|
Волна – это возмущение, распространяющееся с конечной скоростью в пространстве и несущее с собой энергию. Суть волнового движения состоит в переносе энергии без переноса вещества. Любое возмущение связано с каким-то направлением (вектор электрического поля в электромагнитной волне, направление колебаний частиц при звуковых волнах, градиент концентрации, градиент потенциала и т.д.). По взаимоположению вектора возмущения и вектора скорости волны, волны подразделяются на продольные (направление вектора возмущения совпадает с направлением вектора скорости) и поперечные (вектор возмущения перпендикулярен вектору скорости). В жидкостях и газах возможны только продольные волны, в твердых телах – и продольные и поперечные.
Волна несет с собой и потенциальную и кинетическую энергию. Скорость волны, т.е. скорость распространения возмущения, зависит как от вида волны, так и от характеристик среды, например, от прочности бетона при затвердевании. Измеряя скорость распространения ультразвука можно определить, какую прочность набрал бетон в процессе выпаривания.
В Японии предложено пропускать ультразвук через стальные изделия перпендикулярно тем поверхностям, расстояние между которыми нужно измерить. Стальные изделия помещались в остную ванну, которая просвечивалась ультразвуковыми импульсами. Измерив время, необходимое для прохождения импульса от каждого вибратора, определяли внешние размеры изделия.
При наличии дисперсии волн (см. ниже) понятие скорости волны становится не однозначным; приходится различать фазовую скорость (скорость распространения определенной фазы волны) и групповую скорость, являющуюся скорость переноса энергии, что усложняет различные измерительные работы с помощью различного вида колебаний. В случае же когерентного колебания фазовая скорость может нести информацию о свойствах среды.
Стоячие волны. При наличии каких-либо неоднородностей в среде имеют место явления преломления и отражения волн. Если возбуждаемые в среде волны отражаются от каких-то границ (препятствий), то при определенном сдвиге фаз в результате наложения прямой и отраженной волны может возникнуть стоячая волна с характерным расположением максимумов возмущения (узлов и пучностей). При наличии стоячей волны переноса энергии через углы нет, и в каждом участке между двумя узлами наблюдается лишь взаимопревращение кинетической и потенциальной энергии.
Эффект Доплера-Физо. Если регистрировать колебания в точке, расположенной на каком-либо расстоянии от источника колебаний и неподвижной относительно него, то частота регистрируемых колебаний будет равна частоте колебаний источника. Если же источник и приемник приближаются друг к другу, то частота регистрируемых колебаний будет выше частоты колебаний источника. При взаимном удалении приемника и источника приемник будет регистрировать понижение частоты колебаний. При этом изменение частоты зависит от скорости взаимного движения источника и приемника. Этот эффект был впервые открыт Доплером в акустике, позже его независимо открыл Физо и рассмотрел его в случае световых колебаний.
На основе этого эффекта создан прибор для измерения скорости супертанкеров при швартовых операциях, длина волны использована малая (микроволновый сигнал). Очевидно, подобный прибор может быть использован и в других областях техники.
Эффект Доплера – явление, заключающееся в изменении частоты колебаний ш или длины волны X, воспринимаемой наблюдателем, при движении источника колебаний и наблюдателя относительно друг друга. Названный эффект обнаружил австриец К. Доплер в 1842 г. При удалении источника от наблюдателя принимаемая частота уменьшается, при сближении с наблюдателем - увеличивается.
Может наблюдаться продольный эффект Доплера, когда источник движется прямо от наблюдателя или от него, и изменение частоты максимально. Возможен также поперечный эффект, связанный с замедлением времени и скоростей.
Эффект Доплера обладает свойством асимметрии, то есть величина эффекта связана от величины и направления скорости как источника, так и приемника относительно среды, в которой распространяются волны (исключение - электромагнитные волны в вакууме, когда D = с).
Разновидностью эффекта является двойной эффект Доплера -смещение частоты волн при отражении их от движущихся тел, так как отражающий объект рассматривается сначала как приемник, затем как переизлучатель волн.
Применение: прибор для измерения скорости движущихся целей [3].
Do'stlaringiz bilan baham: |
