Звук, скорость распространения в материала — Энциклопедия по машиностроению XXL

В общем случае скорость распространения ударной волны с зависит от рода жидкости, материала, диаметра и толщины стенок трубы и может быть определена по формуле [c. Предложены следующие условия подобия 1 на материальные частицы , находящиеся в состоянии волнового движения в сходственных точках колеблющихся масс, действуют одноименные силы одной и той же природы 2 отнощение между всеми действующими одноименными силами в сходственных точках волновых импульсов , рассчитанное на единицу массы тела, одинаково 3 начальные и пограничные кинематические и динамические условия волновых импульсов тождественны и отличаются только масштабом задаваемых длин. Скорость распространения ударной волны будет равна скорости распространения звука в жидкости. Эта зависимость показана в общем виде на рис. Если преобразователь имеет большие размеры, большую ближнюю зону или контролируется материал, отличный от стали по скорости распространения звука , используют образец, подобный СО-2 см. Для облегчения расчетов можно пользоваться значениями модуля упругости воды и материала труб, а также [c. Действительно, закон Гука для хрупких тел справедлив почти до момента начала разрушения.

звук скорость

Энциклопедия по машиностроению XXL

Значительно большая скорость распространения звука в жидкостях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16, а в поперечном в раза выше звукопроводности воздуха.

Это свойство древесины и ее способность резонировать звук используют в производстве музыкальных инструментов. Лучший материал для них — древесина ели, пихты кавказской, кедра сибирского. Теория, связывающая скорость распространения ультразвука в жидкостях с составом и строением молекул последних, отсутствует. Одновременно получили широкое распространение не имеющие теоретического обоснования эмпирические правила, как будто намечающие подобную связь.

Вполне понятно поэтому желание исследователей увеличить экспериментальный материал о распространении звука в жидкостях и таким путём определить границы применимости эмпирически установленных закономерностей и попытаться установить их природу. Это обстоятельство является одной из причин обилия в литературе исследований скорости и поглощения звука в жидкостях. Большую роль при этом играло и то обстоятельство, что ультраакустические измерения методически просты и позволяют определять скорость и затухание звука в жидкостях, взятых в очень небольших количествах.

Указанные измерения возможно производить практически при любых температурах, начиная от температур, близких к абсолютному нулю [—], и кончая критической температурой [4, , , ]. Одним из наиболее распространенных методов измерения коэффициентов поглощения различных звукопоглощающих материалов при нормальном падении звуковых волн является метод акустического интерферометра со стоячими волнами.

Динамический громкоговоритель, помещенный над верхним концом длинной 3-—4 м металлической трубы рис. В том случае, если на другом конце трубы имеется акустически жесткая стенка , звуковые волны полностью отражаются от нее в результате сложения падающих и отраженных волн возникают стоячие волны с узлами, звуковое давление в которых равно нулю.

Если же вместо жесткой стенки , на которую падает звуковая волна , имеется звукопоглощающий материал, который частично поглощает звук, образующиеся в трубе стоячие волны уже не будут иметь резко выраженные узлы минимумы давления то же самое будет иметь место и для амплитуды акустической скорости, с той лишь разницей, что узлу давления будет соответствовать пучность скорости, и наоборот.

Если бы звукопоглощающий [c. Следовательно, диаграмма Р—ф близка по закону зависимости Р—е для материала, разрушающегося в хрупком состоянии. Практически нельзя ожидать случая, чтобы в ЩД усилие сжатия воспринимали одновременно все находящиеся в камере дробления камни и чтобы контакт породы и дробящих щек имел место по всей поверхности последних одновременно.

Можно считать, что усилие Р будет зависеть от степени заполнения т] камеры породой, от рыхлости заряда, от размеров О камней. Можно полагать, что усилие Р дробления нарастает обратно пропорционально скорости а распространения звука в дробимой породе чем больше а, тем больший объем породы участвует в процессе деформирования перпендикулярно плоскости щеки и тем меньше величина относительной деформации 8 породы следовательно, будет меньше и нормальное напряжение а п материале.

