Biletul nr. 1
Baza fizică a detectării defectelor cu ultrasunete
CONCEPTUL DE VIBRAȚII ȘI UNDE ACUSTICE
· Unde acustice se numesc vibrații mecanice ale particulelor de mediu care se propagă într-un mediu elastic.
Când o undă se mișcă, particulele nu se mișcă, ci oscilează în jurul pozițiilor lor de echilibru.
Se numește distanța dintre particulele din apropiere care oscilează în aceeași fază lungime de undă .
Lungimea de undă este legată de viteza de propagare CU si frecventa f (sau punct T ) raport
unde: - lungimea de undă [m]; CU– viteza de propagare [m/s];
T– perioada [s]; f- frecventa Hz].
De exemplu pentru aer: CU= 330 m/s
f= 20 Hz ® = 16,5 m;
f= 20000 Hz ® = 1,65 cm;
f= 20000000 Hz ® = 0,165 mm;
În funcție de direcția oscilațiilor particulelor în raport cu direcția de propagare a undei, se disting următoarele: unde longitudinale, transversale, de suprafață și normale (valuri în plăci).
Într-o undă longitudinală, particulele oscilează de-a lungul direcției de propagare a undei. Vibrațiile se pot propaga în medii solide, lichide și gazoase.
Dacă direcția de vibrație a particulelor mediului este perpendiculară pe direcția de propagare, atunci astfel de vibrații se numesc transversal (sau forfecare). Ele se pot propaga doar într-un mediu care are elasticitate de formă.
Undele longitudinale și transversale se pot propaga în forma lor pură numai într-un mediu nemărginit (¥ sau ¥/2) sau într-un corp ale cărui dimensiuni în direcții care nu coincid cu direcția de propagare a undei depășesc semnificativ lungimea acestuia din urmă. Undele longitudinale și transversale sunt prezentate schematic în Fig. 1.
Orez. 1 Propagarea undelor longitudinale și transversale
Pe o suprafață liberă se pot răspândi unde de suprafață (unde Rayleigh).Într-o undă de suprafață, particulele oscilează simultan în direcția de propagare și perpendicular pe aceasta, descriind traiectorii eliptice sau mai complexe. Amplitudinea oscilației scade exponențial pe măsură ce vă deplasați mai adânc de la suprafață, astfel încât unda este localizată într-un strat subțire de suprafață gros de o lungime de undă până la o lungime de undă și jumătate și urmează curbele suprafeței din Fig. 2.
Orez. 2 Propagarea undelor de suprafață
Atunci când o undă se propagă în corpuri plate de grosime constantă (foi, plăci subțiri, sârmă), pot apărea unde normale sau unde Lamb. În acest caz, particulele oscilează de-a lungul acelorași traiectorii ca într-o undă de suprafață, dar pe întreaga grosime a foii sau a plăcii de înveliș. De obicei, două unde normale apar și se propagă independent: simetrice (undă de compresie sau de tensiune) și antisimetrică (undă de încovoiere) Fig. 3.
Orez. 3 valuri în plăci
a - simetric, b - asimetric
Vitezele de propagare a undelor longitudinale, transversale și de suprafață sunt determinate de proprietățile elastice ale materialului (moduli de elasticitate și forfecare, rapoartele lui Poisson) și densitatea acestuia. Viteza de propagare a undelor normale, spre deosebire de viteza de propagare a altor tipuri de unde, depinde nu numai de proprietățile materialului, ci și de frecvența vibrațiilor sonore și de grosimea produsului.
С l >С t >С S ; C t ~ 0,55 C l C S ~ 0,93 C t .
Undele acustice se disting și prin forma frontului de undă sau a suprafeței undei.
· Frontul de val acesta este locul geometric al punctelor din mediu la care, la un moment dat de timp, faza undei are aceeași valoare.
Dacă o perturbare pe termen scurt (impuls) se propagă în mediu, atunci frontul de val numită granița dintre regiunile perturbate și cele netulburate ale mediului.
Suprafața frontală sau a undei se mișcă continuu în mediu și se deformează în acest proces. Într-un mediu izotrop nemărginit, propagarea undelor elastice are un caracter spațial, iar, în funcție de forma frontului, undele pot fi plat, sfericȘi cilindric Figura 4.
Orez. 4 Unde plane, sferice, cilindrice
· Valuri plane sunt excitate de o placă dacă dimensiunile sale transversale depășesc cu mult lungimea de undă. Suprafețele de undă ale unei unde plane arată ca niște planuri paralele.
