Физическая энциклопедия

УПРУГИЕ ВОЛНЫ


упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразной средах, напр. волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звук. и ультразвук. волны в жидкостях, газах и тв. телах. При распространении У. в. в среде возникают механич. деформации сжатия и сдвига, к-рые переносятся волной из одной точки среды в другую. При этом имеет место перенос энергии упругой деформации в отсутствие потока в-ва (исключая особые случаи, напр. акустические течения). Всякая гармонич. У. в. характеризуется амплитудой колебательного смещения частиц среды и его направлением, колебательной скоростью частиц, переменным механич. напряжением и деформацией (к-рые в общем случае явл. тензорными величинами), частотой колебаний ч-ц среды, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны.
В жидкостях и газах, к-рые обладают упругостью объёма, но не обладают упругостью формы, могут распространяться лишь продольные волны разрежения-сжатия, где колебания ч-ц среды происходят в направлении распространения волны. Фазовая скорость их
cl=O(K/r),
где К — модуль всестороннего сжатия, r — плотность среды.
Пример таких У. в.— звук. волны.
В однородной изотропной бесконечно протяжённой тв.среде могут распространяться У. в. только двух типов — продольные и сдвиговые. В продольных движение ч-ц параллельно направлению распространения волны, а деформация представляет собой комбинацию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. В сдвиговых волнах движение ч-ц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация явл. чистым сдвигом. В безграничной среде распространяются продольные и сдвиговые волны трёх типов — плоские, сферические и цилиндрические. Их особенность — независимость фазовой и групповой скоростей от амплитуды и геометрии волны. Фазовая скорость продольных волн в неограниченной тв. среде сl=O((К+4/3G)/r), сдвиговых ct=O(G/r) (G — модуль сдвига). Величины cl и сt для разных сред колеблются в пределах от сотен до неск. тысяч м/с.
На границе тв. полупространства с вакуумом, газом, жидкостью или с др. тв. полупространством могут распространяться упругие поверхностные волны (см. ПОВЕРХНОСТНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ), являющиеся комбинацией неоднородных продольных и сдвиговых волн, амплитуды к-рых экспоненциально убывают при удалении от границы.
В ограниченных тв. телах (пластина, стержень), представляющих собой тв. волноводы акустические, могут распространяться только нормальные волны, каждая из к-рых явл. комбинацией неск. продольных и сдвиговых волн, распространяющихся под острыми углами к оси волновода и удовлетворяющих граничным условиям: отсутствию механич. напряжений на поверхности волновода. Число n норм. волн в пластине или стержне определяется толщиной или диаметром d, частотой w и модулями упругости среды. При увеличении wd число норм. волн возрастает, и при wd®? n®?. Норм. волны характеризуются дисперсией фазовой и групповой скорости (см. ДИСПЕРСИЯ ЗВУКА).
В бесконечной пластине существуют два типа норм. волн — Лэмба волны и сдвиговые волны. Плоская волна Лэмба характеризуется двумя составляющими смещений, одна из к-рых параллельна направлению распространения волны, другая — перпендикулярна граням пластины. В плоской сдвиговой норм. волне смещения параллельны граням пластины и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны. В цилиндрич. стержнях могут распространяться норм. волны трёх типов — продольные, изгибные и крутильные.
В анизотропных средах (кристаллах) св-ва У. в. зависят от типа кристалла и направления распространения. В частности, чисто продольные и чисто сдвиговые волны могут распространяться только в кристаллах определ. симметрии и по определ. направлениям, как правило, совпадающим с направлением кристаллографич. осей. В общем случае в кристалле по любому направлению всегда распространяются три волны с тремя разл. скоростями: одна квазипродольная и две квазипоперечные, в к-рых преобладают соотв. продольные или поперечные смещения (см. КРИСТАЛЛОАКУСТИКА). При распространении У. в. в кристаллах может возникнуть ряд специфич. эффектов, напр. различие в направлениях фазовой и групповой скорости, усиление УЗ за счёт акустоэлектронного взаимодействия, дислокационное поглощение.
В любой упругой среде из-за внутр. трения и теплопроводности распространение У. в. сопровождается её поглощением (см. ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА). Если на пути У. в. имеется к.-л. препятствие (отражающая стенка, вакуумная полость и т. д.), то происходит дифракция волн на этом препятствии. Простейший случай дифракции — отражение и прохождение У. в. на плоской границе двух полупространств.
В У. в. механич. напряжения пропорц. деформациям (см. ГУКА ЗАКОН). Если амплитуда деформации в тв. теле превосходит предел упругости материала, в волне появляются пластич. деформации и её наз. упругопластич. волной. Аналогом таких волн в жидкостях и газах являются волны т. н. конечной амплитуды. Скорость их распространения зависит от величины деформации.
Диапазон частот У. в. простирается от малых долей Гц до 1013 Гц. В последнем случае длины У. в. становятся сравнимыми с параметрами крист. решётки и их можно рассматривать как фононы. Область применения У. в. чрезвычайно широка: низкочастотные У. в. используются в сейсмологии (для регистрации землетрясений) и в сейсморазведке. У. в. килогерцевого диапазона применяются в гидролокации и при исследованиях океана. У. в. ультра- и гиперзвук. диапазона используются в физике для определения разл. параметров твёрдых, жидких и газообразных сред, применяются в акустоэлектронике, в промышленности для технол. и контрольно-измерит. целей, в медицине и др. областях. (см. ГИПЕРЗВУК, УЛЬТРАЗВУК).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1983.