Разумеется, именно так следует поступать, рассматривая истинно макроскопические процессы, например распространение звука в океане или прохождение света звезд через атмосферу и радиоволн в ионосфере. Материал рассматривается при этом как непрерывная среда , состав которой определяет локальную плотность , упругость, коэффициент отражения , диэлектрическую проницаемость и т.

Такой подход оправдан, так как здесь мы имеем дело с возмущениями, длина волны которых значительно превышает типичное расстояние между атомами.

С другой стороны, в приложении к тепловым колебаниям или к движению электронов в неупорядоченной конденсированной среде континуальная трактовка редко бывает оправдана.

Тем не менее математическое сходство этих задач с соответствующими задачами макроскопической физики наводит на мысль о том, что небесполезными могут оказаться и модели, в которых флуктуации плотности или вариации локального кристаллического порядка рассматриваются просто как физические причины изменений локального потенциала , плотности, скорости фононов и т.

В течение тепловыделения происходят процессы теплопроводности и акустической разгрузки материала. Динамическая разгрузка в течение времени тепловыделения существенна, если характерные времена тепловой диффузии и распространения акустических волн 1а вдоль пути прохождения теплового импульса длиной Ь много меньше или сравнимы с длительностью теплового импульса о о, о где 1с1 и а с, а X и с — коэффициент температуропроводности и скорость звука , соответственно.

Пластическое разрушение происходит после существенной пластической деформации , протекающей по всему объему тела или его значительной части, и является результатом исчерпания способности материала сопротивляться пластической деформации. Хрупким называется разрушение, происходящее без пластической деформации.

Различают также квазихрупкое разрушение , при котором имеет место некоторая пластическая зона перед краем трещины. Квазихрупкое разрушение происходит в наиболее ослабленном сечении при напряжении выше предела текучести , но ниже предела прочности. При хрупком разрушении скорость распространения трещины составляет 0,2—0,5 скорости звука , т. При пластическом разрушении скорость трещины мала и составляет не более 0,05 скорости звука , а излом имеет йолокнистый вид.

Хрупкое разрушение представляет собой очень быстрое распространение трещины после незначительной пластической деформации или вообще без нее. После начала роста трещины при хрупком поведении материала скорость ее распространения быстро возрастает от нуля до некоторой предельной величины, равной примерно трети скорости распространения звука в материале. В поликристаллических материалах разрушение происходит по плоскостям расщепления кристаллов, в результате чего поверхность разрушения получается зернистой из-за различия ориентации кристаллов и плоскостей их расщепления.

Иногда хрупкое разрушение происходит в основном по границам зерен такое разрушение называется межкристалли-ческим. Он, между прочим, показал, что, как бы ни был мал ударяющий груз, при ударе возникнут остаточные деформации , если только отношение скорости ударяющего груза V к скорости распространения колебаний в стержне скорости распространения звука превосходит относительное удлинение , соответствующее пределу упругости материала.

В самом деле, в момент удара по плоскости соприкасания в стержне возникнут сжимающие напряжения и соответствующее им сжатие будет распространяться со скоростью звука вдоль стержня. Возьмем весьма малый помежуток времени за который можно считать скорость V падающего груза не изменившейся.

За этот промежуток сжатие в стержне распространится на протяжении участка рис. Укорочение этого участка будет равно перемещению падающего груза vt. Следовательно, относительное сжатие в момент удара равно [c. Материал для ее изготовления выбирают так, чтобы скорость распространения звука в этом материале была меньшей, чем в окружающей среде , так же как скорость света в стекле оптической линзы меньше скорости света в окружающем воздухе.

Звуковая линза должна, кроме того, еще удовлетворять и другому требованию звуковые лучи должны проходить через нее с минимальными отражениями па границе. Этим условиям при работе в воде удовлетворяет четыреххлористый углерод , скорость звука в котором составляет м сек, что соответствует показателю преломления для звуковых лучей по отношению к воде 1,5.

