Многие из Вас, будучи на рыбалке или отдыхая возле водоемов, бросали в воду камешки или веточки. От места падения бросаемых предметов расходились круги. Таким образом, вы возбуждали волну на поверхности воды (рис.2.1)
Рис.2.1 Волна на поверхности жидкости и ее параметры.
Волны на поверхности воды имеют холмики и впадины. Расстояние между двумя соседними холмиками (или впадинами) называется длиной волны, измеряемой в единицах длины, например, сантиметрах. Обычно длина волны обозначается буквой l. Расстояние между уровнем спокойной воды и низом впадины или верхом холмика называют амплитудой волны и обозначают буквой А. Вы, наверняка, обратили внимание, что А имеет максимальное значение в месте падения камешка и по мере удаления от места падения становится все меньше и меньше. Это явление называется затуханием волны. Вы также обратили внимание, что волна от места падения расходится в разные стороны с какой-то скоростью. Скорость волны С зависит от физических свойств воды (плотность и коэффициент сжатия), по поверхности которой она распространяется. Если с помощью секундомера измерить сколько раз в секунду будет колебаться поверхность воды, то мы получим величину, называемую частотой f колебаний данной волны. Единица измерения частоты названа Герц (Гц) и имеет размерность с-1. Длина волны, ее скорость и частота связаны между собой соотношением
(2.1)
Люди условно разделили акустические волны по возможности восприятия их ухом человека. Волны с частотой до 20000 Гц названы звуковыми волнами. А волны с частотами свыше 20 килогерц (кГц) названы ультразвуковыми.
Если человек нырнет и над ним похлопать по поверхности воды, то он услышит под водой хлопки, т.е. звук. Следовательно, при воздействии на поверхность воды камнем, ладошкой или иным образом, в ее объеме также возбуждается и распространяется звук. Этот звук распространяется в воде как поочередное механическое сжатие и разрежение объема в направлении распространения. В воздухе также распространяется звук в виде поочередных сжатий и разрежений его объема. Благодаря этому мы можем разговаривать друг с другом. Волны, распространяющиеся как поочередное сжатие и разрежение объема материала, называются продольными. Они могут существовать не только в жидкостях и газах.
Если ударить по куску металла, то в нем также возбудится звуковая волна. Все хорошо знают, как звенят бокалы после цоканья друг с другом. Причем пустой бокал звенит дольше. Т. е. затухание звука небольшое. Если бокал с трещиной, то звук в нем затухает быстрее. В магазинах постукиванием проверяют целостность посуды. Следовательно, затухание звука в материале характеризует его качество. Затухание волны с расстоянием определяют коэффициентом затухания d. Амплитуда A звука на расстоянии r с учетом затухания описывается формулой
(2.2)
где A0 - амплитуда звука, полученная в момент возбуждения.
Коэффициент затухания выражается в неперах на м (Нп/м) и имеет размерность м-1. Часто его представляют в децибелах на м (дБ/м). При этом 1 Нп/м = 8,686 дБ/м, а 1 дБ/м = 0,1151 Нп/м. В акустике единицу измерения дБ используют для оценки одной величины относительно другой в логарифмическом масштабе. Принято использовать следующее выражение
(2.3)
где j0 и j интенсивности акустической волны в начальный момент возбуждения и измеренное значение соответственно.
