Длины волн и частоты некоторых видов колебаний

 

Виды волн и колебаний	Длина волны, м	Частота колебаний, Гц
Световые волны:
Инфракрасное излучение	5 · 10^–4...8 · 10^–7	6 · 10^11... 3,75 · 10^14
Видимый свет	8 · 10^–7... 4 · 10^–7	3,75 · 10^14... 7,5 · 10^14
Ультрафиолетовое излучение	4 · 10^–7... 1 · 10^-9	7,5 · 10^14... 3 · 10^17
Рентгеновское излучение:
Рентгеновский спектр	2 · 10^–9... 6 · 10^–12	1,5 · 10^17... 5 · 10^19
Гамма-излучение:
Гамма-лучи	< 6 · 10^–12	> 5 · 10^19
Радиоизлучение:
Радиоволны	1 · 10^3... 1 ·10^–4	3 · 10^5... 3 · 10^12
Акустические волны (20^ºС):
Звук в воздухе	(17 – 17,1) · 10 ^–3	(16 – 20) · 10^3
Звук в воде	(72,5 – 7,3) · 10 ^–2	(16 – 20) · 10^3
Звук в стали	(250 – 25) · 10 ^–2	(16 – 20) · 10^3
Ультразвук	< 1,7 · 10^–2	> 20 · 10^3
Инфразвук	> 10	< 16
Вибрационные процессы:
Вибрации в конструкциях	–	1 · 10^–2... 1 · 10 ^6
Удары в конструкциях	–	Одиночные, многократные и комплексные
Акустический шум	–	1 · 10^–2... 1 · 10 ^6

Краткая характеристика вибраций

В конструкциях

Вибрации в машиностроительных конструкциях делят на детерминированные (причинно обусловленные) вибрации и недетерминированные (случайные) вибрационные процессы. Причинно обусловленные процессы в свою очередь делятся на периодические и непериодические колебания.

Периодические вибрации как колебательные процессы представляют собой суммарный спектр гармонических колебаний с взаимозависимыми частотами. Форма кривых изменения параметра такого вибрационного процесса во времени наиболее часто может описываться гармонической или полигармонической функцией на основе метода преобразования Фурье, который и приводит к рассмотрению вибрационного процесса как суммарного спектра гармоник.

Непериодические вибрации условно делят на почти периодические и переходные. При рассмотрении почти периодических вибраций в отличие от периодических наибольший технический интерес представляют действующие и предельные (пиковые) значения отдельных параметров колебаний и их форма. Их частотный спектр несоизмерим с частотным спектром полигармонического вибрационного процесса.

Переходные непериодические вибрационные процессы по форме графика и частотно-амплитудному составу многочисленны и разнообразны. Они имеют непрерывный частотный спектр в отличие от дискретного спектра гармонических и полигармонических вибрационных процессов.

Случайные вибрационные процессы делят на стационарные и нестационарные. Как правило, рассматриваются и измеряются стационарные вибрационные процессы на основе теории вероятности и математической статистики. Случайные нестационарные вибрационные процессы заключают в себе значительную сложность для их изучения и измерения.

К измеряемым параметрам периодических линейных вибраций относят перемещение точки, скорость точки, ускорение точки, резкость, силу и мощность колебания. К измеряемым параметрам угловой вибрации относят угол поворота, угловую скорость, угловое ускорение, угловую резкость, момент сил. Общими параметрами разных видов вибраций являются фаза колебания, частота колебаний и коэффициент нелинейных искажений колебаний.

Первую производную линейного перемещения во времени называют скоростью V = ds (t)/ dt; вторую производную – ускорением α = d ² s(t)/dt ²; третью производную – резкостью u = d ³ s(t)/dt ³.

При исследованиях и измерениях вибраций конструкций применяют понятие механического импеданса, который приравнивают к отношению возбуждающей силы к параметру вибрации (). Применяют также величину обратную механическому импедансу. Здесь – скорость; –ускорение; – перемещение точки конструкции.

 

Характеристика акустических

колебаний (шума)

При измерении акустических колебаний применяют те же энергетические единицы, как при измерении вибраций. Основные величины, которые используют при измерениях, – это звуковое давление, интенсивность, или мощность, звука и коэффициент направленности. Звуковое давление определяют по формуле

P = ,

где p – мгновенное значение звукового давления; T – время интегрирования.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па). Самое высокое давление, не вызывающее болевых ощущений составляет приблизительно 10 кПа, а самое слабое пороговое звуковое давление, воспринимаемое человеком с нормальным слухом при частоте 1000 Гц, принято равным 20 мкПа. Энергия, переносимая волной за 1 с через единицу поверхности, называется интенсивностью звука, которая определяется по формуле I = W/tS, где W – звуковая энергия, Дж; t – время, с; S – площадь, м².

На практике используют понятие уровня акустической мощности, или уровня мощности звука (УМЗ). Данный уровень мощности определяется по формуле

УМЗ = lg = 20 lg + 10 lg ,

где W – определяемая акустическая мощность машины, Вт; W ₀ – опорная акустическая мощность; p_m – среднее измеренное звуковое давление; p ₀ – нижнее пороговое звуковое давление (20 мкПа); S ₀ – площадь, м² (1 м²).

Таким образом, для измерений существенными являются не абсолютные значения интенсивности звука и звукового давления, а их отношения к некоторым принятым величинам: к опорной акустической мощности и к нижнему пороговому значению звукового давления. Для перевода отношений звукового давления и отношений акустической мощности в число единиц измерения энергетических параметров звука используют специальные таблицы. Энергетической единицей измерения параметров звуковых колебаний является децибел, т.е. десятая часть бела. Бел – это логарифм отношения интенсивностей звука или звукового давления, равный единице.

При акустических измерениях учитывают коэффициент направленности звука, определяемый по формуле

K _н = 20 lg – 20 lg + 3.

Здесь p_i – звуковое давление в i -м направлении; p_m – среднее измеренное звуковое давление; p ₀ = 20 мкПа. Этот параметр измеряют из-за неравномерности распространения звука от его источника по различным направлениям.