Линза из четыреххлористого углерода , конечно, должна быть заключена для сохранения сферической формы в топкую оболочку. Время работы теплозащитных и конструкционных стеклопластиков при одностороннем высокотемпературном нагреве составляет обычно несколько секунд. Звук этого колокола с помощью специального рупора, также опущенного в воду, улавливался на другой лодке, которая находилась на расстоянии 14 км от первой.

По интервалу времени между вспышкой света и приходом звукового сигнала определили скорость звука в воде. На границе между двумя разными средами часть звуковой волны отражается, а часть проходит дальше.

Слуховой аппарат рыб реагирует именно на это. Поэтому, например, крики и шумы над поверхностью воды являются верным способом распугать морских обитателей. Человека же, оказавшегося под водой, эти крики не оглушат: Но если при переходе из воздуха в воду звуковое давление увеличивалось, то теперь оно, наоборот, резко уменьшается.

Именно по этой причине, например, не доходит до человека в воздухе звук, возникающий под водой при ударе одним камнем о другой.

Такое поведение звука на границе между водой и воздухом дало основание нашим предкам считать подводный мир «миром молчания». Отсюда же и выражение: Однако еще Леонардо да Винчи предлагал слушать подводные звуки, приложив ухо к веслу, опущенному в воду. Воспользовавшись таким способом, можно убедиться, что рыбы на самом деле довольно болтливы. Звук в твердых телах. Скорость звука в твердых телах больше, чем в жидкостях и газах. Если вы приложите ухо к рельсу, то после удара по другому концу рельса вы услышите два звука.

Один из них достигнет вашего уха по рельсу, другой — по воздуху. Хорошей проводимостью звука обладает земля. Поэтому в старые времена при осаде в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет. Прикладывая ухо к земле, также следили за приближением вражеской конницы.

Твердые тела хорошо проводят звук. Благодаря этому люди, потерявшие слух, иной раз способны танцевать под музыку, которая доходит до их слуховых нервов не через воздух и наружное ухо, а через пол и кости.

Почему во время грозы мы сначала видим молнию и лишь потом слышим гром? От чего зависит скорость звука в газах? Почему человек, стоящий на берегу реки, не слышит звуков, возникающих под водой?

Почему «слухачами», которые в древние времена следили за земляными работами противника, часто были слепые люди?

Оборудование, материаловедение, механика и …

звук скорость

В общем случае скорость распространения ударной волны с зависит от рода жидкости, материала, диаметра и толщины стенок трубы и может быть определена по формуле [c. Предложены следующие условия подобия 1 на материальные частицы , находящиеся в состоянии волнового движения в сходственных точках колеблющихся масс, действуют одноименные силы одной и той же природы 2 отнощение между всеми действующими одноименными силами в сходственных точках волновых импульсов , рассчитанное на единицу массы тела, одинаково 3 начальные и пограничные кинематические и динамические условия волновых импульсов тождественны и отличаются только масштабом задаваемых длин.

Скорость распространения ударной волны будет равна скорости распространения звука в жидкости. Эта зависимость показана в общем виде на рис. Если преобразователь имеет большие размеры, большую ближнюю зону или контролируется материал, отличный от стали по скорости распространения звука , используют образец, подобный СО-2 см.

Для облегчения расчетов можно пользоваться значениями модуля упругости воды и материала труб, а также [c. Действительно, закон Гука для хрупких тел справедлив почти до момента начала разрушения. Напряжения в твердом теле устанавливаются со скоростью распространения звука , равной, например для стекла, около м сек. При достижении в каком-либо месте предельных для данного материала напряжений возникает трещина. Если волновые сопротивления в связующем и наполнителе отличаются не более чем на Например, при легком постукивании или царапании на одном конце длинного стола шум будет слышим, если приложить ухо к другому концу стола.

