgende: lengde-, tverr-, overflate- og normalbølger (bølger i plater).
I en langsgående bølge svinger partikler langs bølgens forplantningsretning. Vibrasjoner kan forplante seg i faste, flytende og gassformige medier.
Hvis vibrasjonsretningen til partiklene i mediet er vinkelrett på forplantningsretningen, kalles slike vibrasjoner tverrgående (eller skjær). De kan bare forplante seg i et medium som har formelastisitet.
Langsgående og tverrgående bølger kan bare forplante seg i sin rene form i et ubegrenset medium (¥ eller ¥/2) eller i et legeme hvis dimensjoner i retninger som ikke sammenfaller med bølgens forplantningsretning vesentlig overstiger lengden til sistnevnte. Langsgående og tverrgående bølger er vist skjematisk i fig. 1.
Ris. 1 Utbredelse av langsgående og tverrgående bølger
På en fri overflate kan de spre seg overflatebølger (Rayleigh-bølger). I en overflatebølge svinger partikler samtidig i forplantningsretningen og vinkelrett på den, og beskriver elliptiske eller mer komplekse baner. Amplituden til oscillasjonen avtar eksponentielt når du beveger deg dypere fra overflaten, så bølgen er lokalisert i et tynt overflatelag som er halvannen bølgelengde tykt og følger overflatens bøyninger i fig. 2.
Ris. 2 Overflatebølgeutbredelse
Når en bølge forplanter seg i flate kropper med konstant tykkelse (plater, tynne plater, tråd), kan normale bølger eller lammebølger oppstå. I dette tilfellet oscillerer partiklene langs de samme banene som i en overflatebølge, men over hele tykkelsen av arket eller skallplaten. Vanligvis oppstår to normale bølger og forplanter seg uavhengig: symmetrisk (kompresjons- eller spenningsbølge) og antisymmetrisk (bøyebølge) Fig. 3.
Ris. 3 bølger i plater
a - symmetrisk, b - asymmetrisk
Forplantningshastighetene til langsgående, tverrgående og overflatebølger bestemmes av materialets elastiske egenskaper (elastisitet og skjærmoduler, Poissons forhold) og dets tetthet. Forplantningshastigheten til normale bølger, i motsetning til forplantningshastigheten til andre typer bølger, avhenger ikke bare av materialets egenskaper, men også av frekvensen av lydvibrasjoner og tykkelsen på produktet.
С l >С t >С S ; C t ~ 0,55 C l C S ~ 0,93 C t.
Akustiske bølger kjennetegnes også ved formen på bølgefronten eller bølgeoverflaten.
· Bølge foran dette er det geometriske stedet for punkter i mediet der fasen til bølgen i det gitte tidspunktet har samme verdi.
Hvis en kortvarig forstyrrelse (puls) forplanter seg i mediet, da bølgefront kalt grensen mellom de forstyrrede og uforstyrrede områdene av mediet.
Front- eller bølgeoverflaten beveger seg kontinuerlig i mediet og deformeres i prosessen. I et ubegrenset isotropisk medium har forplantningen av elastiske bølger en romlig karakter, og avhengig av formen på fronten kan bølgene være flat, sfærisk Og sylindrisk Figur 4.
Ris. 4 Plane, sfæriske, sylindriske bølger
· Flybølger blir begeistret av en plate hvis dens tverrgående dimensjoner i stor grad overstiger bølgelengden. Bølgeoverflatene til en plan bølge ser ut som parallelle plan.
· Sfæriske bølger blir opphisset av en punktkilde eller et oscillerende sfærisk legeme hvis dimensjoner er små. Bølgeoverflatene til en sfærisk bølge har form av konsentriske kuler.
· Sylindriske bølger blir begeistret av en sylindrisk kropp (stang, sylinder, etc.) hvis lengde er betydelig større enn dens tverrgående dimensjoner. Bølgeoverflater har form av konsentriske sylindre.
På svært store avstander blir sfæriske og sylindriske bølger til plane bølger.
Avhengig av frekvensene skilles følgende bølger ut:
· Infralyd f= opptil 16-20 Hz;
· Lyd f= 16 – 20000 Hz;
· Ultralyd f=20 kHz – 1000 MHz;
· Hypersonisk f> 1000 MHz.