· Unde sferice sunt excitate de o sursă punctuală sau de un corp sferic oscilant ale cărui dimensiuni sunt mici. Suprafețele de undă ale unei unde sferice au forma unor sfere concentrice.
· Unde cilindrice sunt excitate de un corp cilindric (tijă, cilindru etc.) a cărui lungime este semnificativ mai mare decât dimensiunile sale transversale. Suprafețele ondulate au forma unor cilindri concentrici.
La distanțe foarte mari, undele sferice și cilindrice se transformă în unde plane.
În funcție de frecvențe, se disting următoarele unde:
· Infrasonic f= până la 16-20 Hz;
· Sunet f= 16 – 20000 Hz;
· cu ultrasunete f=20 kHz – 1000 MHz;
· Hipersonic f> 1000 MHz.
În scopul detectării defectelor, sunt utilizate unde de diferite intervale:
Audio f=1-8 kHz;
Ultrasunete f= 20 kHz – 50 MHz;
În prezent, se lucrează și se pot obține frecvențe de până la 1000 MHz.
Lungimea de undă a vibrațiilor hipersonice este comparabilă cu lungimea de undă a undelor de lumină vizibilă. Acest lucru le face similare în proprietățile lor cu proprietățile razelor de lumină, așa că multe probleme sunt luate în considerare din punctul de vedere al acusticii geometrice.
· Acustica geometrică– o teorie simplificată a propagării sunetului care neglijează fenomenele de difracție.
Acustica geometrică se bazează pe ideea razelor de sunet, de-a lungul fiecăreia dintre care energia sonoră se propagă independent de razele învecinate. Într-un mediu omogen, razele sonore sunt linii drepte.
Din punct de vedere matematic, acustica geometrică este cazul limitativ al teoriei ondulatorii a propagării sunetului, deoarece lungimea de undă tinde spre 0 și în acest sens este similară cu optica geometrică în teoria propagării luminii.
Vibrațiile ultrasonice cu unde scurte se propagă sub formă de fascicule direcționate. La fel ca razele de lumină, ele pot fi reflectate, refractate, focalizate, interferează nu numai cu ele însele, ci și cu lumina, experimentează difracția și se atenuează pe măsură ce se propagă.
Lungimea de undă a undelor hipersonice poate deveni comparabilă cu dimensiunea atomilor. În acest caz, natura cuantică a unei astfel de unde începe să se manifeste și, prin analogie cu un flux de lumină, un astfel de flux de energie sonoră poate fi considerat sub forma unui flux de particule (fononi), care nu mai interacționează cu volume finite de materie sau cristale, dar cu electronii unui atom. În acest caz, apar diferite efecte ale unei astfel de interacțiuni, care fac posibilă studierea unei game mai largi de caracteristici fizice ale materialelor.
Pe de altă parte, undele infrasunete au lungimi de undă mari și parcurg distanțe mari, ceea ce face posibilă controlul proprietăților fizice ale maselor mari de materie (de exemplu, în explorarea geologică).
Undele acustice din domeniul ultrasonic au proprietățile de a fi reflectate foarte puternic de interfața solid-aer. Calculele arată că straturile de aer cu o grosime de 10 -5 mm sau mai mult la f = 5 MHz există o reflectare de 100% a energiei trimise, cu o grosime a stratului<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.
Toate cele de mai sus au condus la utilizarea pe scară largă a metodelor acustice pentru controlul calității materialelor și produselor.
Ezitare- aceasta este o mișcare în jurul unei poziții medii care este repetabilă (de exemplu, oscilația unui pendul). Orice corp oscilant tinde să atingă o poziție de echilibru.
Valuri- mişcări oscilatorii care se propagă în spaţiu: vibraţiile unui punct se transmit celui vecin etc.
Sunet– sunt vibrații mecanice care se propagă într-un mediu elastic (aer, apă, solide).
Infrasunete< 16 Гц
Sunet 16 – 20000 Hz
Ultrasunete 20000 – 109 Hz
Hipersunete >109 Hz
Fluctuații termice >1012 Hz
1kHz = 103 Hz, 1MHz = 106 Hz
Detectarea defectelor cu ultrasunete folosește frecvențe de la 0,6 la 10 MHz.
Procesul de propagare a ultrasunetelor în spațiu este un proces ondulatoriu.
