مبانی آکوستیک

تراگسیل موج

بخش پنجم

بازتاب از سطح جامد؛ تا بش مایل.

روش ساده ای برای بحث درباره بازتاب موج از ستاح جامد در تابش مایل یافته نشده است. در اثر اختلافهای موجود در تخلخل وساختمان داخلی مواد مختلف جنس موج ترا گسیل تغییرات وسیع می کند، و این تغییرات بر موج بازتاب اثر می گذارد. از جمله می توان حالتهای زیر را در چگونگی تغییر موج ترا گسیل نام برد: (1) ممکن است موجهای ترا گسیل تنها در امتداد عمود بر سطح، انتشار یابند و بستگی به زاوية تا بش موج نداشته باشند. (۲) ممکن است موجهای ترا گسیل در جامد، از روش شکست موج تخت در ورود به شارۂ دوم که شرح آن در 6.6 گذشت پیروی کنند. (۳) ممکن است موجهای ترا گسیل در جامد به دو موج تقسیم شوند. یکی موجهای حجمی طولی در يك امتداد، و دیگری موجهای عرضی برشی در امتداد دیگر و با سرعت کمتر.

نوع اول شکست موج برای سطوحی روی می دهد که دارای «واکنش عمودی» یا واکنش محلی» هستند. سطوح جامدات ناایزوتروپ مثال خوبی برای ایجاد این نوع شکست هستند، که در آنها موجهایی که موازی سطح منتشر می شوند سرعتشان بسیار کمتر از موجهایی است که عمود بر سطح منتشر می گردند. این خاصیت در جامدهایی پدیدار می شود که دارای ساختمان مشبك و لانه زنبوری باشند، چنانکه در آنها سرعت موجهای تراکمی در شاره موجود در لوله های مويين که عمود بر سطح قرار گرفته اند، به مراتب بیشتر از سرعت موجها در امتداد موازی سطح، یعنی عمود بر امتداد لوله ها، می باشد. همچنین از این نوع شکست می توان در جامد ایزوتروپی که در آن سرعت انتشار موج طولی نسبت به سرعت انتشار

موج در شانه مجاور آن بسیار کمتر باشد، مشاهده کرد. در این حالت چون است، بنا بر قانون اسنل (معادلة 6.53)  است و در نتیجه امتداد موج تراگسيل به عمود بر سطح تابش نزدیك می شود. بسیاری از مواد جاذب صوت که در ساختمانها به کار می روند از قبیل سفالهای آکوستیکی، تخته های متخلخل و غیره، دارای همین خاصیت اند.

چون در اینگونه سطوح امتداد انتشار موجهای تراگسيل به خط عمود بر سطح نزديك است، می توان فرض کر دکه نسبت فشار آکوستیکی وارد به آن به سرعت عمودی شاره در برخورد به سطح، بستگی به امتداد تا بش ندارد. در نتیجه بحث در شکست موج با به کار بردن امپدانس عمودی ویژه  که با معادله ی 6.12 معرفی گردید آسانتر می شود. شرط پیوستگی امپدانس آکوستیکی ویژه در سطح (شکل 6.5) با عبارت زیر بیان می شود

هر گاه به جای و  به مقادیرشان را بر حسب فشار برابر  و  در معادله بالا قرار دهیم و  و را از معادله های 6.49 و 6.50 در آن به کار بر یم رابطه زیر بدست می آید

و اگر آن را بر حسب  حل کنیم

این معادله شبیه معادله 6.14 است که در آن به جای   جمله به کار رفته است. نتیجه آنکه در حالت عمومی  و  را می توان از معادله هایی که برای این ضريبها در 6.3 به دست آمد با گذاردن به جای ، محاسبه کرد و بدین صورت خلاصه می شوند

و ضریب توان صوتی تراگسيل (یا جذب) چنین می شود.

در بسیاری از موارد است، یعنی مؤلفه مقاومی امپدانس عمودی ویژه بزرگتر از امپدانس مشخص شارۂ مجاور آن است. و در نتیجه با افزایش زاویه ی می توان مقداری از آن را به دست آورد که در رابطه صادق باشد. در این حالت ضریب بازتاب به مینیمم مقدار خود نزدیک می شود، به خصوص اگر  صفر شود به ازای  برابر صفر و برابر واحد می گردد. برای مقدارهای زیاد  ، یعنی وقتی که زاویه تا پیش به حالت تابش مماسي نزديك شود ( ) به واحد نزدیک می شود.

در شكل 6.6 منحنی های تغییرات ضریب بازتاب بر حسب زاوية تابش ، برای مقادیر مشخص از و . نموده شده است

نوع دوم شکست و بازتاب همراه آن در انتشار موج از شاره به جامد، در موردی است که رفتار جامد در برابر موج مانند شاره باشد، و به نام نوع ریلی معروف است که در 6.6 شرح آن گذشت و بازتاب موج آب دریا در برخورد به ماسه یا لجن کف دریا مثال خوبی از این نوع است. چه در حقیقت ماسه و لجن اشباع شده بیشتر مانند يك شاره عمل می کنند

 و مانند جامد قابلیت انتقال موجهای برشی را ندارد. با تقریب اول، معادله 6.57 را برای محاسبه ضریب بازتاب می توان به کار برد. در این معادله،  جرم چگالی ماسه یا لجن و سرعت انتشار موج تضعیف شده در آن است. مقادیر اندازه گیری شده برای ماسه ولجن از تا و مقدار در آن از   تا  تغییر می کند، که در آن چگالی آب دریا و سرعت انتشار موج تخت در آن است. با به کار بردن معادله های بند 6.6 روشن می شود که در تابش تماسی با در تابش با زاویه ای بیش از زاویه بحرانی ، که بارا بطه   مشخص می شود ، بازتاب صددرصد است. اگر زاویه تابش از زاویه بحرانی رو به کاهش رود ضریب بازتاب نزول می کند و به ازای  سست و به مقدار خود در تابش عمودی می رسد. یادآوری کنیم که اگر  باشد به ازای زاویه دخول ضریب بازتاب صفر می شود

و تمام انرژی تابش به محیط دوم وارد می گردد. در شكل 6.7 منحنی های تغييرات  بر حسب زاوية تابش  برای بعضی از مقدارهای نسبی  برای بعضی از مقدار های نسبی  و مربوط به آب دريا و ماسه یا  لجن نمایش داده شده است. باید دانست که موجهای تراگسیل در کف دریا از جنس موجهای تضعیف شده هستند؛ شبیه موجهایی که در فصل 9 شرح آن خواهد آمد. با در نظر گرفتن این کیفیت می توان معادله ای شبیه معادله 6.57 به دست آورد که پیشبینی نتایج را دقیقتر روشن سازد.

نوع سوم بازتاب موجهای تخت، در موردی است که موج از شاره ای به سطح يك جامد سخت الاستيك برخورد کند.

دیدگاهتان را بنویسید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. زمینه وب سایت اختیاری است.

دیدگاهپیغام شما
نامنام شما
ایمیلایمیل
وب سایتوب سایت