Ультразвук как упругие волны
Взаимосвязь между частицами среды и ее осуществление силами упругости, возникающими вследствие деформации среды при передаче колебаний от одних частиц к другим. Ультразвук – звуковые волны, имеющие частоту выше, чем воспринимаемую человеческим ухом.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.05.2015 |
| Размер файла | 129,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Ультразвук. Энергия упругих колебаний
Если взаимосвязь между частицами среды осуществляется силами упругости, возникающими вследствие деформации среды при передаче колебаний от одних частиц к другим, то волны называются упругими. Такой волной является ультразвук.
Ультразвук - звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемым человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 Герц.
Также ультразвук - это продольная механическая волна
- колебания среды происходят вдоль направления распространения волн, при этом возникают области сжатия и разрежения среды.
- возникают в любой среде (жидкости, в газах, в тв. телах).
УЗ-волна, подобно звуковой, состоит из чередующихся участков сгущения и разряжения частиц среды. Скорость распространения УЗ-волны зависит от свойств среды. В воздухе составляет примерно 343,1 м/с, а в жидких средах 1500 м/с при температуре среды 20С. Скорость звуковых волн зависит от температуры среды, в которой они распространяются.
Длина волны зависит от частоты v, при увеличении частоты длина волны убывает. Так из-за очень большой частоты (н) ультразвук имеет малую длину волны, так как ультразвук упругость деформация
л = с / н,
где с - скорость ультразвука.
Например, в воде длины волн равны 1.4 м при частоте 1 кГц и 1,4мм при частоте 1 Мгц.
Поэтому дифракция ультразвука на неоднородностях проявляется слабо (имеется в виду отклонение от прямолинейного распространения). Таким образом, можно считать, что ультразвук распространяется прямолинейно, в виде луча.
Интенсивность ультразвука по мере распространения уменьшается из-за превращения его энергии в тепловую.
Отражение ультразвука
Теперь рассмотрим, как ультразвук отражается на границе двух сред. Это явление характеризуется коэффициентом отражения, т.е. отношением интенсивностей отражённой и падающей волн:
Причём для любой механической волны он оказывается равным
Величина z = с ? c, равная произведению плотности среды на скорость волны, называется акустическим сопротивлением.
Таким образом, степень отражения волны от границы двух сред зависит от соотношения акустических сопротивлений этих сред. Например, на границе двух жидкостей R ~ 0, а на границе твёрдого тела и жидкости R~1.
При этом степень отражения зависит от угла падения луча на поверхность раздела сред: чем больше угол приближается к прямому, тем сильнее степень отражения. Чем выше частота ультразвука (т.е., чем короче длина волны), тем меньше допустимое расстояние между двумя границами раздела сред, от которых возможно отражение (т.е., тем выше разрешающая способность). Распространение и отражение ультразвука - два основных принципа, на которых основано действие всей диагностической ультразвуковой аппаратуры.
Акустическое зеркало (АЗ) представляет собой гладкую поверхность, линейные размеры которой велики по сравнению с длиной волны л падающего звука, формирующую регулярное отражение звуковых волн. Поверхность АЗ считается достаточно гладкой, если ее шероховатости не превосходят величины л/20. Свойства АЗ определяются коэффициентом отражения и формой его поверхности.
Плоское АЗ (рис. 1) изменяет только направление волны без изменения ее вида
Размещено на http://www.allbest.ru/
Коническое АЗ (рис. 2) изменяет как направление, так и форму фронта отраженной волны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Параболоидное АЗ (рис. 3, А) изменяет направление и вид плоской волны, превращая ее в сходящуюся сферическую волну
Размещено на http://www.allbest.ru/
Специфические свойства ультразвука:
1) Малая длина волны. Для самого низкого УЗ диапазона длина волны не превышает в большинстве сред нескольких сантиметров. Малая длина волны обуславливает лучевой характер распространения УЗ волн. Вблизи излучателя УЗ распространяется в виде пучков по размеру близких к размеру излучателя. Попадая на неоднородности в среде, УЗ пучок ведёт себя как световой луч, испытывая отражение, преломление, рассеяние, что позволяет формировать звуковые изображения в оптически непрозрачных средах, используя чисто оптические эффекты (фокусировку, дифракцию и др.)
2) Малый период колебаний, что позволяет излучать ультразвук в виде импульсов и осуществлять в среде точную временную селекцию распространяющихся сигналов.
3) Возможность получения высоких значений энергии колебаний при малой амплитуде, т.к. энергия колебаний пропорциональна квадрату частоты. Это позволяет создавать УЗ пучки и поля с высоким уровнем энергии, не требуя при этом крупногабаритной аппаратуры.
4) В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические, химические, биологические и медицинские.
Такие как кавитация, звукокапиллярный эффект, диспергирование, эмульгирование, дегазация, обеззараживание, локальный нагрев и многие другие.
5) Ультразвук неслышим и не создаёт дискомфорта окружающим
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Ультразвук как не слышимые человеческим ухом упругие волны, частоты которых превышают 20 кГц, его основные источники и приборы для анализа. Физические свойства и особенности распространения. Устройства для генерирования ультразвуковых колебаний.
презентация [703,8 K], добавлен 16.04.2015Звуковые волны и природа звука. Основные характеристики звуковых волн: скорость, распространение, интенсивность. Характеристика звука и звуковые ощущения. Ультразвук и его использование в технике и природе. Природа инфразвуковых колебаний, их применение.