Frontul de val- aceasta este o colecție de particule care au atins vibrații la un moment dat în timp. În funcție de geometria frontului, există sferice (de exemplu, o undă sonoră la mică distanță de o sursă punctiformă de sunet), cilindrice (de exemplu, o undă sonoră la mică distanță de o sursă de sunet, care este un cilindru lung de diametru mic), unde plane (o undă plană poate fi emisă de o placă oscilantă infinită).
Introducere
Elasticitatea este proprietatea solidelor de a-și restabili forma și volumul (și lichidele și gazele - doar volumul) după încetarea forțelor externe. Un mediu care are elasticitate se numește mediu elastic. Vibrațiile elastice sunt vibrații ale sistemelor mecanice, a unui mediu elastic sau a unei părți a acestuia, care apar sub influența perturbărilor mecanice. Undele elastice sau acustice sunt perturbații mecanice care se propagă într-un mediu elastic. Un caz special de unde acustice este sunetul auzit de oameni, de unde și termenul de acustică (din grecescul akustikos - auditiv) în sensul larg al cuvântului - studiul undelor elastice, în sens restrâns - studiul sunetului. În funcție de frecvență, vibrațiile elastice și undele sunt numite diferit.
Tabelul 1 - Intervalele de frecvență ale vibrațiilor elastice
Vibrațiile elastice și undele acustice, în special în domeniul ultrasonic, sunt utilizate pe scară largă în tehnologie. Vibrațiile ultrasunete puternice de joasă frecvență sunt utilizate pentru distrugerea locală a materialelor fragile, durabile (daltuire cu ultrasunete); dispersie (măcinare fină a corpurilor solide sau lichide în orice mediu, de exemplu grăsimi în apă); coagulare (mărirea particulelor unei substanțe, de exemplu, fum) și alte scopuri. Un alt domeniu de aplicare a vibrațiilor și undelor acustice este controlul și măsurarea. Aceasta include localizarea sunetului și ultrasonic, diagnosticarea medicală cu ultrasunete, controlul nivelului lichidului, debitului, presiunii, temperaturii în vase și conducte, precum și utilizarea vibrațiilor acustice și a undelor pentru testarea nedistructivă (NDT).
În munca mea de testare, intenționez să iau în considerare metodele acustice pentru testarea materialelor, tipurile și caracteristicile acestora.
1. Tipuri de unde acustice
Metodele de testare acustică folosesc unde de amplitudine mică. Aceasta este regiunea acusticii liniare în care tensiunea (sau presiunea) este proporțională cu deformarea. Regiunea oscilațiilor cu amplitudini sau intensități mari, unde o astfel de proporționalitate este absentă, se referă la acustica neliniară.
Într-un mediu solid nemărginit, există două tipuri de unde care se propagă la viteze diferite: longitudinale și transversale.
Orez. 1 - Reprezentarea schematică a undelor longitudinale (a) și transversale (b).
Val u l numit longitudinal o undă sau o undă de dilatare-compresie (Fig. 1. a), deoarece direcția oscilațiilor în undă coincide cu direcția de propagare a acesteia.
Val u t numit transversal sau o undă de forfecare (Fig. 1. b). Direcția vibrațiilor în ea este perpendiculară pe direcția de propagare a undei, iar deformațiile din ea sunt forfecare. Undele transversale nu există în lichide și gaze, deoarece în aceste medii nu există elasticitate a formei. Unde longitudinale și transversale (denumirea lor generală este undele corpului) cel mai utilizat pentru inspecția materialelor. Aceste unde detectează cel mai bine defectele atunci când apar în mod normal pe suprafața lor.
Distribuiți de-a lungul suprafeței unui corp solid suprafață (valuri Rayleigh) și cap (târâtoare, cvasi-omogen) valuri .
Orez. 2 - Reprezentarea schematică a undelor pe suprafața liberă a unui corp solid: a - Rayleigh, b - cap
Undele de suprafață sunt utilizate cu succes pentru a detecta defecte în apropierea suprafeței unui produs. Reacționează selectiv la defecte în funcție de adâncimea apariției lor. Defectele localizate la suprafata dau reflexie maxima, iar la o adancime mai mare decat lungimea de unda practic nu sunt detectate.
O undă cvasi-omogenă (de cap) aproape că nu reacționează la defectele de suprafață și neregularitățile de suprafață, în același timp, poate fi folosită pentru a detecta defectele subterane într-un strat, începând de la o adâncime de aproximativ 1... 2 mm. Controlul produselor subțiri de către astfel de unde este împiedicat de undele transversale laterale, care sunt reflectate de pe suprafața opusă a OC și dau semnale false.