УПРУГИЕ ВОЛНЫ

- упругие возмущения, распространяющиеся в твёрдой, жидкой и газообразных средах, напр, волны, возникающие в земной коре при землетрясениях, звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях, газах и твёрдых телах. При распространении У. в. в среде возникают механич. деформации сжатия и сдвига, к-рые переносятся волной из одной точки среды в другую. При этом имеет место перенос энергии упругой деформации в отсутствие потока вещества (исключая особые случаи, напр.акустические течения).Всякая гармонич. У. в. характеризуется амплитудой колебат. смещения частиц среды и его направлением, колебат. скоростью частиц, перем. механич. напряжением и деформацией (к-рые в общем случае являются тензорными величинами), частотой колебаний частиц среды, длиной волны, фазовой и групповой скоростями, а также законом распределения смещений и напряжений по фронту волны.

В жидкостях и газах, к-рые обладают упругостью объёма, но не обладают упругостью формы, могут распространяться лишь продольные волны разрежения-сжатия, где колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны. Фазовая скорость их гдеК-модуль всестороннего сжатия, р - плотность среды. Пример таких У. в.- звуковые волны.

В однородной изотропной бесконечно протяжённой твёрдой среде могут распространяться У. в. только двух типов - продольные и сдвиговые. В продольных У. в. движение частиц параллельно направлению распространения волны, а деформация представляет собой комбинацию всестороннего сжатия (растяжения) и чистого сдвига. Всдвиговых волнахдвижение частиц перпендикулярно направлению распространения волны, а деформация является чистым сдвигом. В безграничной среде распространяются продольные и сдвиговые волны трёх типов - плоские, сферические и цилиндрические. Их особенность - независимость фазовой и групповой скоростей от амплитуды и геометрии волны. Фазовая скорость продольных волн в неограниченной твёрдой среде сдвиговых волн- (G -модуль сдвига). Величинысiиctдля разных сред колеблются в пределах от сотен до неск. тысяч м/с.

На границе твёрдого полупространства с вакуумом, газом, жидкостью или с др. твёрдым полупространством могут распространяться упругие поверхностные волны (см.Поверхностные акустические волны),являющиеся комбинацией неоднородных продольных и сдвиговых волн, амплитуды к-рых экспоненциально убывают при удалении от границы.

В ограниченных твёрдых телах (пластина, стержень), представляющих собой твёрдыеволноводы акустические,могут распространяться тольконормальные волны,каждая из к-рых является комбинацией неск. продольных и сдвиговых волн, распространяющихся под острыми углами к оси волновода и удовлетворяющих граничным условиям: отсутствию механич. напряжений на поверхности волновода. Числопнормальных волн в пластине или стержне определяется толщиной или диаметромd, частотой w и модулями упругости среды. При увеличении число нормальных волн возрастает, и при . Нормальные волны характеризуются дисперсией фазовой и групповой скоростей.

В бесконечной пластине существуют два типа нормальных волн-Лэмба волныи сдвиговые волны. Плоская волна Лэмба характеризуется двумя составляющими смещений, одна из к-рых параллельна направлению распространения волны, другая-перпендикулярна граням пластины. В плоской сдвиговой нормальной волне смещения параллельны граням пластины и одновременно перпендикулярны направлению распространения волны. В ци-линдрич. стержнях могут распространяться нормальные волны трёх типов - продольные, изгибные, крутильные.