For feildeteksjonsformål brukes bølger med forskjellige områder:
Lyd f=1-8 kHz;
Ultralyd f= 20 kHz – 50 MHz;
For tiden pågår arbeidet og det er mulig å få tak i frekvenser opp til 1000 MHz.
Bølgelengden til hypersoniske vibrasjoner er sammenlignbar med bølgelengden til synlige lysbølger. Dette gjør at de i egenskapene deres ligner egenskapene til lysstråler, så mange problemer vurderes fra et geometrisk akustikksynspunkt.
· Geometrisk akustikk– en forenklet teori om lydutbredelse som neglisjerer diffraksjonsfenomener.
Geometrisk akustikk er basert på ideen om lydstråler, langs hvilke lydenergi forplanter seg uavhengig av nabostråler. I et homogent medium er lydstråler rette linjer.
Fra et matematisk synspunkt er geometrisk akustikk det begrensende tilfellet for bølgeteorien for lydutbredelse da bølgelengden har en tendens til 0 og i denne henseende ligner geometrisk optikk i teorien om lysutbredelse.
Kortbølgede ultralydvibrasjoner forplanter seg i form av rettede stråler. I likhet med lysstråler kan de reflekteres, brytes, fokuseres, forstyrre, ikke bare med seg selv, men også med lys, oppleve diffraksjon og svekke når de forplanter seg.
Bølgelengden til hypersoniske bølger kan bli sammenlignbare med størrelsen på atomer. I dette tilfellet begynner kvantenaturen til en slik bølge å manifestere seg, og analogt med en lysstrøm kan en slik strøm av lydenergi betraktes i form av en strøm av partikler (fononer), som ikke lenger samhandler med endelige volumer av materie eller krystaller, men med elektronene til et atom. I dette tilfellet oppstår ulike effekter av slik interaksjon, som gjør det mulig å studere et bredere spekter av fysiske egenskaper til materialer.
På den annen side har infralydbølger lange bølgelengder og reiser over lange avstander, noe som gjør det mulig å kontrollere de fysiske egenskapene til store materiemasser (for eksempel i geologisk utforskning).
Akustiske bølger i ultralydområdet har egenskapene til å reflekteres veldig sterkt fra fast-luft-grensesnittet. Beregninger viser at luftlag med en tykkelse på 10 -5 mm eller mer ved f = 5 MHz er det en 100 % refleksjon av den sendte energien, med en lagtykkelse<10 -5 мм отражение составляет ~ 90%, а слой толщиной 10-6 мм отражает ~ 80% посланной энергии. Благодаря этому свойству УЗ - колебания эффективно отражаются от трещин, воздушных полостей и т.д., что позволяет их легко обнаружить.
Alt det ovennevnte har ført til utstrakt bruk av akustiske metoder for kvalitetskontroll av materialer og produkter.
Nøling- dette er en bevegelse rundt en gjennomsnittlig posisjon som kan repeteres (for eksempel svingningen til en pendel). Ethvert oscillerende legeme har en tendens til å nå en likevektsposisjon.
Bølger- Oscillerende bevegelser som forplanter seg i rommet: vibrasjoner av ett punkt overføres til naboen, etc.
Lyd– dette er mekaniske vibrasjoner som forplanter seg i et elastisk medium (luft, vann, faste stoffer).
Infralyd< 16 Гц
Lyd 16 – 20000 Hz
Ultralyd 20000 – 109 Hz
Hyperlyd >109 Hz
Termiske svingninger >1012 Hz
1kHz = 103 Hz, 1MHz = 106 Hz
Ultrasonisk feildeteksjon bruker frekvenser fra 0,6 til 10 MHz.
Prosessen med ultralydspredning i rommet er en bølgeprosess.
Bølgefront- dette er en samling partikler som har nådd vibrasjoner på et gitt tidspunkt. I henhold til frontens geometri er det sfæriske (for eksempel en lydbølge i kort avstand fra en punktlydkilde), sylindriske (for eksempel en lydbølge i kort avstand fra en lydkilde, som er en lang sylinder med liten diameter), plane bølger (en plan bølge kan sendes ut av en uendelig oscillerende plate ).