Dacă două medii solide se învecinează între ele (Fig. 3, c), ai căror module de elasticitate și densitate nu diferă mult, atunci de-a lungul graniței se propagă Valul Stoneleigh(sau Stonsley), astfel de unde sunt folosite pentru a controla îmbinarea bimetalelor.
Se numesc unde transversale care se propagă de-a lungul interfeței dintre două medii și care au polarizare orizontală Valuri de dragoste. Ele apar atunci când pe suprafața unui semi-spațiu solid există un strat de material solid în care viteza de propagare a undelor transversale este mai mică decât în semi-spațiu. Adâncimea pătrunderii undelor în semi-spațiu crește odată cu scăderea grosimii stratului. În absența unui strat, unda Iubirii din semi-spațiu se transformă într-o undă de volum, adică. într-o undă plană, polarizată orizontal, transversală. Undele de dragoste sunt folosite pentru a controla calitatea acoperirilor (placurilor) aplicate pe suprafata.
Orez. 3 - Unde la limita a două medii: a - tip Rayleigh amortizat la limita unui solid - lichid, b - slab amortizat la aceeași limită, c - Unda Stoneley la limita a două solide
Dacă un corp solid are două suprafețe libere (placă), atunci pot exista anumite tipuri de unde elastice în el. Se numesc unde în plăci sau Valuri de mielși se referă la unde normale, de ex. undele care se deplasează (transferă energie) de-a lungul unei plăci, strat sau tijă și permanent(nu transferă energie) într-o direcție perpendiculară. Undele normale se propagă într-o placă, ca într-un ghid de undă, pe distanțe mari. Sunt folosite cu succes pentru a controla table, cochilii, tevi cu o grosime de 3... 5 mm sau mai putin.
Există, de asemenea, un tip special de valuri - cu ultrasunete valuri. Prin natura lor, ele nu diferă de undele din domeniul audibil și se supun acelorași legi fizice. Dar ultrasunetele au caracteristici specifice care au determinat utilizarea sa pe scară largă în știință și tehnologie. Reflexia, refracția și capacitatea de a focaliza ultrasunetele sunt utilizate în detectarea defectelor cu ultrasunete, în microscoapele acustice cu ultrasunete, în diagnosticarea medicală și pentru a studia macro-neomogenitățile unei substanțe. Prezența neomogenităților și coordonatele acestora sunt determinate de semnale reflectate sau de structura umbrei.
2. Refracția, reflexia, difracția, refracția undelor acustice
Refracţie- fenomenul de modificare a traseului unui fascicul de lumină (sau a altor unde), care apare la interfața dintre două medii transparente (permeabile la aceste unde) sau în grosimea unui mediu cu proprietăți în continuă schimbare.
Refracția sunetului - schimbarea direcției de propagare unda de sunet când trece prin interfața dintre două medii.
La căderea pe interfața dintre două medii omogene (aer - perete, aer - suprafață apă etc.), o undă sonoră plană poate parțial Reflectațiși refractă parțial (trece în al doilea mediu.
O condiție necesară pentru refracție este diferența viteza de propagare a sunetuluiîn ambele medii.
Conform legii refracției, raza refractată (OL") se află în același plan cu raza incidentă (OL) și normala la interfața trasată în punctul de incidență O. Raportul sinusului unghiului de incidență α la sinusul unghiului de refracție β egal cu raportul vitezelor undelor sonore din primul și al doilea mediu C 1Și C 2(Legea lui Snell):
sinα/sinβ=C1/C2
Din legea refracției rezultă că, cu cât viteza sunetului este mai mare într-un anumit mediu, cu atât unghiul de refracție este mai mare.
Dacă viteza sunetului în al doilea mediu este mai mică decât în primul, atunci unghiul de refracție va fi mai mic decât unghiul de incidență, dar dacă viteza în al doilea mediu este mai mare, atunci unghiul de refracție va fi mai mare decât unghiul de incidenţă Dacă impedanta acustica specifica Dacă ambele medii sunt aproape una de alta, atunci aproape toată energia se va transfera de la un mediu la altul.
O caracteristică importantă a unui mediu este impedanța acustică specifică, care determină condițiile de refracție a sunetului la limita sa. Când o undă plană este incidentă în mod normal pe o interfață plană între două medii, valoarea indicelui de refracție este determinată numai de raportul dintre impedanțele acustice ale acestor medii. Dacă impedanțele acustice ale mediilor sunt egale, atunci unda trece de graniță fără reflectare. Când unda este în mod normal incidentă la limita a două medii, coeficientul de transmisie W undele sunt determinate doar de impedanțele acustice ale acestor medii Z 1 = ρ 1 C 1Și Z 2 = ρ 2 C 2. Formula lui Fresnel (pentru incidența normală) este:
W=2Z2/(Z2 +Z1).
