机械振动与机械波

3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波在弹性介质中传播的机械纵波，一般统称为声波.可闻声波20~20000Hz次声波低于20Hz超声波高于20000Hz声强：声波的能流密度.3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波0lgIILI贝尔（B）声强级：人们规定声强（即相当于频率为1000Hz的声波能引起听觉的最弱的声强）为测定声强的标准.如某声波的声强为I，则比值的对数，叫做相应于I的声强级LI.2120mW10I0II声强：声波的能流密度.uAI2221能够引起人们听觉的声强范围：0lg10IILI分贝（dB）122210W/m1W/m3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波声源声强W/m2声强级dB响度引起痛觉的声音1120钻岩机或铆钉机10-2100震耳交通繁忙的街道10-570响通常的谈话10-660正常耳语10-1020轻树叶的沙沙声10-1110极轻引起听觉的最弱声音10-120几种声音近似的声强、声强级和响度3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波发射频率s接收频率人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？接收频率——单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数.s?讨论只有波源与观察者相对静止时才相等.3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波单位时间通过的波的个数，R多普勒效应当波源S和接收器R有相对运动时,接收器所测得的频率不等于波源振动频率的现象。•参考系:媒质1.波源和接收器都静止(VS=0,VR=0)sRu波一发出就会脱离波源运动。波速与波源和接收器无关。u即为收到的频率R每隔一周期画一波面，间隔为，u122R··SRVsV•波源振动频率s3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波bAs'sTsvuTsb''vTTuuuTuTs'1'vsvuus'vuu波源向观察者运动观察者接收的频率新周期：2.接收器静止,波源运动(VR=0,VS≠0)sR'sV3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波sRu3.波源静止,接收器运动(VS=0,VR≠0)RV2RRRuuVuVuVuu总收到的频率为RuVuR2远离则Rs变大变小23接近则Rs3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波4.接收器、波源都运动收到的频率为RSR4VuVu靠近运动，取上面符号远离运动，取下面符号注意243.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波若波源与观察者不沿二者连线运动ovsvo'vs'vso'''vvuu3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波当时，所有波前将聚集在一个圆锥面上，波的能量高度集中形成冲击波或激波，如核爆炸、超音速飞行等.usv5）卫星跟踪系统等.1）交通上测量车速；2）医学上用于测量血流速度；3）天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论；4）用于贵重物品、机密室的防盗系统；多普勒效应的应用tsv1P2Put3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波so'vvuu1）Hz5.454Hz50033030330'-解m/s60,0m/s,330sBsAvvu例1A、B为两个汽笛，其频率皆为50Hz，A静止，B以60m/s的速率向右运动.在两个汽笛之间有一观察者O，以30m/s的速度也向右运动.已知空气中的声速为330m/s，求：AOBOvsBv1）观察者听到来自A的频率2）观察者听到来自B的频率3）观察者听到的拍频3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波Hz5.461Hz50060330303303）观察者听到的拍频Hz72）解3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波例2利用多普勒效应监测车速，固定波源发出频率为的超声波，当汽车向波源行驶时，与波源安装在一起的接收器接收到从汽车反射回来的波的频率为.已知空气中的声速为，求车速.kHz100kHz1101ms330u0v解1）车为接收器uu0'v2）车为波源'svuus0vvuu车速1s0hkm8.56uvv3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波•若波源速度超过波速(VSu)☆超音速飞机要冲破声障，并在空气中激起冲击波.sVusin冲击波带··SuVs··27sRsV•若波源速度小于波速(VSu)3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波超声波、次声波*超声波：频率高，波长短，定向传播性好；穿透性好，在液体、固体中传播时，衰减很小，能量高等。定位、测距、探伤、显象，随着激光全息的发展声全息也日益发展，它在地质、医学等领域有重要的意义；由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，清洗机件还可用来处理种子和催化。特点用途超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成分、温度、压力的变化很敏感。利用这些可间接测量其他有关物理量。这种非声量的声测法具有测量精密度高、速度快的优点；3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波超声的物理特性⒈指向性⒉反射、折射、散射和绕射⒊吸收与衰减⒋分辨力与穿透力⒌多普勒效应3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波近场远场DθD声源直径θ扩散角频率高，波长短，呈直线传播1.超声波的指向性3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波2-1.超声波的反射和折射反射1.声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c)△Z＞0.1%即可产生反射2.声阻抗差大，反射强折射两种介质内声速不同可产生折射现象结果：导致入射声束的偏转3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波超声波的入射、反射和折射示意图大界面折射波入射波反射波3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波超声特性超声波入射到比波长大的界面且有一定声阻差时，就会产生反射。如遇两声速不同的介质时可引起传播方向的改变，即为折射。界面：两个介质的分界面声阻差：两个介质声阻抗的差值入射角：声波入射到界面的角度3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波2-2.超声波的散射遇界面远小于波长的微小粒子，超声波将产生散射，人体内的散射源为红细胞和脏器内的细微结构。3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波2-3.超声波的绕射目标大小约为1～2λ或稍小，超声波将绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波⒊超声波的吸收与衰减声衰减定义：是指声能随着传播距离而减弱的现象衰减量=频率×深度频率高，衰减重原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波⒋超声波的分辨力与穿透力频率高，分辨好，穿透差频率低，分辨低，穿透强对应的临床应用：检测浅表器官，采用高频探头检测深部脏器，采用低频探头3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波纵向分辨力(longitudinalresolution)：为区别声束轴线上两个物体的距离，与超声的频率有关。横向分辨力(transverseresolution)：是区分处于与声束轴线垂直平面两个物体的能力，与声束的宽度有关。超声仪的分辨力是指能够分辨有一定间距的界面的能力。3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波探头频率越高，分辨力越高。频率与穿透性(penetrability)呈反比。纵向分辨力(longitudinalresolution)3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波•二,超声波•超声波是频率高于20000Hz的声波,波长极短.•2,特点•能流密度大•方向性好•穿透力强•声纳:定位,测距,探伤,显象•超声波探伤:能在不透明的材料中传播,可以用来检查金属零件内部的缺陷•医学B超:用以探测人体内部的病变•焊接:由于能量大而集中可用来切削,焊接,钻孔,•清洗机件还可用来处理种子和催化.•非声学量的声学测量:超声波的传播速度对于介质的密度,浓度,成分,温度,压力的变化很敏感,利用这些可间接测量其他有关物理量.•空化作用:超声波可以引起液体的疏密变化,使液体时而受压,时而受拉.形成近似真空的小空穴.•超声延时:近来在超声延时方面有新的发展,因为它的波速比电磁波速低.二超声波3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波3.7声波和超声波第三章：机械振动和机械波次声波频率在10－4～20赫芝之间的机械波，人耳听不到。因为大气湍流、火山爆发、地震、陨石落地、雷暴、磁暴等大规模自然活动中，都有次声波产生，因此，它是研究地球、海洋、大气等大规模运动的有力的工具。特点一用途由于它具有衰减极小的特点，具有远距离传播的突出特点。已形成现代声学的一个新的分支—次声学。特点二