9. Дифракция на препятствии.

Дифракция волн – это отклонение волн от геометрических законов распространения при взаимодействии с препятствиями. Звуковые поля, созданные дифракцией исходной волны на препятствиях, называют рассеянными или дифрагированными волнами.

При дифракции на объемных дефектах, которые удобно имитировать цилиндром (рис. 2.16,а), дифрагированные волны обегают дефект и соскальзывают. Особенно хорошо волны обегания и соскальзывания наблюдаются при падении на дефект поперечной волны П с колебаниями в плоскости рисунка. При диаметре цилиндра порядка длины волны основной тип волны обегания О_s – рэлеевская, волна соскальзывания С – поперечная, распространяется по касательной к поверхности цилиндра. При диаметре цилиндра значительно большем длины волны хорошо заметна также обегающая волна О. Волна соскальзывания С' при этом – также поперечная, распространяется под углом к поверхности, равном третьему критическому '.

П ри дифракции на плоских дефектах (рис. 2.16,б) дифрагированные волны имеют вид расходящихся лучей от каждой точки края или ребра дефекта Д и Д'. Например, такие волны наблюдаются от края трещины.

Д

Рис.2.16.Дифракция волн на объемном (а) и плоском (б) дефекте.

ифрагированные волны складываются между собой и с волнами, образовавшимися в соответствии с геометрическими законами. Происходит сложение волн с учетом их фаз – интерференция. В результате совпадения или несовпадения фаз этих волн возникают максимумы или минимумы суммарного сигнала.

2.10. Интерференция волн.

При проходе в данную точку среды двух волн их действие складывается. Особо важное значение имеет наложение, так называемых, когерентных волн (т.е. волн, разность фаз которых не меняется со временем). В случае когерентности волны имеет место явление, называемое интерференцией: в точках, куда обе волны приходят в фазе, они усиливают друг друга, в точках же, куда они попадают в противофазе, – ослабляют друг друга. В результате получается характерная интерференционная картина.

С

Рис.2.17.Стоячая волна, возникающая в результате интерференции падающей и отраженной от препятствия АА волны: в точке а – узел колебания, в точках b – пучности.

тоячие волны. Собственные колебания. При падении плоской волны на плоское отражающее препятствие возникает отраженная плоская волна. Если при распространении волн в среде и при отражении их от препятствия не происходит потерь энергии, то амплитуды падающей и отраженной волн равны между собой. Отраженная волна интерферирует с падающей волной, в результате чего в тех точках, куда падающая и отраженная волны приходят в противофазе, результирующая амплитуда падает до нуля, т.е. точки все время остаются в покое, образуя неподвижные узлы колебаний, а в тех местах, где фазы волн совпадают, волны усиливают друг друга, образуя пучности колебаний. В результате получается т. н. стоячая волна (рис.2.17). В стоячей волне поток энергии отсутствует: энергия в ней (при условии, что потерь нет) перемещается только в пределах, ограниченных смежным узлом и пучностью. Стоячая волна может существовать также и в ограниченном объеме. В частности, в случае, изображенном на рис. 2.17, слева, на месте ВВ, можно вообразить себе такое же препятствие, что и справа, между двумя стенками будет существовать стоячая волна, если расстояние между ними равно целому числу полуволн. Вообще стоячая волна может существовать в ограниченном объеме лишь в том случае, если длина волны находится в определенном соотношении с размерами объема. Это условие выполняется для ряда частот f₁, f₂, f₃, … , называемыми собственными частотами данного объема.