Что можно сказать о скорости распространение волны?

Распространение ультразвука - это некий процесс, а именно процесс перемещения, как в пространстве, так и во времени возмущений, вызванных механическим колебанием, которые имеют место в звуковой волне.

Ультразвуковая волна, как и звуковая, может распространяться в разных средах. Среди этих сред выделяют: газообразные, жидкие и твердые. Соответственно при распространении ультразвуковая волна вызывает так называемое деформирование среды распространение за счет смещения частиц вещества распространения. Сама же деформация среды может заключаться только в том что происходит последовательное сжатие и разряжение некоторых определенных объемов среды. Расстояние между двумя такими соседними областями соответствует длине волны ультразвука. Так же можно сказать, что степень сжатия и разряжения не постоянна, так как она зависит от величины удельного сопротивления среды.

Частицы, которые принимают участие в передачи энергии волны ультразвука, колеблются вблизи своих состояний равновесий. Таким образом, скорость, с которой эти частицы колеблются вблизи этих состояний, названа колебательной скоростью.

Эта скорость изменяется в соответствии с уравнением:

V = U sin (2pft + G) - Уравнение изменения колебательной скорости ультразвуковой волны

где

V - сама собственно колебательная скорость (ее значение) ;

U - амплитуда, или как еще ее называют величина отклонения от состояния равновесия;

f - частота ультразвуковой волны;

t - время, затраченное на период колебания;

G - разность фаз между колебательной скоростью частиц и переменным акустическим давлением.

Так же существует такое понятие как амплитуда колебательной скорости. Эта амплитуда характеризует максимальную скорость, с которой частицы среды распространения двигаются в процессе передачи энергии волной. Так же эта амплитуда определяется следующим соотношением:

U = 2pfA,

где

А - амплитуда, с которой частицы смещаются при отклонении от состояния равновесия.

Кроме этого существует так же скорость распространения волны в среде. Если говорить о тканях человека как среде распространения ультразвуковой волны нужно учитывать, что скорость такого распространения конечна. Это связано с тем что скорость распространения ультразвуковой волны во многом зависит от плотности среды и ее упругих свойств. Если же говорить о каких то однородных средах распространения, то здесь все проще так как в твердых и жидких средах ультразвук распространяется быстрее чем в газообразных средах. Это связано в первую очередь с длина волны ультразвука, которая весьма мала. Таким образом скорость распространения в воздухе, который является хорошим и универсальным примеров газообразной среды, равна примерно 330 м/с, в то время как в воде эта скорость уже равна 1482 м/с. Хочу заметить что скорость распространения так же зависит от температуры среды распространения. Так в горячих телах такая скорость меньше чем в холодных, но это справедливо лишь для жидкостей, с газами все наоборот. В свою очередь для твердых тел эта цифра равна около 4000 м/с.

В случае если у нас неоднородные тела либо не стандартные среды распространения тогда нужно использовать формулы для расчеты скорости распространения.

Итак скорость звука для газообразных сред:

С=sqrt (y * ((r*t) / u))

Где

Sqrt - квадратный корень

Y - среднее давление в среде

R - универсальная газовая постоянная

T - абсолютная температура

U - молекулярный вес газа

Эта формула годится лишь для идеальных газов.

Для жидких тел формула расчета примет совсем другой вид:

С = sqrt (y / (b*ro))

Где

Sqrt - квадратный корень

Y - среднее давление в среде

b - адиабатическая сжимаемость

ro - плотность среды

Для твердых тел существует две формулы для расчета скорости распространения ультразвуковой волны, для продольной волны и для сдвиговой, и они имеют вид:

С = sqrt ((K+0.75G) / ro) - для продольной волны

C = sqrt (G/ro) - для сдвиговой волны

Где

Sqrt - квадратный корень

К - модуль объёмного сжатия

G - модуль сдвига

Ro - плотность среды