9811

W innych ośrodkach niż powietrze długości fali będą się przedstawiały następująco:

-    Przy rozchodzeniu się infradźwięków o f=2Hz w wodzie długość fali wynosi 470m, zaś ultradźwięków f=20kHz - 74mm, a przy f=2MHz, tylko 0.74mm;

-    Przy rozchodzeniu się w szkle infradźwięków o częstotliwości o częstotliwości f=2Hz A wynosi 2595m, przy f= 20kHz równa się 259cm, a przy f= 2MHz, długość fali osiąga wartość 2,59mm.

Natężenie. Rozprzestrzenianiu się drgań akustycznych towarzyszy przenoszenie odpowiedniej dawki energii akustycznej wzdłuż rozchodzenia się fali. poczynając od źródła drgań. Cząstki ośrodka drgającego znajdują się w ruchu, przekazując sobie wzajemnie energie. I tak np.: płytka kwarcowa drgając w wodzie przekazuje swe drgania drobinom wody przylegającym do jej powierzchni. Te cząsteczki z kolei przekazują energię następnym warstwom itd. Dochodzi wówczas do przekazywania energii w kierunku rozprzestrzeniania się fali do czasu napotkania przeszkody o innym stanie skupienia. Wartości przekazywanej energii odpowiada w akustyce natężenie dźwięku. Określając bliżej chodzi o przekazanie dawki energii na powierzchnie ośrodka znajdującego się w prostopadłym położeniu do kierunku rozchodzenia się fali akustycznej. Jest to równoznaczne stosunkowi mocy do powierzchni, a wartość natężenia wyraża się w W/cmZ

Dla ucha ludzkiego rozpiętość natężeń odbieranych jako wrażenie dźwiękowe jest niezwykle duża, waha się bowiem od wartości progowej do wartości wywołującej uczucie bólu przy stosunku natężeń = 1013.

Wartość progowa natężenia dźwięku o częstotliwości 1000Hz, która staje się słyszalna dla człowieka, wyraża się wielkością 10-16 W/cm2, zaś wartość odpowiadająca pojawieniu się uczucia bólu - 10-3 W/cm2 Operowanie jednak tymi wielkościami dla celów pomiarowych jest jednak dosyć kłopotliwe, z tego względu powszechnie została przyjęta logarytmiczna skala decybelowa (dB). Wedhig niej wartości progowej dla ucha ludzkiego odpowiada lOdB, wartości bólowej zaś 130dB. Wprawdzie najpowszechniej stykamy się z skalą decybelową do opisu poziomu natężenia wrażeń słuchowych wywołanych audioakustycznym zakresem drgań, to jednak w przypadku zakresu infra- lub ultradźwiękowego używa się tej skali też do wyrażania poziomu ich natężenia. Należy podkreślić, że w wielu przypadkach drgań pozasłuchowych istnieje wyraźne przekroczenie wartości 120dB. Dotyczy to jednak nie naturalnych źródeł lecz przede wszystkim urządzeń umyślnie wytwarzających te drgania.

Przy analizie ultradźwięków miarodajną wielkością określającą wywołany efekt jest natężenie , a nie całkowita moc akustyczna źródła. Wiemy, że wartością natężenia dźwięku wy wołującego uczucie bólu jest naiężenie równe 10-3W/cm2, a więc w paśmie ultradźwięków o wysokiej częstotliwości mogą być wytworzone natężenia dochodzące nawet do 1000W/cm2 Wprawdzie w technice ultradźwiękowej najczęściej stosowane są natężenia osiągające wartość od ułamków do kilku W/cm2, to ostatnio uczonym rosyjskim udało się otrzymać w laboratorium, przy odpowiedniej koncentracji fali natężenie rzędu 50000 W/cm2. W wykorzystaniu ultradźwięków stosuje się wg. propozycji Romińskiego podział na trzy zakresy, a mianowicie:

-    Drgania ultradźwiękowe o niskim natężeniu - do 1 W/cm2

-    Drgania ultradźwiękowe o średnim natężeniu - do 10 W/cm2

-    Drgania ultradźwiękowe o dużym natężeniu od 10W/cm2.

Aby zobrazować występujące natężenia ultradźwięków można przytoczyć dla porównania, że natężenie akustyczne odbierane z odległości lOm od strzelającego działa artyleryjskiego wynosi zaledwie 3,2-10-3 W/cm2.

Rozprzestrzenianie się ultradźwięków

Rozchodzenie się fal dźwiękowych podlega podobnym prawom jak rozchodzenie się na.: fal świetlnych. W tej sytuacji może dochodzić do częściowego lub całkowitego odbicia oraz przenikania przez granice ośrodków. Przeszkody napotykane na drodze rozprzestrzeniania się dźwięku mogą doprowadzić do uginania się, czyli jakby opływania przeszkody. Stopień uginania się biegnącej fali akustycznej zależy od długości tej fali i wielkości przedmiotu stanowiącego przeszkodę.

W przypadku rozchodzenia się fali ugięcie nastąpi wówczas, kiedy stosunek h:A<l (h - odpowiada wymiarowi podłużnemu przeszkody, a A - długości fali). W miarę wzrastania wielkości przeszkody lub zmniejszania długości fali, zjawisko uginania fali słabnie. Nie istnieje ono w przypadku natrafienia na przedmioty znacznie większe w porównaniu z długością rozchodzącej się fali. W tej symacji poza daną przeszkodą powstanie cień akustyczny, w którym to obszarze poziom ciśnienia akustycznego jest znacznie słabszy.

Istnieje znaczna różnica zachowania się fali infra- i ultradźwiękowej przy napotkaniu przeszkody. Fala infradźwiękowa charakteryzuje się znaczną długością, a więc może podlegać ugięciu napotykając stosunkowo nawet duże przedmioty i w tej sytuacji trudno jest stwierdzić zjawisko cienia. W miarę wzrostu częstotliwości drgań, kiedy długość fali maleje (co dotyczy szczególnie obszaru ultradźwiękowego) uginanie się staje się coraz mniejsze. O ile jeszcze w zakresie niższych częstotliwości fal ultradźwiękowych występuje jeszcze zjawisko ugięcia, to w przypadku wyższych częstotliwości rozchodzenie się tych fal występuje prawie prostoliniowo, co pozwala na ich skupienie lub rozpraszanie za pomocą soczewek, czy też zwierciadeł akustycznych. Takie zachowanie ultradźwięków o bardzo krótkiej fali pozwala na ich stosowanie podobnie jak innego rodzaju promieniowania, np.: do badania struktury czy techniki sygnalizacyjnej.

Drugim zjawiskiem jest załamywanie się fali, związane z przejściem granicy dwóch ośrodków, np.: powietrza i wody. Jest ono związane z różnymi prędkościami rozchodzenia się drgań i oporów w różnych ośrodkach. Od