Ультразвук

Введение

Ультразвуком принято называть упругие колебания и волны, частоты которых превышают частоты звука, воспринимаемого человеческим ухом. Такое определение сложилось исторически, но эта граница – 20 кГц – является условной, так как есть люди, воспринимающие частоты в 25 кГц, а есть те, которые не слышат звуки с частотами в 10 кГц. Поэтому официально принятая граница ультразвука не 20 кГц, а 11,12 кГц. Это нижняя граница ультразвука, а верхняя его граница обуславливается физической природой упругих волн, которые могут распространятся в среде лишь при условии, что длина волны больше средней длины свободного пробега молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу ультразвуковых волн определяют из приблизительного равенства длины звуковой волны и средней длины пробега молекул газа( ≈ 10‾6), что дает частоту порядка 1 ГГц ( 109 Гц). Расстояние между атомами и молекулами в кристаллической решетке твердого тела примерно равно 10‾10
. Считая, что и длина волны ультразвука такого же порядка величины, получаем частоту 1013 Гц. Упругие волны с частотами более 1 ГГц называют гиперзвуком. Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона или инфразвука, и распространение ультразвука подчиняется законам общим для всех акустических волн. Это законы отражения, преломления, рассеивания и другие. Скорости распространения ультразвуковых волн примерно такие же как и скорости слышимого звука, а поэтому длины ультразвуковых волн значительно меньше. Так, при распространении в воде ( С = 1500м/с) ультразвука с частотой 1 МГц длина волны λ = 1500/106
 = 1,5 ∙ 10‾3 = 1,5мм. Благодаря малой длине волны дифракция ультразвука происходит на объектах меньших размеров, чем для слышимого звука. Поэтому во многих случаях к ультразвуку можно применять законы геометрической оптики и изготавливать ультразвуковые фокусирующие системы: выпуклые и вогнутые зеркала и линзы, которые используют для получения звуковых изображений в системах звукозаписи и акустической голографии. Помимо этого, фокусировка ультразвука позволяет концентрировать звуковую энергию, получая при этом большие интенсивности.

Список использованных источников

1. Й. Крауткрамер, Г. Крауткрамер Ультразвуковой контроль материалов. Справочник. М. «Металлургия», 1991.-752 с.
2. МЕТОДЫ АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ МЕТАЛЛОВ/ Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А. Х. Вопилкин и др.: Под ред. А. П. Алешина. - М.: Машиностроение, 1989. - 456 с.
3. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля, М.: Машиностроение, 1981. - 240 с.
4. Ермолов И.Н. Контроль ультразвуком: Краткий справочник. – М.: НПО ЦНИИТМАШ, 1972. – 86 с.
5. И.Н. Ермолов, М.И. Ермолов Ультразвуковой контроль. Учебник для специалистов первого и второго уровней квалификации. Издание пятое - М.: 2006 – 208 с.
6. Г.С. Горелик Колебания и волны. Введение в акустику, радиофизику и оптику. Государственное издательство физико-математической литературы, Москва 1959–572 с.
7. Алешин Н.П., Горная С.П. Физические основы ультразвуковых методов контроля, - Москва, Машиностроение, 2004. – 60 с.
8. Капранов Б.И., Коротков М.М. Акустические методы контроля и диагностики. Часть 1. Учебное пособие. – Издательство Томского политехнического университета, 2008. – 186 с.