76367

Акустические методы НК

Лекция

Физика

Природа и свойства ультразвуковых колебаний. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс. Диапазоны упругих колебаний в материальных средах Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний...

Русский

2015-01-30

277.5 KB

0 чел.

Лекция 8  Акустические методы НК

   План лекции. Общие понятия: упругие материалы, линейные, однородные, изотропные и анизатропные среды. Продольные, поперечные (сдвиговые) волны и их физические характеристики: скорость, частота, длина, волновое число. Ультразвуковой диапазон волн, акустическое сопротивление контролируемых сред.

 Природа и свойства ультразвуковых колебаний.  Если в сплошной среде – газах, жидкостях или твердых телах частицы среды окажутся выведенными из положения равновесия, то упругие силы, действующие на них со стороны других частиц, будут возвращать их в положение равновесия. При этом частицы будет совершать колебательное движение. Распространение упругих колебаний в сплошной среде представляет собой волнообразный процесс.
        Колебания с частотой от единиц Гц до 20 Гц называются 
инфразвуковыми, при частоте от 20 Гц до 16…20 кГц колебания создают слышимые звуки. Ультразвуковые колебания  соответствуют частотам от 16…20 кГц до 108 Гц, а колебания с частотой более 108 Гц получили название гиперзвуков. На рис.8.1 показана логарифмическая шкала частот, выполненная на основе выражения lg2f = 1, 2, 3 …, n, где 1, 2, 3 …, n – номера октав.

Рисунок 8.1 - Диапазоны упругих колебаний в материальных средах

         Физическая природа упругих колебаний одинакова во всем диапазоне частот. Свойства упругих колебаний .
             
Форма волны - это форма волнового фронта, т.е. совокупности точек, обладающих одинаковой фазой.  Звуковые волны подразделяются по типу волн: они могут быть продольными, поперечными, изгибными, крутильными – в зависимости от условий возбуждения и распространения.

       В жидкостях и газах распространяются только продольные волны, в твердых телах могут возникать также поперечные и другие из перечисленных типов волн. В продольной волне направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волны (Рис. 8.2, а), скорость продольной волны

где –Е – модуль Юнга;      ρ – плотность среды.

поперечная волна распространяется перпендикулярно направлению колебаний частиц (Рис.8.2, б), скорость поперечной волны

где –G – модуль сдвига;      ρ – плотность среды.

                

                                            а)                                                                  б)

Рисунок 8.2 – Движение частиц при распространении волны. -

а) - движение частиц среды при распространении продольной волны;

б) - движение частиц среды при распространении поперечной волны.

Продольными называются волны когда направление колебаний, частиц среды совпадают с направлением акустических волн и в среде возникают упругие деформации сжатия.

           Любая волна, как колебание, распространяющееся во времени и в пространстве, может быть охарактеризована частотойдлиной волны и амплитудой (Рис. 8.3).  При этом длина волны λ связана с частотой f через скорость распространения волны в данном материале c: 

                                                             λ = c/f.

      Частота – это количество колебаний, совершаемых системой в единицу времени; длина волны  – это расстояние, которое проходит волна за время равное периоду колебаний T (T = 1/f ), т. е. за время, затраченное на одно колебание; амплитуда колебаний – это максимальное отклонение колебательной системы от положения равновесия.
      

Рисунок 8.3 - Характеристики колебательного процесса

    
   
Длина волны λ — это расстояние, которое проходит волна, пока частица среды совершает одно колебательное движение. Расстояние между соседними максимумами или минимумами возмущения считают длиной волны.
   
Амплитуда колебаний А - представляет собой максимальное смещение частицы из положения равновесия во время ее колебательного движения, вызванного возбуждением частиц среды.
  
Частота колебаний f — это число колебаний, совершаемых частицей среды за одну секунду. Для звуковых волн, генерируемых средой, характерен непрерывный ряд или диапазон частот. Самая низкая частота волны называется основной или собственной, а остальные являются гармониками или обертонами. Частота второй гармоники в два раза превышает собственную частоту системы. Аналогично частота третьей гармоники превышает ее в три раза и т.д.
    
Период колебаний Т - это время, необходимое частице для совершения одного колебатель-ного движения. По определению время, за которое волна производит f колебаний, равно 1 секунде.
      
Колебание – это возвратно-поступательное движение из одного крайнего положения в другое и обратно через положение равновесия.
     
Фаза колебаний φ — это отношение смещения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Если точки колебательного процесса находятся в одной фазе (их разность фаз составляет 2π), то расстояние между этими двумя точками равно одной длине волны λ.
     
Скорость распространения колебаний С — это расстояние, пройденное волной за одну сек.

Особенности ультразвуковых колебаний.

1. Обычно границей начала ультразвукового диапазона частот принято считать 16...20 кГц. На практике используются УЗ колебания по верхней границе  с частотой до 25 мГц.  Колебания таких высоких частот могут распространяться только в кристаллах.

2. УЗ колебания может распространяться в любых материальных средах (в прозрачных и непрозрачных средах, проводниках и диэлектриках и т.п.), что позволяет использовать их для исследования и воздействия на полимеры, металлы, жидкости, газы и др.