Introduksjon
Elastisitet er egenskapen til faste stoffer for å gjenopprette deres form og volum (og væsker og gasser - kun volum) etter opphør av ytre krefter. Et medium som har elastisitet kalles et elastisk medium. Elastiske vibrasjoner er vibrasjoner av mekaniske systemer, et elastisk medium eller dets del, som oppstår under påvirkning av mekanisk forstyrrelse. Elastiske eller akustiske bølger er mekaniske forstyrrelser som forplanter seg i et elastisk medium. Et spesielt tilfelle av akustiske bølger er lyden som høres av mennesker, derav begrepet akustikk (fra gresk akustikos - auditiv) i ordets vid betydning - studiet av elastiske bølger, i snever betydning - studiet av lyd. Avhengig av frekvensen kalles elastiske vibrasjoner og bølger annerledes.
Tabell 1 - Frekvensområder for elastiske vibrasjoner
Elastiske vibrasjoner og akustiske bølger, spesielt i ultralydområdet, er mye brukt i teknologi. Kraftige lavfrekvente ultralydvibrasjoner brukes til lokal ødeleggelse av skjøre, holdbare materialer (ultralydmeisling); dispersjon (finmaling av faste eller flytende legemer i et hvilket som helst medium, for eksempel fett i vann); koagulering (forstørrelse av partikler av et stoff, for eksempel røyk) og andre formål. Et annet bruksområde for akustiske vibrasjoner og bølger er kontroll og måling. Dette inkluderer lyd- og ultralydlokalisering, ultralydmedisinsk diagnostikk, kontroll av væskenivå, strømningshastighet, trykk, temperatur i kar og rørledninger, samt bruk av akustiske vibrasjoner og bølger for ikke-destruktiv testing (NDT).
I mitt testarbeid planlegger jeg å vurdere akustiske metoder for testing av materialer, deres typer og egenskaper.
1. Typer akustiske bølger
Akustiske testmetoder bruker lavamplitudebølger. Dette er området for lineær akustikk der spenning (eller trykk) er proporsjonal med belastning. Området med oscillasjoner med store amplituder eller intensiteter, der slik proporsjonalitet er fraværende, refererer til ikke-lineær akustikk.
I et ubegrenset fast medium er det to typer bølger som forplanter seg med forskjellige hastigheter: langsgående og tverrgående.
Ris. 1 - Skjematisk representasjon av langsgående (a) og tverrgående (b) bølger
Bølge u l kalt langsgående en bølge eller en ekspansjons-kompresjonsbølge (fig. 1.a), fordi retningen av svingninger i bølgen sammenfaller med retningen for dens utbredelse.
Bølge u t kalt tverrgående eller en skjærbølge (fig. 1. b). Vibrasjonsretningen i den er vinkelrett på bølgens utbredelsesretning, og deformasjonene i den er skjær. Tverrbølger eksisterer ikke i væsker og gasser, siden det i disse mediene ikke er noen formelastisitet. Langsgående og tverrgående bølger (deres generelle navn er kroppsbølger) mest brukt for materialinspeksjon. Disse bølgene oppdager best defekter når de inntreffer normalt på overflaten.
Fordel langs overflaten av en solid kropp overflate (Rayleigh-bølger) og hode (krypende, kvasi-homogen) bølger .
Ris. 2 - Skjematisk representasjon av bølger på den frie overflaten til en fast kropp: a - Rayleigh, b - hode
Overflatebølger brukes med hell til å oppdage defekter nær overflaten av et produkt. Den reagerer selektivt på defekter avhengig av dybden av deres forekomst. Defekter lokalisert på overflaten gir maksimal refleksjon, og på en dybde større enn bølgelengden blir de praktisk talt ikke oppdaget.
En kvasi-homogen (hode) bølge reagerer nesten ikke på overflatedefekter og overflateuregelmessigheter, samtidig kan den brukes til å oppdage undergrunnsdefekter i et lag, med start fra en dybde på ca. 1...2 mm. Kontrollen av tynne produkter av slike bølger hemmes av laterale tverrbølger, som reflekteres fra motsatt overflate av OC og gir falske signaler.
Hvis to faste medier grenser til hverandre (fig. 3, c), hvis elastisitets- og tetthetsmoduler ikke avviker mye, forplanter seg langs grensen Stoneleigh-bølge(eller Stonsley), Slike bølger brukes til å kontrollere sammenføyningen av bimetaller.