Formula Fresnel pentru o undă incidentă pe interfață la un unghi:
W=2Z2cosβ/(Z2cosβ+Z1cosα).
REFLEXIA SUNETĂRĂ- fenomen care apare atunci când o undă sonoră cade pe interfața dintre două medii elastice și constă în formarea de unde care se propagă de la interfață în același mediu din care a provenit unda incidentă. De regulă, reflexia sunetului este însoțită de formarea undelor refractate într-un al doilea mediu. Un caz special de reflexie a sunetului este reflexia de pe o suprafață liberă. Reflexia la interfețele plate este de obicei luată în considerare, dar putem vorbi despre reflectarea sunetului de la obstacole de formă arbitrară dacă dimensiunea obstacolului este semnificativ mai mare decât lungimea de undă a sunetului. Altfel există împrăștierea sunetului sau difracția sunetului.
unde acustice
Descrieri alternativeFenomen fizic cauzat de vibrațiile particulelor de aer
Mișcarea oscilativă a particulelor dintr-un mediu elastic
Ce se mișcă prin aer cu o viteză de 330 m/sec?
Ceea ce se aude este perceput de ureche
Ucigașul tăcerii
Acustica, audio
Val cu viteza de 330 m/s
Un val care ajunge la urechea ta
Valuri percepute de urechi
Percepută de ureche
Tot ce se aude
Vocală sau consoană
Se măsoară în decibeli
O percepem prin auz
Urechea îl aude
Mixerul îl amestecă
O prinde urechea
Informații pentru urechi
Vibrațiile aerului
M. tot ce aude urechea, care ajunge la ureche. vechi gunoaie, resturi de pietre, gunoi. A suna, a suna, a face, a face un zumzet, a suna, a suna. Acest pian sună deosebit de bine. Sună nitul. Coarda a sunat, a sunat, doar a sunat, a sunat și a tăcut, nu a sunat. Ar suna din nou. Părea săturată de mine. Sună miercuri. condiție conform verbului. Sunetul, legat de sunet. Vibrații sonore, unde. Sunet sonor, sonor, zgomotos, bubuitor, sonor, zgomotos. Sonoritate g. starea de a fi sonor sau proprietatea a ceva care este sonor. Legea sănătoasă, știința sănătoasă, știința sănătoasă cf. acustica, știința sunetelor, parte a fizicii. Un sonometru este un proiectil pentru măsurarea sunetelor sau a numărului de tremurări ale unui obiect care sună. Starea de spirit miercuri. bine, starea de spirit a sunetelor. Onomatopee cf. acțiunea cuiva care imită orice sunet: asemănarea unui cuvânt, vorbire, vorbire, voce cu un alt sunet. Cuvinte tunete, trosnet, șuierat, onomatopeice. Concordia sunetului cf. acord, corespondență, armonie reciprocă a sunetelor
Gropar de film mut
Obiect de studiu al foneticii
Baza lui „Z” în ultrasunete
Ecou
Dați-l în sus, altfel nu îl puteți auzi
Produsul muncii difuzoarelor
Vine de la difuzoare
Măcinare
Ceea ce auzim cu urechile noastre
Ce aude urechea
Ce se aude
Ce prinde urechea
Ucigașul tăcerii
Urechea lui îl aude
Element articulat al vorbirii
Ce a apărut pentru prima dată în filmul „Don Juan” (SUA, 1926)
Ce înregistrează un fonograf?
Ce se extrage din șir?
Ce spune microfonul?
Ce aude urechea?
Ce ne captează urechile?
Ce amplifică un megafon?
Foșnet sau vuiet
Foșnet, trosnet sau ciocănit
Subiect de studiu fonetica
Mișcarea oscilativă a particulelor dintr-un mediu elastic
Ceea ce se aude este perceput de ureche
Fenomen fizic perceput prin auz
Dați-l în sus, altfel nu îl puteți auzi
Ce a apărut pentru prima dată în filmul Don Juan (SUA, 1926)?
Ce înregistrează un fonograf?
Ce se extrage din șir?
Obiect de studiu acustică
Ce se măsoară în decibeli?
Ce studiază acustica?
Amplificat de un megafon
Foșnet și vuiet
Ce studiază acusticienii?
