Главная Общая акустика - создание упругих волн



общая акустика

В современной акустике, наряду с традиционными областями - музыкальной и архитектурной акустикой, электроакустикой, теорией дифрации звука и т.д., быстро развиваются новые направления: биоакустика, гидроакустика, учение о гиперзвуке, ультразвуковая технология и многие и многие другие. Разнообразие явлений, с которыми приходится встречаться во всех этих областях акустики, очень велико; несмотря на это, в их основе лежат закономерности, общие для любых упругих волн. Поэтому возможен единый подход к изучению поведения упругих волн, как бы ни различались изучаемые явления. Такого подхода требует не только развитие акустики как науки, но и педагогические цели.

В связи с этим в предлагаемом пособии сделана попытка осуществить подобный подход: наука о звуке трактуется как своеобразная механика упругих волн, в которой изучается поведение волн как самостоятельных объектов, в отличие от обычной механики, занимающейся поведением материальных тел.

Автор стремился изложить общие закономерности поведения упругих волн в различных типичных ситуациях, предложить точки зрения, позволяющие единообразно рассматривать разнородные акустические явления, выяснить внутренние связи между ними. Большое внимание уделялось физическому рассмотрению изучаемых явлений и законов.

Автор пытался использовать преимущества единого подхода для освещения возможно большего числа вопросов, в том числе таких, которые до сих пор разбирались только в специальной литературе. При этом он Стремился обойтись без сколько-нибудь сложного математического аппарата, полагая, что это способствует созданию «акустической интуиции», необходимой для работников в области акустики и далеко не совпадающей, а зачастую даже противоречащей «механической интуиции», укоренившейся в нас в силу повседневного опыта обращения с предметами и в результате изучения механики материальных тел. По мнению автора, «акустическая интуиция» окажется полезной и при изучении других «волновых наук».



Изложение ведется в основном на материале плоских и сферических волн: с ними чаще всего приходится встречаться и в теоретических исследованиях, и в прикладных вопросах.

Несмотря на то, что в книге нет подробного разбора отдельных конкретных задач, взятых из каких-либо определенных областей акустики, автор предполагает, что книга может служить первичным теоретическим фундаментом для всех этих областей. Ряд типичных акустических ситуаций рассмотрен детально, вплоть до получения окончательных формул; это должно облегчить непосредственное использование книги при решении прикладных задач.

Книга рассчитана на студентов старших курсов, аспирантов и научных работников, а также на лиц, занимающихся прикладными вопросами акустики. В основу книги положен курс общей акустики, читаемый автором в Московском физико-техническим институте. . Считаю своим долгом принести глубокую благодарность за ряд ценных советов и замечаний рецензентам - профессорам А. Н. БархатовуиВ. А. Звереву и чл.-корр. АН СССР С. М. Ры-тову, а также другим лицам, знакомившимся с книгой во время ее подготовки, в особенности Ю. Л. Газаряну и Б. С. Отарову.

Автор



ГЛАВА I

УПРУГИЕ ВОЛНЫ

§ 1. Распространение упругих волн

В первой главе мы выделим задачи механики, которыми занимается акустика, напомним и углубим основные представления акустики как учения об упругих волнах и приведем характерные примеры распространения упругих волн.

Существование упругих волн вытекает из законов Ньютона. Удар по торцу тонкого длинного стержня сжимает слой, прилегающий к торцу, и сообщает ему скорость. Возникшие силы упругости ускоряют следующий слой и деформируют его. Упругие силы, возникшие при деформации второго слоя, остановят первый слой, а второй слой приобретет скорость. В результате окажется, что первый слой остановился и вернулся в недеформированное состояние, а второй начал двигаться и сжался. Так движение и деформация будут передаваться от слоя к слою, - по стержню побежит упругая волна, которая будет переносить исходное возмущение вдоль,по стержню практически без изменения.

Во всех других случаях распространения упругих волн в любых средах - твердых, жидких и газообразных - основные черты картины те же, что мы описали для стержня: частицы среды в волне приобретают скорость, деформируются и в них возникают упругие напряжения, которые и передают вг»лну дальше по телу.

Заметим, что из приведенной наглядной картины еще не следует существование упругих волн, пока мы не подкрепили качественные рассуждения фактическим обращением к законам Ньютона (мы выполним это в § 8). Действительно, подобное описание можно было бы повторить и для «теплового удара» - кратковременного прикладывания нагретого тела к торцу. Первоначально нагреется торцевой слой, затем он нагреет смежный слой, а сам при этом охладится, и т. д. Однако, как можно показать, тепловой волны, переносящей нагретое состояние вдоль стержня, не возникает: нагревание расплывается по начальному участку стержня. Передача тепла описывается совсем другими законами, чем передача механического возмущения.

При распространении волны следует различать два совершенно разных явления: движение частиц среды в волне и перемещение самой упругой волны по среде. Первое явление - это движение



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163


0.0225