3.  Мощность ультразвуковых колебаний, распространяемых в средах, пропорциональна квадрату частоты, и поэтому, в отличие от мощности звуковых колебаний - очень велика. Мощность ультразвуковых колебаний может достигать сотен киловатт, а интенсивность (энергия, распространяемая через единицу площади в единицу времени) - 1...1000 Вт/см2. При таких интенсивностях ультразвукового воздействия внутри материальных тел может распространяться очень большая энергия механических колебаний. В ходе распространения волны (в колебательном процессе) возникают перепады звукового давления, превышающие десятки мПа. Кроме того, это давление меняет свой знак, переходя в разряжение с частотой большей 20 тысяч раз в секунду.
      Возможность ввода огромных энергий позволяет повышать эффективность множества различных технологических процессов, создавать новые материалы, получать новые вещества, решать многие вопросы технологического контроля и измерений. Эти свойства положены в основу применения УЗ контроля.

4.  Важнейшей акустической характеристикой среды является упругое волновое сопротивление – акустический импеданс, Z:

                                                    

5. Скорость распространения звуковой волны в различных средах, табл. 8.1   

Таблица 8.1. – Скорость звука в различных средах

6. Для звуковых волн выполняются законы отражения и преломления, распространения аналогичные законам отражения и преломления света

   

PAGE  4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73790. Отличие житейской психологии от научной 14.53 KB
  Житейские знания конкретны связаны с конкретными жизненными ситуациями а научная психология стремится к обобщенному знанию основанному на выявлении общих закономерностей жизни и поведения людей. Житейские знания больше носят интуитивный характер а в психологической науке стремятся к рациональному объяснению психических явлений то есть к лучшему их пониманию и даже прогнозированию. Житейские знания передаются в очень ограниченных вариантах из уст в уста через письма и т. а научные знания передаются через специальную систему фиксации...
73791. Профессиональный психолог как ученый – исследователь, прикладник и практик 18.26 KB
  Психологи работающие в области научной психологии проводят научные исследования психических явлений закономерностей психических процессов состояний свойств. Психологи работающие в сфере научной психологии проводят психологические исследования. Основные задачи их исследовательской деятельности: Психологи-исследователи работают в научных институтах и центрах в психологических лабораториях университетов и институтов в отделах прикладной психологии отраслевых научно-исследовательских институтов и университетов. Еще одной сферой...
73792. Система основных направлений деятельности практического психолога и их общая характеристика 15.12 KB
  В результате формируется концепция в которой отражаются представления психологов о наиболее существенных особенностях людей определенного типа и исходя из этого понимания обосновываются способы психологической помощи им. С какой бы позиции помощи содействия поддержки или сопровождения ни рассматривать деятельность практического психолога в любом случае можно говорить о пяти основных направлениях этой деятельности...
73793. Психологическое просвещение, как одно из направлений деятельности практического психолога 16.31 KB
  Важнейшая задача психологического просвещения расширение психологических знаний и повышение психологической культуры людей. Первая задача психологического просвещения направлена на то чтобы обеспечить людям возможность пользоваться психологическими знаниями и технологиями: сформировать у них соответствующие желания и понимание того чем им может помочь психология готовность работать над собой и своим поведением с помощью психологических методик и техник. Вторая задача информирование по вопросам психологических знаний. Иногда знания...
73794. Психологическая диагностика, как одно из направлений деятельности практического психолога 17.3 KB
  Психодиагностика осуществляется на основе: объективных показателей деятельности реальной или моделируемой в эксперименте тесте; субъективных показателей сведений сообщаемых о себе самом человеком Инструментом для оценивания в работе психолога-диагноста являются его профессиональные психологические наблюдения беседы психологические тесты...
73795. Психологическое консультирование, как одно из направлений деятельности практического психолога 17.88 KB
  Оно включает в себя и профконсультирование и педагогическое и промышленное консультирование и консультирование руководителей и многое другое. Групповое консультирование может проводиться с семьей производственной группой или группой людей не связанных друг с другом в повседневной жизни но имеющих общие проблемы. Наиболее частыми вариантами работы при групповом консультировании являются семейное консультирование работа по разрешению межличностных конфликтов и проблемных ситуаций в коллективах.
73796. Психотерапия как одно из направлений деятельности практического психолога 17.42 KB
  Обычно такая психологическая помощь обозначается понятием психотерапия. Психотерапия это комплексное лечебное вербальное и невербальное воздействие на эмоции суждения самосознание человека при психических нервных и психосоматических заболеваниях. Чаще всего психотерапия обращена к личностным проблемам ставящим человека на грань психических нарушений или даже переводящим за эту грань с чем связаны тягостные переживания нарушения социального поведения изменения сознания и самосознания и пр.
73797. Психопрофилактика, как одно из направлений деятельности практического психолога 17.39 KB
  Врачи часто недооценивают значение работы медицинских психологов в клинике и активно ее не принимают. Проявляется взаимное непонимание врачей и психологов. Заключения психологов строятся на использовании методов несопоставимых по своей точности с диагностическими медицинскими исследованиями. Сейчас большинство медицинских психологов работает в области психиатрии.
73798. Психокоррекционная и развивающая работа, как одно из направлений деятельности практического психолога 18.96 KB
  Термин коррекция психического развития как обозначение определенной формы психологической деятельности впервые возник в дефектологии применительно к вариантам аномального развития. В психологии психокоррекция стала трактоваться как совокупность мер психологического воздействия направленных на доформирование отсутствующих психических...