Undă acustică
Undă cu o frecvență de 1000 Herți
Rupe tăcerea
Ceea ce auzim
Valuri pentru ureche
Ce spune microfonul?
Ce este amplificat de un megafon?
Baza lui „Z” în ultrasunete
Ce aude urechea?
Ce amplifică un megafon?
Val ridicat de ureche
Ce ne captează urechile?
Unde acustice de suprafață(SAW) - unde elastice care se propagă de-a lungul suprafeței unui corp solid sau de-a lungul graniței cu alte medii. Surfactanții sunt împărțiți în două tipuri: cu polarizare verticală și cu polarizare orizontală ( Valuri de dragoste).
Cele mai frecvente cazuri speciale de unde de suprafață includ următoarele:
- unde Rayleigh(sau Rayleigh), în sensul clasic, propagă de-a lungul graniței unui semi-spațiu elastic cu un vid sau un mediu gazos destul de rarefiat.
- la interfața solid-lichid.
- , care se desfășoară de-a lungul limitei dintre un corp lichid și unul solid
- Valul Stoneleigh, care se propagă de-a lungul limitei plane a două medii solide, ale căror module elastice și densitatea nu diferă foarte mult.
- Valuri de dragoste- unde de suprafață cu polarizare orizontală (tip SH), care se pot propaga în structura stratului elastic pe un semispațiu elastic.
YouTube enciclopedic
1 / 3
✪ Unde seismice
✪ Unde longitudinale și transversale. Unde sonore. Lecția 120
✪ Cursul șapte: Valuri
Subtitrări
În acest videoclip vreau să discut puțin despre undele seismice. Să scriem subiectul. În primul rând, sunt foarte interesante în sine și, în al doilea rând, sunt foarte importante pentru înțelegerea structurii Pământului. Ați văzut deja videoclipul meu despre straturile Pământului și datorită undelor seismice am ajuns la concluzia din ce straturi este formată planeta noastră. Și în timp ce undele seismice sunt de obicei asociate cu cutremure, ele sunt de fapt orice valuri care călătoresc de-a lungul solului. Ele pot proveni dintr-un cutremur, o explozie puternică, orice poate trimite multă energie direct în pământ și piatră. Deci, există două tipuri principale de unde seismice. Și ne vom concentra mai mult pe una dintre ele. Primul este undele de suprafață. Să-l notăm. Al doilea este undele corpului. Undele de suprafață sunt pur și simplu valuri care călătoresc pe suprafața a ceva. În cazul nostru, pe suprafața pământului. Aici, în ilustrație, puteți vedea cum arată undele de suprafață. Ele sunt similare cu ondulațiile care pot fi văzute la suprafața apei. Există două tipuri de unde de suprafață: unde Rayleigh și unde Love. Nu voi intra în detalii, dar aici puteți vedea că undele Rayleigh se mișcă în sus și în jos. Aici pământul se mișcă în sus și în jos. Se mută aici jos. Aici e sus. Și apoi - jos din nou. Arată ca un val care străbate pământul. Undele de dragoste, la rândul lor, se mișcă lateral. Adică aici valul nu se mișcă în sus și în jos, ci, dacă te uiți în direcția undei, se deplasează spre stânga. Aici se deplasează spre dreapta. Aici - la stânga. Aici - din nou la dreapta. În ambele cazuri, mișcarea undei este perpendiculară pe direcția mișcării sale. Uneori, astfel de unde sunt numite unde transversale. Și ei, așa cum am spus, sunt ca valurile în apă. Undele corporale sunt mult mai interesante pentru că, în primul rând, sunt cele mai rapide unde. Și, în plus, aceste valuri sunt folosite pentru a studia structura pământului. Undele corporale sunt de două tipuri. Există unde P sau unde primare. Și unde S, sau secundare. Ele pot fi văzute aici. Astfel de valuri sunt energie care se deplasează în interiorul corpului. Și nu doar la suprafața sa. Deci, în această imagine, pe care am descărcat-o de pe Wikipedia, puteți vedea cum o piatră mare este lovită cu un ciocan. Și când ciocanul lovește piatra... Lasă-mă să-l redesenez mai mare. Aici voi avea o piatră și o voi lovi cu un ciocan. Va comprima piatra acolo unde se lovește. Apoi, energia de la impact va împinge moleculele, care se vor prăbuși în moleculele de alături. Și aceste molecule se vor prăbuși în moleculele din spatele lor, iar acestea, la rândul lor, în moleculele de lângă ele. Se pare că această