Это доказывает, что звуковые волны прошли через материал, из которого изготовлен стол. Однако скорость распространения звуковых волн в различных средах отличается от скорости распространения их в воздухе. Значительно большая скорость распространения звука в жидкостях. Звукопроводность древесины в продольном направлении в 16, а в поперечном в раза выше звукопроводности воздуха. Это свойство древесины и ее способность резонировать звук используют в производстве музыкальных инструментов.

Лучший материал для них — древесина ели, пихты кавказской, кедра сибирского. Теория, связывающая скорость распространения ультразвука в жидкостях с составом и строением молекул последних, отсутствует. Одновременно получили широкое распространение не имеющие теоретического обоснования эмпирические правила, как будто намечающие подобную связь.

Вполне понятно поэтому желание исследователей увеличить экспериментальный материал о распространении звука в жидкостях и таким путём определить границы применимости эмпирически установленных закономерностей и попытаться установить их природу. Это обстоятельство является одной из причин обилия в литературе исследований скорости и поглощения звука в жидкостях. Большую роль при этом играло и то обстоятельство, что ультраакустические измерения методически просты и позволяют определять скорость и затухание звука в жидкостях, взятых в очень небольших количествах.

Указанные измерения возможно производить практически при любых температурах, начиная от температур, близких к абсолютному нулю [—], и кончая критической температурой [4, , , ]. Одним из наиболее распространенных методов измерения коэффициентов поглощения различных звукопоглощающих материалов при нормальном падении звуковых волн является метод акустического интерферометра со стоячими волнами. Динамический громкоговоритель, помещенный над верхним концом длинной 3-—4 м металлической трубы рис.

В том случае, если на другом конце трубы имеется акустически жесткая стенка , звуковые волны полностью отражаются от нее в результате сложения падающих и отраженных волн возникают стоячие волны с узлами, звуковое давление в которых равно нулю. Если же вместо жесткой стенки , на которую падает звуковая волна , имеется звукопоглощающий материал, который частично поглощает звук, образующиеся в трубе стоячие волны уже не будут иметь резко выраженные узлы минимумы давления то же самое будет иметь место и для амплитуды акустической скорости, с той лишь разницей, что узлу давления будет соответствовать пучность скорости, и наоборот.

Если бы звукопоглощающий [c. Следовательно, диаграмма Р—ф близка по закону зависимости Р—е для материала, разрушающегося в хрупком состоянии. Практически нельзя ожидать случая, чтобы в ЩД усилие сжатия воспринимали одновременно все находящиеся в камере дробления камни и чтобы контакт породы и дробящих щек имел место по всей поверхности последних одновременно.

Можно считать, что усилие Р будет зависеть от степени заполнения т] камеры породой, от рыхлости заряда, от размеров О камней. Можно полагать, что усилие Р дробления нарастает обратно пропорционально скорости а распространения звука в дробимой породе чем больше а, тем больший объем породы участвует в процессе деформирования перпендикулярно плоскости щеки и тем меньше величина относительной деформации 8 породы следовательно, будет меньше и нормальное напряжение а п материале.

Разумеется, именно так следует поступать, рассматривая истинно макроскопические процессы, например распространение звука в океане или прохождение света звезд через атмосферу и радиоволн в ионосфере. Материал рассматривается при этом как непрерывная среда , состав которой определяет локальную плотность , упругость, коэффициент отражения , диэлектрическую проницаемость и т.

Такой подход оправдан, так как здесь мы имеем дело с возмущениями, длина волны которых значительно превышает типичное расстояние между атомами. С другой стороны, в приложении к тепловым колебаниям или к движению электронов в неупорядоченной конденсированной среде континуальная трактовка редко бывает оправдана.

Тем не менее математическое сходство этих задач с соответствующими задачами макроскопической физики наводит на мысль о том, что небесполезными могут оказаться и модели, в которых флуктуации плотности или вариации локального кристаллического порядка рассматриваются просто как физические причины изменений локального потенциала , плотности, скорости фононов и т.

