Поглощение - звуковая энергия
Cтраница 4
 |
Схема, поясняющая способ определения групповой скорости Uc по известной зависимости фазовой скорости l / ф от длины волны X ( Метод Эренфеста. [46] |
Обычно различают дисперсию двух типов. Дисперсия первого типа обусловлена физическими свойствами среды и всегда связана с поглощением энергии. В плоской звуковой волне в безграничной жидкости возможна дисперсия только первого типа. Дисперсия второго типа обусловлена волноводными свойствами среды, определяемыми геометрическими факторами, устанавливаемыми граничными условиями области распространения звука. Эта дисперсия не связана с поглощением звуковой энергии средой, хотя не исключает возможности оттока энергии через границы области. Рассмотрим несколько примеров дисперсий обоих типов. [47]
Согласно классической теории, поглощение звуковых волн в однородных жидкостях и газах определяется вязкостью, теплопроводностью, рассеянием и диффузией и не зависит от длины волны. Если же имеется смесь частиц, обладающих различными энергиями ( смесь конформеров), то поглощение будет разным на разных частотах. При низких частотах звуковых волн столкновения молекул происходят достаточно часто, и молекулы самих устанавливают распределение по различным энергетическим уровням - трансляционным, вращательным, колебательным и электронным. Когда же частота ультразвуковой волны становится высокой, энергетические импульсы проходят через среду за период времени, меньший, чем время столкновения молекул. В результате возникает другое распределение уровней, и поглощение звуковой энергии меняется. [48]
Однако и в этом случае наблюдается затухание звука, связанное с различными необратимыми процессами, происходящими в звуковой волне. При колебательных движениях частиц упругой среды между ними возникают силы внутреннего трения ( вязкость), и за счет работы последних часть звуковой энергии непрерывно переходит в тепло. Кроме того, как уже указывалось выше, в звуковой волне в каждый данный момент в соседстве находятся разогретые области сжатия и охлажденные области разрежения. Это в свою очередь связано с уменьшением энергии колебаний, переходящей в тепло. Таким образом, внутреннее трение ( вязкость) и теплопроводность среды приводят к поглощению звуковой энергии и непрерывному уменьшению интенсивности распространяющейся звуковой волны. [49]
Однако и в этом случае наблюдается затухание звука, связанное с различными необратимыми процессами, происходящими в звуковой волне. При колебательных движениях частиц упругой среды между ними возникают силы внутреннего трения ( вязкость), и за счет работы последних часть звуковой энергии непрерывно переходит в тепло. Кроме того, как уже указывалось выше, в звуковой волне в каждый данный момент в соседстве находятся разогретые области сжатия и охлажденные области разрежения. Это в свою очередь связано с уменьшением энергии колебаний, переходящей в тепло. Таким образом, внутреннее трение ( вязкость) и теплопроводность среды приводят к поглощению звуковой энергии и непрерывному уменьшению интенсивности распространяющейся звуковой волны. Если / ( х) есть сила ( поток) звука, прошедшего в поглощающей среде путь х, то при прохождении следующего элементарного слоя ах. [50]
Фиксмен [27-30] недавно попытался проанализировать некоторые детали механизма, посредством которого флуктуации в критических системах могут обусловливать частотную зависимость одной или - более термодинамических величин, существенных для распространения звука. Фиксмен рассматривает главным образом случай критических явлений в растворах, но его выводы могут быть распространены на критические явления в однокомпонентной системе. Он также сделал вывод, что наблюдаемое поведение вероятнее всего обусловливается удельной теплоемкостью. В своей первой работе Фиксмен [27] рассмотрел флуктуации теплоемкости, связанные с флуктуациями плотности или состава. При прохождении звуковых волн через смежные объемы жидкости их температура достигает различных значений; поглощение звуковой энергии, казалось бы, можно объяснить наличием теплового потока в процессе установления температурного равновесия. Однако Фиксмен доказал, что такой процесс приводит к коэффициенту поглощения, который гораздо меньше экспериментального. [51]
Страницы: 1 2 3 4