Основы физики ультразвука, учебное пособие, Шутилов В.А., 1980

Основы физики ультразвука, учебное пособие, Шутилов В.А., 1980.
Предлагаемая книга посвящена распространению ультразвуковых волн в жидкостях, газах и твердых телах, рассматриваемых как сплошные среды с разными характеристиками упругости. В ней систематизированы вопросы, имеющие непосредственное отношение к специфике ультразвука: возможности генерирования направленных пучков плоских волн, высокой интенсивности ультразвукового излучения и т. д. В связи с этим основное внимание в книге уделено различным аспектам распространения плоских волн: их общим характеристикам, затуханию, рассеянию на неоднородностях, отражению, преломлению, прохождению через слои, интерференции, дифракции, анализу нелинейных явлений, пондеромоторных сил, краевых и других эффектов в ограниченных пучках. Рассматриваются также сферические волны, которые формируются при пульсационных колебаниях сферических тел, в дальней зоне излучателей малых размеров, в ультразвуковых фокусирующих системах.

Большинство из этих вопросов обсуждается применительно к продольным волнам для сред, обладающих объемной упругостью, а для других типов волн, в частности для сдвиговых воли в жидкостях и твердых телах, дополнительно рассматриваются те вопросы, которые составляют их специфику. К ним относятся граничные и нелинейные эффекты в твердых телах, трансформация волн, их дисперсия, поверхностные волны, соотношения между скоростями звука и модулями упругости в кристаллах, в том числе в пьезоэлектриках.
Настоящее учебное пособие предназначено студентам старших курсов и аспирантам физических факультетов университетов и институтов, а также будет полезно научным и научно-техническим работникам, специализирующимся в различных областях ультраакустики.
Тензор напряжений.
В недеформированном теле все его части находятся в механическом равновесии друг с другом. Это значит, что если выделить внутри тела какой-нибудь объем, то равнодействующая всех сил, действующих на этот объем со стороны других частей тела, равна нулю. При деформировании же тело выводится из состояния равновесия, в результате чего в нем возникают упругие силы, обусловленные межмолекулярным взаимодействием.
Радиус действия молекулярных сил имеет величину порядка расстояния между молекулами, поэтому в теории упру гости сплошной среды он должен считаться равным нулю. Таким образом, возникающие при деформации внутренние силы действуют на выделенный объем тела со стороны окружающих его частей только непосредственно через поверхность этого объема, т. е. являются поверхностными силами, которые мы в дальнейшем и будем рассматривать, отвлекаясь от объемных сил типа силы тяжести. Поверхностные силы пропорциональны площади поверхности, на которой они действуют. Сила, отнесенная к единице площади, называется механическим  
напряжением.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Основные обозначения
Глава I Основные уравнении теории упругости
§ 1. Описание равновесного и деформированного состоянии тела
§ 2. Тензор напряжений
§ 3. Уравнение движения
§ 4. Связи между деформацией и напряжением. Обобщенный закон Гука
§ 5. Энергия упругой деформации
§ 6. Простейшие деформации и связь между различными модулями упругости
Глава II Распространение ультразвуковых волн в жидкостях и газах
§ 1. Акустические характеристики идеальной жидкости
§ 2. Уравнения гидродинамики
§ 3. Уравнение состояния для жидкостей и газов
§ 4. Волновое уравнение
§ 5. Плоские волны
§ 6, Скорость звука
Глава III Плоские синусоидальные волны бесконечно малой амплитуды
§ 1. Уравнения плоской монохроматической волны
§ 2. Основные линейные соотношения между физическими величинами, изменяющимися в ультразвуковой волне
Волновое сопротивление и акустический импеданс
§ 3. Энергетические характеристики ультразвукового поля. Интенсивность ультразвука
Численные примеры. Логарифмическая шкала интенсивностей и амплитуд
§ 4. Поглощение монохроматических ультразвуковых волн
§ 5. Сдвиговые полны в жидкостях. Вязкие потери на границах ультразвуковых пучков
Глава IV Плоские волны конечной амплитуды
§ 1. Опенка нелинейных членов уравнений гидродинамики
§ 2. Тонкое решение системы нелинейных уравнений гидродинамики для недессинативной среды
§ 3. Скорость распространения волны конечной амплитуды
Нелинейные характеристики среды
§ 4. Соотношения между акустическими параметрами во втором приближении
§ 5. Искажение формы волны конечной амплитуды в процессе распространения
§ 6. Спектральный анализ волны конечной амплитуды
§ 7. Интенсивность искаженных ультразвуковых волн конечной амплитуды
§ 8. Поглощение плоских волн конечной амплитуды
Глава V Постоянные силы, возникающие в ультразвуковом поле
§ 1. Давление излучения
§ 2. Силы радиационного давления, действующие на препятствия
§ 3. Постоянные силы, действующие в ультразвуковом поле на взвешенные частицы
§ 4. Ультразвуковой ветер
Глава VI Ультразвуковая кавитация
§ 1. Прочность жидкости на разрыв
§ 2. Кавитанционная прочность жидкости
§ 3. Захлопывание кавитанционной полости
§ 4. Динамика кавитанционной полости в ультразвуковой волне
§ 5. Акустические свойства кавитирующей жидкости
Глава VII Отражение, преломление и рассеяние ультразвуковых волн
§ 1. Прохождение и отражение плоских волн при нормальном паленин на границу раздела двух сред
§ 2. Стоячие плоские волны
§ 3. Интерференция встречных ваш при нормальной отражении поглощающей среде
§ 4. Отражение и преломление плоской волны при наклонном падении на плоскую границу раздела двух сред
§ 5. Интерференция плоских волн при наклонном падении
Квазистоячие волны
§ 6. Рассеяние ультразвуковых волн в неоднородной среде
Глава VIII Прохождение плоских воли через слои
Электроакустические аналогии. Излучение плоских волн
§ 1. Прохождение плоских ультразвуковых волн через плоскопараллельный слой
§ 2. «Просветляющие» (согласующие) слой
§ 3. Собственные акустические колебания пластин
§ 4. Метод электроакустических аналогий
§ 5. Колебательные системы бел затухания
§ 6. Собственные колебания электрической, механической и акустической колебательных систем с затуханием
§ 7. Вынужденные колебания. Резонанс
§ 8. Излучение плоских волн. Поле реального плоского получателя ультразвука
Глава IX Сферические волны
§ 1. Волновое уравнение для сферических волн
§ 2. Монохроматические сферические волны
§ 3. Интенсивность сферической волны
§ 4. Излучение сферических волн пульсирующей сферой
Глава X Распространение ультразвука в изотропном твердом теле
§ 1. Волновод уравнение для безграничного твердого тела
§ 2. Отражение, преломление и трансформация ультразвуковых волн на границах твердых тел
§ 3 Коэффициент отражения на границе твердого тела при наклонном падении волны
§ 4. Поверхностные волны Рэлея
§ 5. Волны Лява
§ 6. Геометрическая дисперсия звука в стержнях
§ 7. Нелинейная упругость и начала нелинейной акустики твердых тел
Глава XI Распространение ультразвука в кристаллах
§ 1. Общие акустические уравнения для кристаллов
§ 2. Связь между модулями упругости и скоростями распространения ультразвука в кристаллах
§ 3. Кубические кристаллы
§ 4. Кристаллы более низкой симметрии
§ 5. Влияние пьезоэлектрического эффекта на упругие свойства кристаллов
Указатель литературы
Предметный указатель