Tverrgående bølger som forplanter seg langs grensesnittet mellom to medier og har horisontal polarisering kalles Kjærlighetsbølger. De oppstår når det på overflaten av et solid halvrom er et lag med fast materiale der forplantningshastigheten til tverrgående bølger er mindre enn i halvrommet. Dybden av bølgepenetrering inn i halvrommet øker med avtagende lagtykkelse. I fravær av et lag, blir Kjærlighetsbølgen i halvrommet til en volumbølge, dvs. inn i en plan, horisontalt polarisert, tverrgående bølge. Kjærlighetsbølger brukes til å kontrollere kvaliteten på belegg (kledning) som påføres overflaten.
Ris. 3 - Bølger ved grensen til to medier: a - dempet Rayleigh-type ved grensen til et fast stoff - væske, b - svakt dempet ved samme grense, c - Stoneley-bølge ved grensen til to faste stoffer
Hvis en solid kropp har to frie overflater (plate), kan det finnes spesifikke typer elastiske bølger i den. De kalles bølger i plater eller Lammebølger og referer til normale bølger, dvs. bølger som beveger seg (overfører energi) langs en plate, et lag eller en stang, og stående(ikke overføre energi) i en vinkelrett retning. Normale bølger forplanter seg i en plate, som i en bølgeleder, over lange avstander. De brukes med hell til å kontrollere ark, skjell, rør med en tykkelse på 3 ... 5 mm eller mindre.
Det er også en spesiell type bølger - ultralyd bølger. Av natur skiller de seg ikke fra bølger i det hørbare området og adlyder de samme fysiske lovene. Men ultralyd har spesifikke egenskaper som har bestemt dens utbredte bruk innen vitenskap og teknologi. Refleksjon, refraksjon og evnen til å fokusere ultralyd brukes i ultralydfeildeteksjon, i ultralyd akustiske mikroskoper, i medisinsk diagnostikk og for å studere makroinhomogeniteter til et stoff. Tilstedeværelsen av inhomogeniteter og deres koordinater bestemmes av reflekterte signaler eller av strukturen til skyggen.
2. Refraksjon, refleksjon, diffraksjon, brytning av akustiske bølger
Refraksjon- fenomenet med å endre banen til en lysstråle (eller andre bølger), som oppstår ved grensesnittet mellom to transparente (permeable for disse bølgene) medier eller i tykkelsen til et medium med kontinuerlig skiftende egenskaper.
Refraksjon av lyd - endring av forplantningsretningen lydbølge når den passerer gjennom grensesnittet mellom to medier.
Ved fall på grensesnittet mellom to homogene medier (luft - vegg, luft - vannoverflate, etc.), kan en plan lydbølge delvis reflektere og delvis brytes (passer inn i det andre mediet.
En nødvendig betingelse for refraksjon er forskjellen hastigheten på lydutbredelsen i begge miljøer.
I henhold til brytningsloven ligger den refrakterte strålen (OL") i samme plan med innfallsstrålen (OL) og normalen til grensesnittet tegnet ved innfallspunktet O. Forholdet mellom sinusen til innfallsvinkelen α til sinusen til brytningsvinkelen β lik forholdet mellom hastighetene til lydbølgene i det første og andre mediet C 1 Og C 2(Snells lov):
sinα/sinβ=C1/C2
Fra brytningsloven følger det at jo høyere lydhastighet i et bestemt medium er, desto større brytningsvinkel.
Hvis lydhastigheten i det andre mediet er mindre enn i det første, vil brytningsvinkelen være mindre enn innfallsvinkelen, men hvis hastigheten i det andre mediet er større, vil brytningsvinkelen være større enn innfallsvinkelen Hvis spesifikk akustisk impedans Hvis begge mediene er nær hverandre, vil nesten all energien overføres fra det ene mediet til det andre.
Et viktig kjennetegn ved et medium er den spesifikke akustiske impedansen, som bestemmer betingelsene for lydbrytning ved dets grense. Når en plan bølge normalt faller inn på et plan grensesnitt mellom to medier, bestemmes verdien av brytningsindeksen kun av forholdet mellom de akustiske impedansene til disse mediene. Hvis de akustiske impedansene til mediet er like, passerer bølgen grensen uten refleksjon. Når bølgen normalt faller inn på grensen til to medier, vil overføringskoeffisienten W bølger bestemmes kun av de akustiske impedansene til disse mediene Z 1 = ρ 1 C 1 Og Z 2 = ρ 2 C 2. Fresnels formel (for normal forekomst) er:
W=2Z2/(Z2+Z1).
Fresnel-formel for en bølgehendelse på grensesnittet i en vinkel:
W=2Z 2 cosβ/(Z 2 cosβ+Z 1 cosα).