В течение тепловыделения происходят процессы теплопроводности и акустической разгрузки материала. Динамическая разгрузка в течение времени тепловыделения существенна, если характерные времена тепловой диффузии и распространения акустических волн 1а вдоль пути прохождения теплового импульса длиной Ь много меньше или сравнимы с длительностью теплового импульса о о, о где 1с1 и а с, а X и с — коэффициент температуропроводности и скорость звука , соответственно.

Пластическое разрушение происходит после существенной пластической деформации , протекающей по всему объему тела или его значительной части, и является результатом исчерпания способности материала сопротивляться пластической деформации.

Хрупким называется разрушение, происходящее без пластической деформации. Различают также квазихрупкое разрушение , при котором имеет место некоторая пластическая зона перед краем трещины. Квазихрупкое разрушение происходит в наиболее ослабленном сечении при напряжении выше предела текучести , но ниже предела прочности. При хрупком разрушении скорость распространения трещины составляет 0,2—0,5 скорости звука , т.

При пластическом разрушении скорость трещины мала и составляет не более 0,05 скорости звука , а излом имеет йолокнистый вид.

Хрупкое разрушение представляет собой очень быстрое распространение трещины после незначительной пластической деформации или вообще без нее. После начала роста трещины при хрупком поведении материала скорость ее распространения быстро возрастает от нуля до некоторой предельной величины, равной примерно трети скорости распространения звука в материале.

В поликристаллических материалах разрушение происходит по плоскостям расщепления кристаллов, в результате чего поверхность разрушения получается зернистой из-за различия ориентации кристаллов и плоскостей их расщепления. Иногда хрупкое разрушение происходит в основном по границам зерен такое разрушение называется межкристалли-ческим.

Он, между прочим, показал, что, как бы ни был мал ударяющий груз, при ударе возникнут остаточные деформации , если только отношение скорости ударяющего груза V к скорости распространения колебаний в стержне скорости распространения звука превосходит относительное удлинение , соответствующее пределу упругости материала. В самом деле, в момент удара по плоскости соприкасания в стержне возникнут сжимающие напряжения и соответствующее им сжатие будет распространяться со скоростью звука вдоль стержня.

Возьмем весьма малый помежуток времени за который можно считать скорость V падающего груза не изменившейся. За этот промежуток сжатие в стержне распространится на протяжении участка рис. Укорочение этого участка будет равно перемещению падающего груза vt. Следовательно, относительное сжатие в момент удара равно [c.

Материал для ее изготовления выбирают так, чтобы скорость распространения звука в этом материале была меньшей, чем в окружающей среде , так же как скорость света в стекле оптической линзы меньше скорости света в окружающем воздухе. Звуковая линза должна, кроме того, еще удовлетворять и другому требованию звуковые лучи должны проходить через нее с минимальными отражениями па границе. Этим условиям при работе в воде удовлетворяет четыреххлористый углерод , скорость звука в котором составляет м сек, что соответствует показателю преломления для звуковых лучей по отношению к воде 1,5.

Линза из четыреххлористого углерода , конечно, должна быть заключена для сохранения сферической формы в топкую оболочку. Время работы теплозащитных и конструкционных стеклопластиков при одностороннем высокотемпературном нагреве составляет обычно несколько секунд. На рис.

Металлический стержень свободно вставляется в трубку той же самой длины, но сделанную из другого материала их концы соединены одинаковыми твердыми дисками , симметрично установленными на концах. В качестве источника звука использовался кварцевый стержень , ориентированный согласно фиг. Если приклеить такой излучатель к одной из граней клинообразного образца из исследуемого материала и погрузить последний в жидкость, скорость звука в которой известна, то направление оси прошедшего через образец сконцентрированного цучка звуковых волн позволит найти скорость распространения продольной волны в твердом материале фиг.

Снабжая стержни тонкостенной оболочкой из магпи-тострикционного материала, можно изготовить излучатели из любых веществ, даже из изоляторов. Величина П. В металлах, подвергнутых предварит, механич. Во многих тв. Самое малое П. В металлах и полупроводниках П. В полупроводниках это вз-ствие может приводить к отрицат.

Акустоэлектронное взаимодействие. С ростом темп-ры П. Наличие неоднородностей в [c. При падении звуковой волны на границу между двумя материалами с разными скоростями звука или импедансами кроме случая нормального падения , при отражении и преломлении один вид волны может трансформиро ваться в другой.

В целом при прохождении через реальные материалы возникают сложные процессы распространения звуко вых волн, [c. Скорость фронта волны разгрузки выше гидродинамической и характеризует скорость звука в сжатом материале. Амплитуда упругой части волны разгрузки оРгг определяет сопротивление материала пластическому течению в соответствии с зависимостью [c. Поскольку вводимые в образец импульсы являются высокочастотными 1— МГц , длина волны существенно меньше поперечных геометрических размеров образца, что можно рассматривать как случай свободного распространения волн в полубесконечной среде случай нормальной дифракции.

Это позволяет достаточно точно рассчитывать поправки на создающееся в образце дифракционное поле плоского излучателя , причем эти поправки не зависят от упругих свойств изотропного материала.

Для введения з образец звукового импульса используют обычно кварцевый преобразователь который приклеивают в случае работы на о т р а ж е-н и е к одному из плоскопараллельных торцов образца, а в случае работы на прохождение импульса — к обоим торцам. Радиоимпульс от генератора, работаю1цего на основной частоте преобразователя, возбуждает в пьезопреобразователе упругую волну , передающуюся в образец. С помощью пьезопреобразователя в образце можно возбуждать продольную и поперечную волны.

Таким образом, для обеспечения постоянства режима обработки объекта с переменной длиной, необходимо выбрать длину волноводной системы, равную приблизительно 3 — 8Я, где 18,5 см длина волны в медном волноводе. Применение волновода такой длины является особенностью импульсного метода [c. Даже самый однородный материал состоит из атомов, поэтому его свойства существенно неоднородны, если его рассматривать в достаточно малом объеме.

И, напротив, материал, состоящий из существенно различных структурных элеметтов, может быть в высшей степени однородным в большом объеме. Если бы выбор характерного размера был совершенно произволен, т 9 термин Однородность ёыл бы бесполезным. В конкретных ситуациях всегда имеется некоторый размер, лежащий в основе масштаба измерений. В случае распространения упругих волн таким размером является длина волны. Среда однородна , если средние свойства элементарных объемов не зависят от их расположения.

Элементарный объем определяется как наибольший объем, линейные размеры которого малы ло сравнению с самой короткой длиной волны в ее спектре. Зти критерии использовались многими исследователями, занимавшимися изучением распространения звука в гетерогенных средах.

Ниже мы будем рассматривать слоистые твердые тела , зернистые среды, трещиноватые породы и жидкие суспензии с целью показать, как для таких материалов могут быть получены упругие модули и скорости. Такой подход применим также для Структур с другой геометрией, например, к волокнистым твердым телам или тонким концентрическим цилиндрам.

звук скорость

скорость распространения звуковых волн в среде. В газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях меньше, чем в твердых телах ( причём. Это запаздывание возникает из-за того, что скорость звука в воздухе значительно меньше скорости света, идущего от молнии. Для распространения звука необходима упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться. В этом. Пользователь Валера Божанов задал вопрос в категории Общество и получил на него 10 ответов.

Видеобзор: Звук в различных средах — Гипермаркет знаний

Звук в различных средах Для распространения звука необходима упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут, так как там нечему колебаться. В этом можно убедиться на простом опыте. Если поместить под стеклянный колокол электрический звонок, то по мере выкачивания из-под колокола воздуха мы обнаружим, что звук от звонка будет становиться все слабее и слабее, пока не прекратится совсем.

Оцените статью