реферат [28,2 K], добавлен 04.06.2010Основные законы и правила распространения звуковых волн в различных средах, виды звуковых колебаний и их применение. Основные объективные и субъективные характеристики, скорость распространения, интенсивность. Эффект Доплера, ультразвук и инфразвук.
реферат [38,4 K], добавлен 24.06.2008Не слышимые человеком звуковые волны. Роль в живом мире. Инфразвук - составляющая звуков леса, моря, атмосферы. Сотрясения и вибрации инфразвуковых частот в земной коре. Влияние инфразвука на организм человека.
доклад [8,1 K], добавлен 27.10.2006Понятие и общие характеристики ультразвука и инфразвука, их улавливаемость ухом человека и животных. Особенности использования данных физических явлений в современной промышленности и химико-техническом производстве, а также в медицине и эхолокации.
презентация [1,7 M], добавлен 16.12.2013Определение инфразвука как механических волн, имеющих частоту менее 20 Гц, способных распространятся на огромные расстояния в воздухе, воде и земной коре. Использование свойств ультразвука (эхолокации) для расчета расстояния до объектов под водой.
презентация [2,7 M], добавлен 02.05.2012Свойства независимых комбинаций продольной и поперечной объемных волн. Закон Гука в линейной теории упругости при малых деформациях. Коэффициент Пуассона, тензоры напряжения и деформации. Второй закон Ньютона для элементов упругой деформированной среды.
реферат [133,7 K], добавлен 15.10.2011Поверхностные акустические волны - упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной поверхности твёрдого тела или вдоль его границы с другими средами и затухающие при удалении от границ. Энергетические характеристики ПАВ, составление уравнения Ламе.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 17.01.2012Физические основы ультразвука — упругих колебаний, частота которых превышает 20 КГц , распространяющихся в форме продольных волн в различных средах. Явление обратного пьезоэлектрического эффекта. Медицинские области применения ультразвуковых исследований.
контрольная работа [88,0 K], добавлен 06.01.2015Что такое звук. Распространение механических колебаний среды в пространстве. Высота и тембр звука. Сжатие и разрежение воздуха. Распространение звука, звуковые волны. Отражение звука, эхо. Восприимчивость человека к звукам. Влияние звуков на человека.
реферат [32,6 K], добавлен 13.05.2015Определение частоты и сложение колебаний одного направления. Пропорциональные отклонения квазиупругих сил и раскрытие физической природы волны. Поляризация и длина продольных и поперечных волн. Общие параметры вектора направления и расчет скорости волны.
презентация [157,4 K], добавлен 29.09.2013Явление рассеяния света. Воздействие частиц вещества на световые волны. Понятие рэлеевского рассеяния и частицы пигмента. Относительный показатель преломления частиц и среды. Увеличение количества отраженного белого света. Исчезновение насыщения цвета.
презентация [361,6 K], добавлен 26.10.2013Строение и ядерная модель атома. Атомный номер элемента. Волновые свойства электрона. Звуковые волны и их свойства. Строение и анатомия уха человека. Свет и световые явления, процесс образования тени и полутени. Закон преломления света, его сущность.
реферат [1,1 M], добавлен 18.05.2012Природа звука, физические характеристики и основы звуковых методов исследования в клинике. Частный случай механических колебаний и волн. Звуковой удар и кратковременное звуковое воздействие. Звуковые измерения: ультразвук, инфразвук, вибрация и ощущения.
реферат [24,5 K], добавлен 09.11.2011Понятие и общие характеристики плоской волны, их разновидности, отличительные признаки и свойства. Сущность гармонической волны. Уравнения однородной линейно поляризованной плоской монохроматической электромагнитной волны. Определение фазовой скорости.
презентация [276,6 K], добавлен 13.08.2013Линейная, круговая и эллиптическая поляризация плоских электромагнитных волн. Отражение и преломление волны на плоской поверхности. Нормальное падение плоской волны на границу раздела диэлектрик-проводник. Глубина проникновения электромагнитной волны.
презентация [1,1 M], добавлен 29.10.2013Звук как источник информации. Причина и источники звука. Амплитуда колебаний в звуковой волне. Необходимые условия распространения звуковых волн. Длительность звучания камертона на резонаторе и без него. Использование в технике эхолокации и ультразвука.
презентация [3,7 M], добавлен 15.02.2011Направляющая система, образованная двумя параллельными проводящими плоскостями. Зависимость составляющей от координаты в пространстве между проводящими плоскостями. Нахождение критической длины волны. Фазовая скорость поперечно-электрической волны.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.12.2010Дифференциальные уравнения Максвелла для однородной нейтральной непроводящей среды. Описание волновых процессов волновым уравнением. Структура, энергия, мгновенная картина электромагнитной волны, её интенсивность и импульс. Понятие электрического диполя.
презентация [143,8 K], добавлен 24.09.2013Понятие ультразвука, его предельная верхняя граница. Ученые, занимающиеся изучением ультразвуковых волн. Применение ультразвука в медицине, в приборах для контрольно-измерительных целей и в технике. Ультразвуковые импульсы и лучи в живой природе.
доклад [15,4 K], добавлен 26.01.2009
