Дайте понятие интенсивности и энергии звуковой волны. В чем отличие волновых уравнений для описания бегущих и стоячих волн?
Энергия звуковой волны - это добавочная энергия среды, обусловленная наличием звуковых волн. Энергия звуковой волны единицы объема называется плотностью звуковой энергии Е и равна
(2.7)
где первый член - плотность кинетической энергии Екин., а второй - плотность потенциальной энергии Епот.; с - скорость распространения волны. Для плоской бегущей волны Екин.= Епот., и плотность полной энергии
(2.8)
Плотность энергии в системе СИ измеряется в Дж/м3.
Для гармонической плоской бегущей звуковой волны среднее по времени значение плотности энергии равно
(2.9)
где v0, p0 - амплитуды колебательной скорости и давления.
Средняя
по времени плотность полной звуковой
энергии в стоячей волне равна
Средняя по времени энергия, переносимая звуковой волной через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны, в единицу времени называется интенсивностью звука.
Для плоской синусоидальной бегущей волны интенсивность равна
(2.10)
В стоячей волне I=0, т.е. потока энергии в среднем нет.
Произведение c, входящее в формулу (2.10), получило название акустического сопротивления среды.
В системе СИ интенсивность измеряется в
Какие типы волн могут распространяться в газовых, жидкостных и твердых средах? Какими физическими величинами определяются скорости распространения упругих волн?
В жидкостях и газах, которые не обладают упругостью формы, могут распространяться только продольные волны (растяжения - сжатия).
В твердых телах распространяются все волны, которые только известны.
Колебания частиц происходят в направлении распространения волны, а фазовая скорость распространения волны определяется выражением
(2.18)
где К - модуль всестороннего сжатия.
В неограниченных изотропных твердых телах существует два типа волн: волны расширения или продольные и волны сдвига или поперечные. В сдвиговых волнах движение частиц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом.
Для безграничной cреды скорости распространения этих волн определяются упругими постоянными
(2.19)
(2.10)
В рассматриваемой среде распространение упругих волн имеет пространственный характер и в зависимости от формы фронта волны могут быть плоскими, сферическими и цилиндрическими. Их особенность - независимость фазовой и групповой скоростей от амплитуды и геометрии волны. Схемы сечений волновых поверхностей приведены на рис.2.4
а
)
б)
в)
Рис.2.4.
Отношение
скоростей продольной и поперечной волн
зависит только от значения коэффициента
Пуассона cреды :
например в металлах, где =0,3,
отношение
Продольные и поперечные волны (объемные волны) наиболее широко используются для НК материалов и изделий. Эти волны лучше всего выявляют дефекты при нормальном падении на их поверхность.В ограниченных твердых телах кроме объемных существуют другие типы волн.