LYDEREFLEKSJON- et fenomen som oppstår når en lydbølge faller på grensesnittet mellom to elastiske medier og består av dannelsen av bølger som forplanter seg fra grensesnittet inn i det samme mediet som den innfallende bølgen kom fra. Som regel er refleksjon av lyd ledsaget av dannelsen av brutte bølger i et andre medium. Et spesielt tilfelle av lydrefleksjon er refleksjon fra en fri overflate. Refleksjon ved flate grensesnitt vurderes vanligvis, men vi kan snakke om refleksjon av lyd fra hindringer med vilkårlig form hvis størrelsen på hindringen er betydelig større enn lydbølgelengden. Ellers er det lydspredning eller lyddiffraksjon.
akustiske bølger
Alternative beskrivelserFysisk fenomen forårsaket av vibrasjoner av luftpartikler
Oscillerende bevegelse av partikler av et elastisk medium
Hva beveger seg gjennom luften med en hastighet på 330m/sek?
Det som høres oppfattes av øret
Silence Killer
Akustikk, lyd
Bølge med en hastighet på 330 m/s
En bølge som når øret ditt
Bølger oppfattet av ørene
Oppfattes av øret
Alt som er hørt
Vokal eller konsonant
Det måles i desibel
Vi oppfatter det ved å høre
Øret hører ham
Blanderen blander det
Øret fanger det
Informasjon for ørene
Luftvibrasjoner
M. alt som øret hører, som når øret. gammel søppel, skrapstein, søppel. Å høres, høres, lage, lage en nynning, høres, ringe. Dette pianoet låter spesielt bra. Lyd klinken. Strengen lød, lød, lød bare, lød og ble stille, lød ikke. Det ville høres ut igjen. Hun hørtes sliten ut av meg. Høres Ons. tilstand etter verb. Lyd, relatert til lyd. Lydvibrasjoner, bølger. Sonorous, sonorous, høyt, booming, sonorous, bråkete. Sonoritet g. tilstand av å være klangfull, eller egenskapen til noe som er klangfull. Sund rett, sunn vitenskap, sunn vitenskap jfr. akustikk, vitenskapen om lyder, en del av fysikken. En lydmåler er et prosjektil for å måle lyder eller antall skjelvinger til et loddobjekt. Lyd stemning ons. ok, stemningen i lydene. Onomatopoeia jfr. handlingen til noen som imiterer alle lyder: likheten til et ord, tale, tale, stemme med en annen lyd. Torden, knitrende, plystring, onomatopoeiske ord. Lydkonkord jfr. enighet, korrespondanse, gjensidig harmoni av lyder
Stumfilmgraver
Objekt for studie av fonetikk
Grunnlaget for "Z" i ultralyd
Ekko
Skru den opp, ellers kan du ikke høre den
Produkt av høyttalernes arbeid
Kommer fra høyttalerne
Sliping
Det vi hører med ørene
Hva øret hører
Hva er hørt
Hva øret fanger
Silence Killer
Øret hans hører ham
Artikulert element i tale
Det som først dukket opp i filmen "Don Juan" (USA, 1926)
Hva spiller en fonograf opp?
Hva trekkes ut fra strengen?
Hva sier mikrofonen?
Hva hører øret?
Hva fanger ørene våre opp?
Hva forsterker en megafon?
Rasling eller brøl
Raslende, knitrende eller bankelyder
Studiefag fonetikk
Oscillerende bevegelse av partikler av et elastisk medium
Det som høres oppfattes av øret
Fysisk fenomen oppfattet av hørselen
Skru den opp, ellers kan du ikke høre den
Hva dukket opp først i filmen Don Juan (USA, 1926)?
Hva spiller en fonograf opp?
Hva trekkes ut fra strengen?
Akustikkstudieobjekt
Hva måles i desibel?
Hva studerer akustikk?
Forsterket av en megafon
Rasling og brøl
Hva studerer akustikere?
Akustisk bølge
Bølge med en frekvens på 1000 Hertz
Bryter stillheten
Det vi hører
Bølger for øret
Hva sier mikrofonen?
Hva forsterkes av en megafon?
Grunnlaget for "Z" i ultralyd
Hva hører øret?
Hva forsterker en megafon?
Bølge plukket opp av øret
Hva fanger ørene våre opp?