parte comprimată a pietrei se mișcă ca un val. Acestea sunt molecule comprimate, se vor ciocni în moleculele din apropiere și apoi piatra de aici va deveni mai densă. Primele molecule, cele care au început toată mișcarea, se vor întoarce la locul lor. Prin urmare, compresia s-a mutat și se va deplasa mai departe. Rezultatul este o undă de compresie. Loviți asta cu un ciocan și obțineți o densitate schimbătoare care se mișcă în direcția undei. În cazul nostru, moleculele se deplasează înainte și înapoi de-a lungul aceleiași axe. Paralel cu direcția undei. Acestea sunt undele P. Undele P pot călători în aer. În esență, undele sonore sunt unde de compresie. Se pot deplasa atât în lichide, cât și în solide. Și, în funcție de mediu, se mișcă cu viteze diferite. În aer se deplasează cu o viteză de 330 m/s, ceea ce nu este atât de lent pentru viața de zi cu zi. În lichid se mișcă cu o viteză de 1.500 m/s. Și în granit, care alcătuiește cea mai mare parte a suprafeței Pământului, se mișcă cu o viteză de 5.000 m/s. Lasă-mă să scriu asta. 5.000 de metri, sau 5 km/s în granit. Și voi desena undele S acum, pentru că aceasta este prea mică. Dacă loviți această zonă cu un ciocan, forța impactului va muta temporar piatra în lateral. Acesta va fi ușor deformat și va trage împreună cu ea secțiunea adiacentă de piatră. Această piatră de deasupra va fi apoi trasă în jos, iar piatra care a fost lovită inițial se va întoarce în sus. Și după aproximativ o milisecundă, stratul de piatră de deasupra se deformează ușor spre dreapta. Și apoi, în timp, deformația se va deplasa în sus. Observați că în acest caz valul se mișcă și în sus. Dar mișcarea materialului nu mai este paralelă cu axa, ca în undele P, ci perpendiculară. Aceste unde perpendiculare sunt numite și vibrații transversale. Mișcarea particulelor este perpendiculară pe axa mișcării undei. Acestea sunt undele S. Se mișcă puțin mai încet decât undele P. Prin urmare, dacă are loc un cutremur, veți simți mai întâi undele P. Și apoi, la aproximativ 60% din viteza undelor P, vor veni undele S. Deci, pentru a înțelege structura Pământului, este important să ne amintim că undele S se pot mișca doar în materie solidă. Să scriem asta. Ai putea spune că ai văzut valuri transversale pe apă. Dar au fost valuri de suprafață. Și discutăm despre undele corpului. Valuri care se deplasează într-un volum de apă. Ca să fie mai ușor de imaginat, voi trage niște apă, să zicem că aici va fi o piscină. In contextul. Ceva de genul. Da, aș fi putut să-l desenez mai bine. Așadar, iată o vedere în secțiune a piscinei și sper că puteți înțelege ce se întâmplă în ea. Și dacă comprim o parte din apă, de exemplu, lovind-o cu ceva foarte mare, apa se va comprima rapid. Unda P se va putea mișca deoarece moleculele de apă se vor prăbuși în moleculele de lângă ele, care se vor prăbuși în moleculele din spatele lor. Și această compresie, această undă P, se va mișca în direcția impactului meu. Acest lucru arată că unda P se poate mișca atât în lichide, cât și, de exemplu, în aer. Amenda. Și amintiți-vă că vorbim despre valuri subacvatice. Nu despre suprafețe. Valurile noastre se mișcă în volumul apei. Să presupunem că am luat un ciocan și am lovit un anumit volum de apă din lateral. Și acest lucru va crea doar un val de compresie în această direcție. Si nimic mai mult. O undă transversală nu va apărea deoarece unda nu are elasticitatea care permite părților sale să oscileze dintr-o parte în alta. Unda S necesită un tip de elasticitate care apare numai în solide. În cele ce urmează, vom folosi proprietățile undelor P, care pot călători în aer, lichide și solide, și proprietățile undelor S pentru a afla din ce este făcut pământul. Subtitrări de către comunitatea Amara.org
unde Rayleigh
Valuri de Rayleigh amortizate
Unde de tip Rayleigh amortizate la interfața solid-lichid.
Undă continuă cu polarizare verticală
Undă continuă cu polarizare verticală, care rulează de-a lungul limitei unui lichid și a unui solid la viteza sunetului într-un mediu dat.