В анизотропных средах (кристаллах) свойства У. в. зависят от типа кристалла и направления распространения. В частности, чисто продольные и чисто сдвиговые волны могут распространяться только в кристаллах определ. симметрии и по определ. направлениям, как правило, совпадающим с направлением кристаллографич. осей. В общем случае в кристалле по любому направлению всегда распространяются три волны с тремя разл. скоростями: одна квазипродольная и две квазипоперечные, в к-рых преобладают соответственно продольные или поперечные смещения (см.Кристаллоакустика).При распространении У. в. в кристаллах может возникнуть ряд специфич. эффектов, напр, различие в направлениях фазовой и групповой скоростей, усиление ультразвука за счёт акустоэлектрон-ного взаимодействия, дислокац. поглощение.

В любой упругой среде из-за внутр. трения и теплопроводности распространение У. в. сопровождается её поглощением (см.Поглощение звука).Если на пути У. в. имеется к.-л. препятствие (отражающая стенка, вакуумная полость и т. д.), то происходит дифракция волн на этом препятствии; простейший случай дифракции - отражение и прохождение У. в. на плоской границе двух полупространств.

В У. в. механич. напряжения пропорц. деформациям (Тука закон).Если амплитуда деформации в твёрдом теле превосходит предел упругости материала, в волне появляются пластич. деформации и её наз.упругопластической волной.Аналогом таких волн в жидкостях и газах являются волны т. н. конечной амплитуды. Скорость их распространения зависит от величины деформации.

Диапазон частот У. в. простирается от малых долей Гц до 1013Гц. В последнем случае длины У. в. становятся сравнимыми с параметрами кристаллич. решётки.

Область применения упругих волн чрезвычайно широка: низкочастотные упругие волны используются в сейсмологии (для регистрации землетрясений), в сейсморазведке. У. в. килогерцевого диапазона применяются в гидролокации и при исследованиях океана. У. в. ультра- и гиперзвукового диапазонов служат в физике для определения разл. параметров твёрдых, жидких и газообразных сред, применяются в акустоэлектронике, в промышленности для тех-нол. и контрольно-измерит. целей, в медицине и др. областях. См. такжеГиперзвук, Ультразвук.

Лит.:Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория упругости, 4 изд., М., 1987; Кольский Г., Волны напряжения в твердых телах, пер. с англ., М., 1955; Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957; Бре-ховских Л. М., Волны в слоистых средах, 2 изд., М., 1973, гл. I; Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966, гл. 1-2, 6; т. 4, ч. А, М., 1969, гл. I; Викторов И. А., Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэм-ба в технике, М., 1966.И. А. Викторов.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.


  1. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ упругие возмущения распространяющиеся в тврдой жидкой и газообразной средах. Напр. волны iвозникающие в земной коре при землетрясениях звуковые и ультразвук...Большая советская энциклопедия
  2. упругие волны—упругие возмущения распространяющиеся в тврдой жидкой и газообразной средах. Например Волныem возникающие в земной коре при землетрясениях звуковые и ультразвуковые волны...Большая Советская энциклопедия II
  3. упругие волны—механич. возмущения деформацииi распространяющиеся в среде края обладает упругостью.i Жидкости и газы обладают объмной упругостью и не обладают упругостью формы. В них мо...Большой энциклопедический политехнический словарь
  4. упругие волны—механические возмущения распространяющиеся в упругойтвердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердыхтел взрывах землетрясениях звук также является ...Большой энциклопедический словарь II
  5. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях звук...Большой энциклопедический словарь III
  6. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях зву...Большой Энциклопедический словарь V
  7. упругие волны—механич. возмущения деформации распространяющиеся в тв. жидкой или газообразной среде. В жидкостях и газах не обладающих упругостью формы могут образовываться только прод...Естествознание. Энциклопедический словарь
  8. упругие волны—Elastic waves Упругие волны. Механические колебания в упругой среде. Источник Металлы и сплавы. Справочник. Под редакцией Ю.П. Солнцева НПО Профессионал НПО Мир и семья ...Словарь металлургических терминов
  9. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях звук...Современная энциклопедия
  10. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях звук...Современный энциклопедический словарь
  11. упругие волны—УПРУГИЕ ВОЛНЫ механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде. Возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях зву...Энциклопедический словарь естествознания
  12. упругие волны—Колебательные движения частиц твердого упругого тела. Физическая возможность упругих волн основана на том что всякое отклонение упругой частицы от своего нормального равн...Энциклопедия Большой научной библиотеки
  13. упругие волны—Упругие волны механические возмущения распространяющиеся в упругой твердой жидкой или газообразной среде возникают при колебаниях твердых тел взрывах землетрясениях. [Т...Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов