2020-05-11
302Консультации ПН 13:00-16:00, ЧТ 9:00-12:00 по номеру телефона
+7(937) 964-29-83
Акустические колебания
Упругие колебания частиц среды вблизи положения равновесия называют акустическими колебаниями. Механизм колебаний определяется двумя основными физическими свойствами вещества: упругостью и инерцией.
Под упругостью понимают способность тел восстанавливать после прекращения воздействия первоначальную форму или объем. Инерция – способность тел сохранять свою скорость в отсутствии внешних сил.
Зависимость смещения частиц среды от времени (рис. 1.1) при непрерывных колебаниях описывается периодической функцией времени. Периодом T называют минимальный интервал времени между одинаковыми положениями частицы. Период – это время одного колебания, измеряется в секундах (с), миллисекундах (мс), микросекундах (мкс).
Рис. 1.1 - Зависимость смещения частиц от времени, непрерывные колебания
Для целей ультразвукового контроля практическую значимость имеют импульсные колебания (рис. 1.2). В отличие от непрерывных, импульсные колебания (рис. 1.2) ограничены во времени, имеют начало и конец. Под импульсом понимают часть сигнала, амплитуда колебаний которого превышает установленный порог. Изменение амплитуды колебаний описывается огибающей.
|
|
|
Рис. 1.2 - Зависимость смещения частиц от времени (импульсные колебания)
Акустические волны
Процесс распространения акустических колебаний (рис. 1.3) в объекте контроля называют акустической волной. В процессе распространения волны происходит перенос энергии колебаний из одной точки среды в другую.
Рис. 1.3 – Распространение акустических колебаний
Механизм распространения волн иллюстрирует рисунок 1.4. Колебания в разных точках среды синхронизированы, например, в точках А и Б колебания смещены относительно друг друга на половину периода. Когда в точке А частица смещена вниз, в точке Б частица смещена вверх и наоборот. Стрелками на рисунке 1.4 показаны смещения частиц среды в процессе распространения волны вправо.
Рис. 1.4 – Распространение акустических колебаний
Скорость распространения волны определяется как путь проходимый волной за единицу времени (секунду). Скорость объемных волн (продольного, поперечного, поверхностного типа) зависит только от упругости и плотности среды, типа волны:
где E – модуль упругости, Па; ρ – плотность среды, кг/м3.
Необходимо отметить, что для целей ультразвукового контроля считают скорость распространения объемных и поверхностных волн независимой от частоты, амплитуды и направления распространения волны.
Частота волны (колебаний)
|
|
|
В ультразвуковом контроле наибольшее распространение получила величина обратно пропорциональная периоду – частота:
Частота – это число колебаний совершаемой частицей среды за единицу времени.
Единицы измерения частоты: Гц, кГц, МГц приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Единицы измерения частоты
| Частота | Число колебаний в секунду | |
| Обозначение | Наименование | |
| 1 Гц | герц | 1 |
| 1 кГц | килогерц | 1000 |
| 1 МГц | мегагерц | 1 000 000 |
Частота колебаний определяет характер взаимодействия акустических колебаний с веществом (Рис. 1.5). Высокочастотные колебания с частотой больше 10 МГц испытывают сильное затухание и не проникают в объект контроля на значительную глубину. Низкочастотные колебания с частотой меньше 1 МГц испытывают дифракцию, огибают дефекты с размерами меньше длины волны. Поэтому наибольшее распространение в акустическом контроле получили ультразвуковые колебания с частотой от 0,4 МГц до 10 МГц.
Рис. 1.5 – Классификация акустических волн по частоте
Длина волны
Акустические волны являются периодическими в пространстве, при этом пространственный период волны называют длиной волны. Длина волны – это минимальное расстояние между частицами среды, которые колеблются в одной фазе (одновременно, синхронно) (рисунок 1.4), обозначается символом λ и измеряется в м, мм.
От длины волны зависят параметры взаимодействия волны с неоднородностями среды (несплошностями, структурой материала). Волна слабо взаимодействует («огибает») с дефектами, размеры которых значительно меньше длины волны. Длина волны зависит от частоты и скорости распространения волны:
Звуковые волны
Задание #1
Вопрос:
Какие колебания называются ультразвуковыми?
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) Механические колебания с частотой выше 20 Гц
2) Механические колебания, частоты которых лежат в пределах от 20 до 20000 Гц
3) Механические колебания, частоты которых выше 20000 Гц
Задание #2
Вопрос:
Поперечные упругие волны возможны:
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) Только в жидкостях
2) В газах, твердых телах и жидкостях
3) Только в газах
4) Только в твердых телах
Задание #3
Вопрос:
В каких направлениях совершаются колебания в продольной волне?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) Во всех направлениях
2) Только вдоль направления распространения волны
3) Только перпендикулярно распространению волны
4) По направлению распространения волны и перпендикулярно этому направлению
Задание #4
Вопрос:
Какова единица измерения громкости звука?
Выберите один из 5 вариантов ответа:
1) децибел
2) фон
3) бел
4) герц
5) сон
Задание #5
Вопрос:
Свойства продольных волн.
Выберите несколько из 8 вариантов ответа:
1) Волны представляют собой деформацию сдвига
2) Эти волны могут распространяться только в газах
3) Эти волны могут распространяться в газах, жидкостях, твердых телах
4) Эти волны могут распространяться только в твердых телах
5) Продольные волны представляют собой чередующиеся разрежения и сжатия.
6) Частицы среды при колебаниях смещаются перпендикулярно направления распространения волны
7) Частицы среды при колебаниях смещаются вдоль направления распространения волны
8) Скорость волны равна произведению длины волны на частоту волны
Задание #6
Вопрос:
Что совершает колебания в звуковой волне?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) Частицы среды, в которой распространяется звук
2) Частота волны
|
|
|
3) Частицы воздуха
4) Период волны
Задание #7
Вопрос:
Происходит ли перенос энергии и вещества при распространении волны?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) энергии - нет, вещества - да
2) энергии и вещества - да
3) энергии и вещества - нет
4) энергии - да, вещества - нет
Задание #8
Вопрос:
В каких направлениях совершаются колебания в поперечной волне?
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) Во всех направлениях.
2) Только по направлению распространения волны
3) Только перпендикулярно распространению волны.
Задание #9
Вопрос:
Могут ли звуковые волны распространяться в безвоздушном пространстве?
Выберите один из 3 вариантов ответа:
1) Могут, например, звук выстрела в безвоздушном пространстве
2) Могут, если звуковые волны поперечные
3) Не могут: звуковые волны распространяются только в веществе
Задание #10
Вопрос:
От чего зависит скорость звука в воздухе?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) От температуры
2) От высоты звука
3) От скорости движения источника звука
4) От громкости звука
Ответы:
1. Верные ответы: 3;
2. Верные ответы: 4;
3. Верные ответы: 2;
4. Верные ответы: 5;
5. Верные ответы: 3; 5; 7; 8;
6. Верные ответы: 1;
7. Верные ответы: 4;
8. Верные ответы: 3;
9. Верные ответы: 3;
10. Верные ответы: 1;
