Акустические колебания

Акустические колебания – это волнообразные механические колебания частиц, распространяющиеся в упругих средах - газообразных, жидких и твёрдых. Образуются такие колебания от воздействия на эти среды какими-либо механическими колебательными системами. Простейшими акустическими колебаниями являются гармонические колебания синусоидальной формы. Они характеризуются: интенсивностью, звуковым давлением, частотой и спектральным составом. Гармонические колебания возникают от воздействия на колебательную систему периодически изменяющейся внешней силы, которая восполняет потери энергии, потраченной на преодоление сил сопротивления среды. Вследствие такого пополнения, вынужденные колебания являются незатухающими. Спектр акустических колебаний включает в себя несколько диапазонов.

Инфразвуковые колебания, с частотой ниже 16 Гц возникают как от естественных, так и искусственных источников колебаний: - цунами, грозовые разряды, землетрясения, взрывы, работающие двигатели, станки, и многие другие источники. Распространяются такие колебания на значительные расстояния, что позволяет использовать их в сейсмических исследованиях.

Слышимый звук, с частотой в диапазоне 16 Гц – 20 кГц – это акустические колебания, воспринимаемые органами слуха. Источником слышимого звука могут быть различные тела, колеблющиеся с такой частотой. В мире человека и животных слышимый звук является одним из основных средств общения.

Ультразвуковые колебания с частотой в диапазоне 20 кГц – 1 ГГц - это акустические колебания за порогом предела слышимости. УЗ колебания по некоторым своим свойствам приближаются к световым лучам, - их также можно фокусировать, формировать излучение и направлять его в нужную сторону; они преломляются при переходе в другую среду и отражаются от препятствий.

до 16  Гц
— инфразвуковые колебания

16  гГц - 20  кГц
— слышимый звук

По другим свойствам они напоминают рентгеновское излучение, т.к. способны проникать в любые материальные среды в т.ч. — прозрачные и непрозрачные; в проводники и диэлектрики. Это позволяет применять ультразвук для исследования таких материалов, а также оказывать на них определённые воздействия.

Генерировать акустические колебания УЗ частоты возможно как чисто механическими колебательными системами (свистки, сирены и пр.), так и преобразователями электрических СВЧ колебаний в механические. В настоящее время применяется только второй метод. Для генерации УЗ колебаний большой мощности излучатель строится на базе сердечника, выполненного из магнитострикционного материала, помещённого в переменное электромагнитное поле соленоида.

Излучатели небольшой мощности строятся на базе пьезоэлектрических материалов, способных менять свои геометрические размеры под действием приложенного к ним переменного напряжения.

Акустические колебания УЗ частоты нашли себе настолько широкое применение во всех сферах человеческой деятельности, что перечислить их все в короткой статье просто невозможно. В качестве иллюстраций можно привести несколько примеров использования ультразвука.

В медицине, кроме УЗИ, в лечебных целях применяется УЗ воздействие с интенсивностью до 0.4 Вт/см2. В промышленности УЗ колебания используются в технологических процессах при обработке стекла, керамики, хрупких и сверхтвёрдых металлов и сплавов. В навигации, гидрографии и рыболовстве широко применяются ультразвуковые гидролокаторы для определения морских глубин, сканирования дна водоёмов, обнаружения косяков рыбы.

На одном из первых мест стоят ультразвуковые дефектоскопы в средствах неразрушающего контроля. Их ценят за высокую чувствительность, большую проникающую способность УЗ излучения, точность определения положения дефекта и его оценку, а также за безопасность персонала при пользовании этими приборами.

20  гГц - 1  ГГц
— ультразвук