Akustiske overflatebølger(SAW) - elastiske bølger som forplanter seg langs overflaten av et solid legeme eller langs grensen med andre medier. Overflateaktive stoffer er delt inn i to typer: med vertikal polarisering og med horisontal polarisering ( Kjærlighetsbølger).
De vanligste spesialtilfellene av overflatebølger inkluderer følgende:
- Rayleigh vinker(eller Rayleigh), i klassisk forstand, forplanter seg langs grensen til et elastisk halvrom med et vakuum eller et ganske foreldet gassformig medium.
- ved fast-væske-grensesnittet.
- , som løper langs grensen mellom en væske og en fast kropp
- Stoneleigh Wave, forplanter seg langs den flate grensen til to faste medier, hvis elastiske moduler og tetthet ikke avviker mye.
- Kjærlighetsbølger- overflatebølger med horisontal polarisering (SH-type), som kan forplante seg i den elastiske lagstrukturen på et elastisk halvrom.
Encyklopedisk YouTube
1 / 3
✪ Seismiske bølger
✪ Langsgående og tverrgående bølger. Lydbølger. Leksjon 120
✪ Forelesning syv: Bølger
Undertekster
I denne videoen vil jeg diskutere seismiske bølger litt. La oss skrive ned emnet. For det første er de veldig interessante i seg selv, og for det andre er de veldig viktige for å forstå jordens struktur. Du har allerede sett videoen min om jordens lag, og det var takket være seismiske bølger at vi konkluderte med hvilke lag planeten vår består av. Og mens seismiske bølger vanligvis er forbundet med jordskjelv, er de faktisk alle bølger som beveger seg langs bakken. De kan komme fra et jordskjelv, en sterk eksplosjon, alt som kan sende mye energi direkte ned i bakken og steinen. Så det er to hovedtyper av seismiske bølger. Og vi vil fokusere mer på en av dem. Den første er overflatebølger. La oss skrive det ned. Den andre er kroppsbølger. Overflatebølger er ganske enkelt bølger som beveger seg over overflaten til noe. I vårt tilfelle, på jordens overflate. Her kan du i illustrasjonen se hvordan overflatebølger ser ut. De ligner på krusningene som kan sees på vannoverflaten. Det er to typer overflatebølger: Rayleigh-bølger og kjærlighetsbølger. Jeg skal ikke gå i detalj, men her kan du se at Rayleigh-bølger beveger seg opp og ned. Det er her jorden beveger seg opp og ned. Det beveger seg ned hit. Her er det oppe. Og så - ned igjen. Det ser ut som en bølge som går over jorden. Kjærlighetsbølger beveger seg på sin side sidelengs. Det vil si at her beveger ikke bølgen seg opp og ned, men hvis du ser i bølgeretningen, beveger den seg til venstre. Her beveger den seg til høyre. Her - til venstre. Her - igjen til høyre. I begge tilfeller er bølgens bevegelse vinkelrett på bevegelsesretningen. Noen ganger kalles slike bølger tverrbølger. Og de er som sagt som bølger i vann. Kroppsbølger er mye mer interessante fordi de for det første er de raskeste bølgene. Og dessuten er det disse bølgene som brukes til å studere jordens struktur. Kroppsbølger kommer i to typer. Det er P-bølger, eller primære bølger. Og S-bølger, eller sekundære. De kan sees her. Slike bølger er energi som beveger seg inne i kroppen. Og ikke bare på overflaten. Så på dette bildet, som jeg lastet ned fra Wikipedia, kan du se hvordan en stor stein blir slått med en hammer. Og når hammeren treffer steinen... La meg tegne den større. Her skal jeg ha en stein og jeg skal slå den med en hammer. Den vil komprimere steinen der den treffer. Da vil energien fra støtet presse molekylene, som vil krasje inn i molekylene ved siden av. Og disse molekylene vil krasje inn i molekylene bak dem, og de i sin tur inn i molekylene ved siden av dem. Det viser seg at denne sammenpressede delen av steinen beveger seg som en bølge. Dette er komprimerte molekyler, de vil krasje inn i molekylene i nærheten og da vil steinen her bli tettere. De første molekylene, de som startet hele bevegelsen, vil returnere til sin plass. Derfor har kompresjonen flyttet seg, og vil bevege seg videre. Resultatet er en kompresjonsbølge. Du slår denne med en hammer og du får en skiftende tetthet som beveger