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

ЧАСТЬ I. ВОЛНЫ В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
Волны в жидкостях и газах. В жидкостях и газах возможны лишь деформации сжатия и растяжения, поэтому в них могут распространятся только продольные волны. Хотя мы ранее и рассчитывали скорость распространения возмущений в газе, тем не менее вычислим скорость распространения продольных волн с использованием волнового уравнения. Последнее может быть получено из (4.74), в котором следует заменить величиной -5р = Ро р, где р — давление в волне, р — равновесное давление в среде, 5р — возмущение давления. Тогда мы можем записать.Упругие волны в жидкостях и газах, как, впрочем, и в твердых телах, называются акустическими, а раздел физики, который их изучает — акустикой. Частоты этих волн лежат в диапазоне от долей герца (инфразвук) до 10 Гц (гиперзвук). Этим частотам соответствуют длины волн X от десятков километров до нескольких ангстрем. Значения скоростей (фазовых и групповых) для разных сред лежат в диапазоне от долей до десятков км/с. Рассмотренные в этом параграфе оптические методы наблюдения и измерения ультразвуковых волн могут быть применены не только к звуковым волнам в жидкостях и газах, но позволяют также косвенным и прямым путем сделать видимыми звуковые волны в твердых прозрачных.
Все сказанное относительно различных типов волн относится в одинаковой мере как к продольным, так и к поперечным волнам в сплошной среде. Нужно лишь иметь в виду, что поперечные волны могут возникать только в упругих твердых телах. В жидкостях и газах могут возникать только продольные упругие волны. Но на поверхности жидкости или границе двух жидкостей могут возникать волны, по своему характеру близкие к поперечным волнам в упругих телах.
Нефелометрические методы контроля структуры. Нефелометрами называют приборы для измерения концентрации взвешенных частиц в жидкостях и газах. Принцип их действия заключается в регистрации степени ослабления проходящего через объект света в процессе рассеивания на его оптических неоднородностях. Падающий на мутную среду свет частично рассеивается. Интенсивность рассеяния для малых частиц ( 1/ЮХ) в соответствии с законом Рэлея обратно пропорциональна четвертой степени длины волны света. В связи с этим в нефелометрии целесообразно использование коротковолновой области (УФ и синие лучи). Рассеяние света сопровождается его поляризацией. Пространственное распределение рассеянного света имеет симметричный характер относительно направления первичного пучка и перпендикулярного ему направления. В плоскостях, нормальных оси исходного пучка, интенсивность рассеянного света одинакова. Для произвольного направления под углом а к оси первичного пучка интенсивность света равна.
В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны волны акустические бывают различных типов. В жидкостях и газах возникают только продольные волны (табл. 1.4), в которых направления колебаний частиц и волны совпадают. В твердых телах наряду с продольными возникают поперечные волны, в которых движение частиц перпендикулярно распространению волны. Кроме того, вдоль свободной поверхности твердого тела могут распространяться поверхностные волны (Рэлея), частицы в которых движутся по эллипсу в плоскости, перпендикулярной поверхности. В металле эти волны практически затухают на глубине 1,5 X. Скорости распространения перечисленных волн, зависящие от свойств среды, связаны между собой соотношениями.