Амплитуда, интенсивность и энергия плоских волн. Вектор Умова. Упругие волны в газах и жидкостях

ТЕМА: Амплитуда, интенсивность и энергия плоских волн. Вектор Умова. Упругие волны в газах и жидкостях.
ПЛАН:
1. Амплитуда, интенсивность и энергия плоских волн.
2. Вектор Умова.
3.Упругие волны в газах и жидкостях.
ВВЕДЕНИЕ
Волновые процессы играют огромную роль в природе. Звук, свет, упругие волны в жидкости или в твердом теле – все это примеры волн. Несмотря на существующее разнообразие, волновые процессы описываются математическими уравнениями, имеющими одинаковый вид, и демонстрируют похожие свойства вне зависимости от того, какова природа этих процессов. Наиболее наглядными являются механические волны, которые каждый из нас наблюдал на поверхности воды. Их изучение позволяет ввести такие характеристики, как скорость и длина волны, волновое число или волновой вектор. Менее очевидна природа звука, который представляет собой волны давления с небольшой амплитудой. Еще труднее понять, почему свет иногда демонстрирует свойства, аналогичные таковым для волн другой природы, – дифракцию, интерференцию, поляризацию. С развитием физики стало понятно, что единообразие волновых процессов объясняется тем, что описывающие эти процессы волновые уравнения имеют одинаковый вид. Несмотря на одинаковый математический вид окончательного волнового уравнения, исходные соотношения, из которых оно получается, различны для звука, света, упругих волн и определяют специфические свойства одних волн по сравнению с другими. В этом разделе общей физики мы рассмотрим закономерности, связанные с распространением волн в упругой среде и распространением в пространстве электромагнитных волн.
1. Амплитуда, интенсивность и энергия плоских волн.
Волны в жидкостях и газах.Амплитуда акустических волн в жидкостях и газах характеризуется одним из следующих параметров. В У. в. механич. напряжения пропорц. деформациям (Гука закон). Если амплитуда деформации в твёрдом теле превосходит предел упругости материала, в волне появляются пластич. деформации и её наз. упругопластической волной. Аналогом таких волн в жидкостях и газах являются волны т. н. конечной амплитуды. Скорость их распространения зависит от величины деформации.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ — дефектоскопия, объединяющая методы неразрушающего контроля, основанные на применении упругих колебаний ультразвукового (более 20 кгц) и звукового диапазона частот. Методы У. д., использующие преимущественно звуковые частоты, обычно называют акустическими методами (см. Акустическая дефектоскопия). У. д. применяется для выявления внутренних и поверхностных дефектов в деформированных полуфабрикатах, слитках и готовых деталях несложной конфигурации, изготовленных из металлич. и не-металлич. материалов. Используется также для измерения толщин при доступе к изделию с одной стороны. Методы У. д. основаны на влиянии дефекта на условия распространения и отражения упругих волн или режим колебаний изделия. Упругие волны способны распространяться в материалах на значительные расстояния. В твердом теле могут существовать продольные, поперечные (сдвиговые), поверхностные, нормальные (свободные, волны Лэмба), стержневые и др. волны. В жидкостях и газах распространяются только продольные волны. Тейлор, Лайтхилл, Бэтчелор. Я рад, что мне довелось соприкоснуться с творчеством этих самых крупных механиков XX века, а с двумя последними пообщаться непосредственно, хотя и недолго. Как и с нашими выдающимися соотечественниками в той же области науки -М.А. Лаврентьевым, Л.И. Седовым, Х.А. Рахматулиным. Их научные интересы во многом не совпадали, но все же в чем-то пересекались. Это, например, теория волн в жидкости и газе (Лаврентьев, Лайтхилл, Рахматулин), теория обтекания недеформируемых проницаемых поверхностей и равновесия парашюта (Тейлор, Рахматулин). В основу теории распространения упругих волн в жидкостях и газах положены уравнения состояния жидкости, уравнения движения Эйлера, уравнение непрерывности для плотности жидкости и уравнение, выражающее закон сохранения энергии, — всего шесть уравнений относительно давления р, плотности р, скорости v и температуры Т. Все перечисленные величины характеризуют свойства и состояние движения жидкости в том смысле, что они являются численными выражениями свойств элемента объема А У вещества, настолько малого по своим линейным размерам, что в пределах этого объема они не зависят от изменения координат точек пространства, ограниченного этим объемом.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
Продольные волны. Остановимся прежде всего на тех чертах волнового движения, которые сходны как для твёрдых тел, так и для газов и жидкостей, а затем перейдём к существенно отличным процессам, присущим лишь твёрдым телам. В твёрдых телах, как и в жидкостях, могут распространяться продольные упругие волны, в которых движение частиц совершается в направлении движения волны. Механизм образования упругой продольной волны в твёрдом теле ничем не отличается от механизма образования упругой или звуковой волны в жидкости и газе. В газе или жидкости упругая волна возникает благодаря упругости среды и инерции её частиц, так же обстоит дело и при образовании упругой волны в твёрдом теле.
ВОЛНЫ в жидкостях и ГАЗАХ