seg i bølgeretningen. I vårt tilfelle beveger molekylene seg frem og tilbake langs samme akse. Parallelt med bølgeretningen. Dette er P-bølger. P-bølger kan vandre i luft. I hovedsak er lydbølger kompresjonsbølger. De kan bevege seg i både væsker og faste stoffer. Og, avhengig av miljøet, beveger de seg med forskjellige hastigheter. I luften beveger de seg med en hastighet på 330 m/s, noe som ikke er så sakte for hverdagen. I væske beveger de seg med en hastighet på 1500 m/s. Og i granitt, som utgjør det meste av jordoverflaten, beveger de seg med en hastighet på 5000 m/s. La meg skrive dette ned. 5000 meter, eller 5 km/s i granitt. Og jeg skal tegne S-bølgene nå, fordi denne er for liten. Hvis du treffer dette området med en hammer, vil kraften fra støtet midlertidig flytte steinen til siden. Den vil bli litt deformert og vil trekke den tilstøtende delen av stein sammen med den. Denne steinen på toppen vil da bli dratt ned, og steinen som opprinnelig ble truffet vil returnere opp. Og etter omtrent et millisekund deformeres steinlaget på toppen litt til høyre. Og så, over tid, vil deformasjonen bevege seg oppover. Legg merke til at i dette tilfellet beveger bølgen seg også oppover. Men bevegelsen av materialet er ikke lenger parallell med aksen, som i P-bølger, men vinkelrett. Disse vinkelrette bølgene kalles også tverrgående vibrasjoner. Bevegelsen av partikler er vinkelrett på bølgebevegelsens akse. Dette er S-bølger. De beveger seg litt saktere enn P-bølger. Derfor, hvis det er et jordskjelv, vil du først føle P-bølgene. Og så, med omtrent 60 % av hastigheten til P-bølger, vil S-bølger komme. Så for å forstå jordens struktur, er det viktig å huske at S-bølger bare kan bevege seg i fast materiale. La oss skrive dette ned. Du kan si at du så tverrgående bølger på vannet. Men det var overflatebølger. Og vi diskuterer kroppsbølger. Bølger som beveger seg innenfor et vannvolum. For å gjøre det lettere å forestille seg, skal jeg trekke litt vann, la oss si at det blir et basseng her. I konteksten. Noe sånt. Ja, jeg kunne ha tegnet det bedre. Så her er et utsnitt av bassenget, og jeg håper du kan forstå hva som skjer i det. Og hvis jeg komprimerer noe av vannet, for eksempel ved å slå det med noe veldig stort, vil vannet raskt komprimere. P-bølgen vil kunne bevege seg fordi vannmolekylene vil krasje inn i molekylene ved siden av dem, som vil krasje inn i molekylene bak dem. Og denne kompresjonen, denne P-bølgen, vil bevege seg i retning av mitt påvirkning. Dette viser at P-bølgen kan bevege seg både i væsker og for eksempel i luft. Fint. Og husk at vi snakker om undervannsbølger. Ikke om overflater. Bølgene våre beveger seg i vannvolumet. La oss anta at vi tok en hammer og slo et gitt volum vann fra siden. Og dette vil bare skape en bølge av kompresjon i denne retningen. Og ikke noe mer. En tverrbølge vil ikke oppstå fordi bølgen ikke har elastisiteten som gjør at delene kan svinge fra side til side. S-bølgen krever den typen elastisitet som bare forekommer i faste stoffer. I det følgende skal vi bruke egenskapene til P-bølger, som kan bevege seg i luft, væsker og faste stoffer, og egenskapene til S-bølger for å finne ut hva jorden er laget av. Undertekster fra Amara.org-fellesskapet
Rayleigh vinker
Dempede Rayleigh-bølger
Dempede bølger av Rayleigh-typen ved fast-væske-grensesnittet.
Kontinuerlig bølge med vertikal polarisering
Kontinuerlig bølge med vertikal polarisering, løper langs grensen mellom en væske og et fast stoff med lydens hastighet i et gitt medium.
AKUSTISKE BØLGER (lydbølger), forstyrrelser av et elastisk materialemedium (gassformig, flytende eller fast) som forplanter seg i rommet. Forstyrrelser er lokale avvik av tetthet og trykk i et medium fra likevektsverdier, forskyvninger av partikler av mediet fra likevektsposisjonen. Disse endringene i mediets tilstand, overført fra en partikkel av materie til en annen, karakteriserer lydfeltet. I akustiske bølger overføres energi og momentum uten overføring av selve stoffet.