UNDE ACUSTICE (unde sonore), perturbări ale unui mediu material elastic (gazos, lichid sau solid) care se propagă în spațiu. Perturbațiile sunt abateri locale ale densității și presiunii într-un mediu de la valorile de echilibru, deplasări ale particulelor mediului de la poziția de echilibru. Aceste modificări ale stării mediului, transmise de la o particulă de materie la alta, caracterizează câmpul sonor. În undele acustice, energia și impulsul sunt transferate fără transferul substanței în sine.
În mediile gazoase și lichide cu elasticitate volumetrică se pot propaga doar undele acustice longitudinale, în care deplasările particulelor coincid în direcția de propagare a undei. În acest caz, presiunea sonoră este o mărime scalară. În mediile solide nelimitate, care, pe lângă volumetrice, au și elasticitate la forfecare, alături de cele longitudinale, se pot propaga și undele acustice transversale (de forfecare); în ele direcţiile de deplasare a particulelor şi de propagare a undelor sunt reciproc perpendiculare. Un analog al presiunii sonore în mediile solide este tensorul mecanic al tensiunii. În prezența limitelor în solide, apar și alte tipuri de unde acustice (vezi Unde elastice).
În conformitate cu tipul de dependență a caracteristicilor câmpului sonor în timp, undele acustice pot avea forme diferite. De o importanță deosebită sunt undele acustice armonice, în care caracteristicile câmpului sonor se modifică în timp și spațiu conform unei legi sinusoidale (vezi Unde). Undele acustice de orice formă pot fi reprezentate ca o sumă (în cazul limitativ, o integrală) a undelor armonice de diferite frecvențe. Ca rezultat al descompunerii undei în componente armonice simple (vezi Analiza sunetului), se obține un spectru de sunet.
Gama de frecvență a undelor acustice de jos este practic nelimitată - în natură există unde acustice cu o frecvență egală cu sutimi și miimi de hertz. Limita superioară a gamei undelor acustice este determinată de natura fizică a interacțiunii lor cu materia: în gaze lungimea de undă trebuie să fie mai mare decât drumul liber al moleculelor, iar în lichide și solide mai mare decât distanța intermoleculară sau interatomică. Pe aceasta baza, valoarea 10 9 Hz este luata ca limita superioara de frecventa in gaze, in lichide 10 10 -10 11 Hz, in solide 10 12 -10 13 Hz. În gama generală, undele acustice evidențiază regiunea sunetului în sine, percepută de o persoană după ureche; limitele convenționale ale acestei regiuni sunt 16 Hz - 20 kHz (termenul „sunet” este adesea aplicat undelor acustice pe întregul interval de frecvență). Mai jos se află regiunea infrasunetelor, deasupra - ultrasunetele (2·10 4 Hz - 10 9 Hz) și hipersunetele (10 9 Hz - 10 13 Hz). Undele hipersonice din cristale sunt uneori considerate din punctul de vedere al teoriei cuantice, comparându-le cu fononii.
Propagarea undelor acustice se caracterizează în primul rând prin viteza sunetului. În anumite condiții, se observă dispersia sunetului - dependența vitezei undelor acustice de frecvență. Pe măsură ce sunetul se propagă, sunetul se atenuează treptat, adică intensitatea undelor acustice scade. Se datorează în mare măsură absorbției sunetului asociată cu tranziția ireversibilă a energiei undelor acustice în căldură. Propagarea undelor acustice este considerată prin metodele acusticii undelor sau acusticii geometrice. La intensitatea mare a undelor acustice, se observă distorsiunea formei lor și alte efecte neliniare (vezi Acustica neliniară).
Undele sonore în domeniul audibil servesc ca mijloc de comunicare între oameni, precum și o mare varietate de reprezentanți ai lumii animale. Undele acustice sunt folosite pentru a obține informații despre proprietățile și structura diferitelor medii și diferite obiecte. Cu ajutorul lor, sunt studiate mediile naturale - atmosfera, scoarța terestră, Oceanul Mondial și caracteristicile structurale ale materiei la nivel microscopic sunt clarificate. În activitatea umană practică, undele acustice sunt folosite pentru a detecta defectele produselor, sunt folosite ca una dintre metodele de diagnosticare medicală și sunt folosite pentru a influența o substanță pentru a-și modifica proprietățile.
Lit.: Krasilnikov V. A. Unde sonore și ultrasonice în aer, apă și solide. a 3-a ed. M., 1960; Isakovich M. A. Acustica generală. M., 1973; Skuchik E. Fundamentele acusticii: În 2 vol. M., 1976. I. P. Golyamina.
Se încarcă...
