Глава 3. Физические параметры  звука.

     Колебательная скорость измеряется в м/с или см/с. В энергетическом отношении реальные колебательные системы характеризуются изменением энергии вследствие частичной её затраты на работу против сил трения и излучение в окружающее пространство. В упругой среде колебания постепенно затухают. Для характеристики затухающих колебаний используются коэффициент затухания (S), логарифмический декремент (D) и добротность (Q).

     Коэффициент затухания отражает быстроту убывания амплитуды с течением времени. Если обозначить время, в течение которого амплитуда уменьшается в е = 2,718 раза, через τ, то:

       .

     Уменьшение  амплитуды за один цикл характеризуется  логарифмическим декрементом. Логарифмический  декремент равен отношению периода  колебаний ко времени затухания τ:

     Если  на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания, характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. Напротив, амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и гибкости системы. Такое явление, когда амплитуда колебательной скорости достигает максимального значения, называется механическим резонансом. При этом частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных незатухающих колебаний механической системы.

     При частотах воздействия, значительно  меньших резонансной, внешняя гармоническая  сила уравновешивается практически  только силой упругости. При частотах возбуждения, близких к резонансной, главную роль играют силы трения. При условии, когда частота внешнего воздействия значительно больше резонансной, поведение колебательной системы зависит от силы инерции или массы.

     Свойство  среды проводить акустическую энергию, в том числе и ультразвуковую, характеризуется акустическим сопротивлением. Акустическое сопротивление среды выражается отношением звуковой плотности к объёмной скорости ультразвуковых волн. Удельное акустическое сопротивление среды устанавливается соотношением амплитуды звукового давления в среде к амплитуде колебательной скорости её частиц. Чем больше акустическое сопротивление, тем выше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебания частиц среды. Численно, удельное акустическое сопротивление среды (Z) находится как произведение плотности среды (ρ) на скорость (с) распространения в ней ультразвуковых волн.

     Z = ρc

     Удельное  акустическое сопротивление измеряется в паскаль-секунда на метр (Па·с/м) или дин•с/см³ (СГС); 1 Па·с/м = 10⁻¹ дин • с/см³.

Значение  удельного акустического сопротивления  среды часто выражается в г/с·см², причём 1 г/с·см² = 1 дин•с/см³. Акустическое сопротивление среды определяется поглощением, преломлением и отражением ультразвуковых волн.

     Звуковое или акустическое давление в среде представляет собой разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при наличии звуковых колебаний и статического давления в той же точке при их отсутствии. Иными словами, звуковое давление есть переменное давление в среде, обусловленное акустическими колебаниями. Максимальное значение переменного акустического давления (амплитуда давления) может быть рассчитано через амплитуду колебания частиц:

P = 2πfρcA

где Р — максимальное акустическое давление (амплитуда давления);

f — частота;

с — скорость распространения ультразвука;

ρ — плотность среды;

А — амплитуда колебания частиц среды.

     На  расстоянии в половину длины волны (λ/2) амплитудное значение давления из положительного становится отрицательным, то есть разница давлений в двух точках, отстоящих друг от друга на λ/2 пути распространения волны, равна 2Р.

     Для выражения звукового давления в  единицах СИ используется Паскаль (Па), равный давлению в один ньютон на метр квадратный (Н/м²). Звуковое давление в  системе СГС измеряется в дин/см²; 1 дин/см² = 10⁻¹Па = 10⁻¹Н/м². Наряду с указанными единицами часто пользуются внесистемными единицами давления — атмосфера (атм) и техническая атмосфера (ат), при этом 1 ат = 0,98×10⁶ дин/см² = 0,98×10⁵ Н/м². Иногда применяется единица, называемая баром или микробаром (акустическим баром); 1 бар = 10⁶ дин/см².

     Давление, оказываемое на частицы среды  при распространении волны, является результатом действия упругих и  инерционных сил. Последние вызываются ускорениями, величина которых также растёт в течение периода от нуля до максимума (амплитудное значение ускорения). Кроме того, в течение периода ускорение меняет свой знак.

     Максимальные  значения величин ускорения и  давления, возникающие в среде  при прохождении в ней ультразвуковых волн, для данной частицы не совпадают  во времени. В момент, когда перепад  ускорения достигает своего максимума, перепад давления становится равным нулю. Амплитудное значение ускорения (а) определяется выражением:

     a = ω2A = (2πf)2A

     Если  бегущие ультразвуковые волны наталкиваются  на препятствие, оно испытывает не только переменное давление, но и постоянное. Возникающие при прохождении  ультразвуковых волн участки сгущения и разряжения среды создают добавочные изменения давления в среде по отношению к окружающему её внешнему давлению. Такое добавочное внешнее  давление носит название давления излучения (радиационного давления). Оно служит причиной того, что при переходе ультразвуковых волн через границу  жидкости с воздухом образуются фонтанчики жидкости и происходит отрыв отдельных  капелек от поверхности. Этот механизм нашёл применение в образовании аэрозолей лекарственных веществ. Радиационное давление часто используется при измерении мощности ультразвуковых колебаний в специальных измерителях — ультразвуковых весах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     Человек живет в океане звука, он обменивается информацией с помощью звука, принимает её от окружающих его людей. Поэтому знать главные свойства звука, его подвиды и их внедрение  просто нужно. Внедрение звуковых и  ультра звуковых волн находит все большее применение в жизни человека. Их употребляют в медицине и технике, на их использовании основаны многие приборы, в особенности для исследования морей и океанов. Где из - за мощного поглощения радиоволн звуковые и ультра звуковые колебания есть единственным метод передачи информации.

     Как было сказано выше, человек живет в океане звука и нам также не необходимо забывать и о чистоте этого океана. Сильнейшие шумы опасны для здоровья человека и могут привести к мощным головным болям, расстройству координации движения. Поэтому необходимо с уважением относится к столь сложному и увлекательному явлению, каким есть звук. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы.

1. Зисман  Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики. В 3 т. - М.: Наука, 1995. - 343 с
2. Дущенко В. П., Кучерук И. М. Общественная физика. - К.: Высшая школа, 1995. - 430 с.
3. Шебалин О. Д. Физические базы механики и акустики. - М.: Высшая школа, 1981. - 263 с.
4. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Звук - загл. с экрана