I gassformige og flytende medier med volumetrisk elastisitet kan bare langsgående akustiske bølger forplante seg, der forskyvningene av partikler faller sammen i retning med bølgens utbredelse. I dette tilfellet er lydtrykk en skalær størrelse. I ubegrensede faste medier, som i tillegg til volumetriske også har skjærelastisitet, sammen med langsgående, kan også tverrgående (skjær) akustiske bølger forplante seg; i dem er retningene for partikkelforskyvning og bølgeutbredelse gjensidig vinkelrett. En analog av lydtrykk i faste medier er den mekaniske spenningstensoren. I nærvær av grenser i faste stoffer oppstår også andre typer akustiske bølger (se Elastiske bølger).
I samsvar med typen avhengighet av lydfeltets egenskaper på tid, kan akustiske bølger ha forskjellige former. Av spesiell betydning er harmoniske akustiske bølger, der lydfeltets egenskaper varierer i tid og rom i henhold til en sinusformet lov (se Bølger). Akustiske bølger av enhver form kan representeres som en sum (i det begrensende tilfellet, en integral) av harmoniske bølger med forskjellige frekvenser. Som et resultat av å dekomponere bølgen til enkle harmoniske komponenter (se Lydanalyse), oppnås et lydspektrum.
Frekvensområdet til akustiske bølger nedenfra er praktisk talt ubegrenset - i naturen er det akustiske bølger med en frekvens lik hundredeler og tusendeler av en hertz. Den øvre grensen for rekkevidden av akustiske bølger bestemmes av den fysiske naturen til deres interaksjon med materie: i gasser må bølgelengden være større enn den frie banen til molekyler, og i væsker og faste stoffer større enn den intermolekylære eller interatomiske avstanden. På dette grunnlaget tas verdien 10 9 Hz som øvre frekvensgrense i gasser, i væsker 10 10 -10 11 Hz, i faste stoffer 10 12 -10 13 Hz. I det generelle området fremhever akustiske bølger selve lydområdet, oppfattet av en person ved øret; de konvensjonelle grensene for denne regionen er 16 Hz - 20 kHz (begrepet "lyd" brukes ofte på akustiske bølger gjennom hele frekvensområdet). Nedenfor ligger området for infralyd, over - ultralyd (2·10 4 Hz - 10 9 Hz) og hyperlyd (10 9 Hz - 10 13 Hz). Hypersoniske bølger i krystaller blir noen ganger betraktet fra kvanteteoriens ståsted, og sammenligner dem med fononer.
Utbredelsen av akustiske bølger preges først og fremst av lydens hastighet. Under visse forhold observeres lydspredning - avhengigheten av hastigheten til akustiske bølger på frekvensen. Når lyden forplanter seg, dempes lyden gradvis, det vil si at intensiteten til de akustiske bølgene avtar. Det er i stor grad på grunn av lydabsorpsjon assosiert med den irreversible overgangen av akustisk bølgeenergi til varme. Utbredelsen av akustiske bølger vurderes ved metodene for bølgeakustikk eller geometrisk akustikk. Ved høy intensitet av akustiske bølger observeres forvrengning av deres form og andre ikke-lineære effekter (se Ikke-lineær akustikk).
Lydbølger i det hørbare området fungerer som et kommunikasjonsmiddel mellom mennesker, så vel som et bredt utvalg av representanter for dyreverdenen. Akustiske bølger brukes for å få informasjon om egenskaper og struktur til ulike medier og ulike objekter. Med deres hjelp studeres naturlige miljøer - atmosfæren, jordskorpen, verdenshavet og de strukturelle egenskapene til materie på mikroskopisk nivå blir avklart. I praktisk menneskelig aktivitet brukes akustiske bølger for å oppdage defekter i produkter, brukes som en av metodene for medisinsk diagnostikk, og brukes til å påvirke et stoff for å endre dets egenskaper.
Lit.: Krasilnikov V. A. Lyd- og ultralydbølger i luft, vann og faste stoffer. 3. utg. M., 1960; Isakovich M. A. Generell akustikk. M., 1973; Skuchik E. Fundamentals of Acoustics: I 2 bind M., 1976. I. P. Golyamina.
Laster inn...
