Ультразвук і його коливання
Швидкість поширення УЗ-вых хвиль в необмеженому середовищі визначається характеристиками пружності і щільністю середовища. У обмежених середовищах на швидкість поширення хвиль впливає наявність і характер меж, що призводить до частотної залежності швидкості (дисперсія швидкості звуку). Зменшення амплітуди і інтенсивності УЗ-вой хвилі у міру її поширення в заданому напрямі, тобто загасання звуку, викликається, як і для хвиль будь-якої частоти, розбіжністю фронту хвилі з видаленням від джерела, розсіянням і поглинанням звуку. На усіх частотах як чутного, так і нечутних діапазонів має місце так зване "класичне" поглинання, викликане сдвиговой| в'язкістю (внутрішнім тертям) середовища. Крім того, існує додаткове (релаксаційне) поглинання, часто істотно перевершуюче "класичне" поглинання.
При значній інтенсивності звукових хвиль з'являються нелінійні ефекти:
- порушується принцип суперпозиції і виникає взаємодія хвиль, що призводить до появи тонів;
- змінюється форма хвилі, її спектр збагачується вищими гармоніками і відповідно росте поглинання;
- досягши деякого порогового значення інтенсивності УЗ в рідині виникає кавітація (див. нижче).
Критерієм застосовності законів лінійної акустики і можливості зневаги нелінійними ефектами є: М (( 1, де М = v/c, v - коливальна швидкість часток в хвилі, з - швидкість поширення хвилі.
Параметр М називається "Число Маха".
Специфічні особливості ультразвука
Хоча фізична природа УЗ і що визначають його поширення основні закони ті ж, що і для звукових хвиль будь-якого діапазону частот, він має ряд специфічних особливостей. Ці особливості обумовлені відносно високими частотами УЗ
Крихта довжини хвилі визначає променевий характер поширення УЗ-вых хвиль. Поблизу випромінювача хвилі поширюються у вигляді пучків, поперечний розмір яких зберігається близьким до розміру випромінювача. Потрапляючи на великі перешкоди такий пучок (УЗ промінь) випробовує віддзеркалення і заломлення. При попаданні променя на малі перешкоди виникає розсіяна хвиля, що дозволяє виявляти в середовищі малі неоднорідності (порядку десятих і сотих доль мм. |). Віддзеркалення і розсіяння УЗ на неоднородностях| середовища дозволяють формувати в оптично непрозорих середовищах звукові зображення предметів, використовуючи звукові фокусуючі системи, подібно до того, як це робиться за допомогою світлових променів.
Фокусування УЗ дозволяє не лише отримувати звукові зображення (системи звукобачення і акустичної голографії), але і концентрувати звукову енергію. За допомогою УЗ-вых фокусуючих систем можна формувати задані характеристики спрямованості випромінювачів і управляти ними.
Періодична зміна показника заломлення світлових хвиль, пов'язана із зміною щільності в УЗ-волне, викликає дифракцію світла на ультразвуку, спостережувану на частотах УЗ діапазону мегагерцевого-гигагерцевого|. УЗ хвилю при цьому можна розглядати як дифракційні грати.
Найважливішим нелінійним ефектом в УЗ-вом поле являється кавітація - виникнення в рідині маси пульсуючих бульбашок, заповнених парою, газом або їх сумішшю. Складний рух бульбашок, їх згортання, злиття один з одним і так далі породжують в рідині імпульси стискування (мікроударні хвилі) і мікропотоки, викликають локальне нагрівання середовища, іонізацію. Ці ефекти чинять вплив на речовину: відбувається руйнування твердих тіл (ерозія кавітації), що знаходяться в рідині, виникає перемішування рідини, ініціюються або прискорюються різні фізичні і хімічні процеси. Змінюючи умови протікання кавітації, можна посилювати