АКУСТИ́ЧЕСКИЕ ВО́ЛНЫ

АКУСТИ́ЧЕСКИЕ ВО́ЛНЫ (зву­ко­вые вол­ны), воз­му­ще­ния уп­ру­гой ма­те­ри­аль­ной сре­ды (га­зо­об­раз­ной, жид­кой или твёр­дой), рас­про­стра­няю­щие­ся в про­стран­ст­ве. Воз­му­ще­ния­ми яв­ля­ют­ся ло­каль­ные от­кло­не­ния плот­но­сти и дав­ле­ния в сре­де от рав­но­вес­ных зна­че­ний, сме­ще­ния час­тиц сре­ды от по­ло­же­ния рав­но­ве­сия. Эти из­ме­не­ния со­стоя­ния сре­ды, пе­ре­даю­щие­ся от од­них час­тиц ве­ще­ст­ва к дру­гим, ха­рак­те­ри­зу­ют зву­ко­вое по­ле. В А. в. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пе­ре­нос энер­гии и ко­ли­че­ст­ва дви­же­ния без пе­ре­но­са са­мо­го ве­ще­ст­ва.

В га­зо­об­раз­ных и жид­ких сре­дах, об­ла­даю­щих объ­ём­ной уп­ру­го­стью, мо­гут рас­про­стра­нять­ся толь­ко про­доль­ные А. в., в ко­то­рых сме­ще­ния час­тиц сов­па­да­ют по на­прав­ле­нию с рас­про­стра­не­ни­ем вол­ны. Зву­ко­вое дав­ле­ние при этом яв­ля­ет­ся ска­ляр­ной ве­ли­чи­ной. В не­огра­ничен­ных твёр­дых сре­дах, об­ла­даю­щих, по­ми­мо объ­ём­ной, так­же и сдви­го­вой уп­ру­го­стью, на­ря­ду с про­доль­ны­ми мо­гут рас­про­стра­нять­ся и по­пе­реч­ные (сдви­го­вые) А. в.; в них на­прав­ле­ния сме­щений час­тиц и рас­про­стра­не­ния вол­ны вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны. Ана­ло­гом зву­ко­во­го дав­ле­ния в твёр­дых сре­дах яв­ля­ет­ся тен­зор ме­ха­нич. на­пря­же­ния. При на­ли­чии гра­ниц в твёр­дых те­лах воз­ни­ка­ют и др. ти­пы А. в. (см. Уп­ру­гие вол­ны).

В со­от­вет­ст­вии с ви­дом за­ви­си­мо­сти ха­рак­те­ри­стик зву­ко­во­го по­ля от вре­мени А. в. мо­гут иметь раз­ную фор­му. Осо­бое зна­че­ние име­ют гар­мо­ни­че­ские А. в., в ко­то­рых ха­рак­те­ри­сти­ки зву­ко­во­го по­ля из­ме­ня­ют­ся во вре­ме­ни и в про­стран­ст­ве по си­ну­сои­даль­но­му за­ко­ну (см. Вол­ны). А. в. лю­бой фор­мы мож­но пред­ста­вить в ви­де сум­мы (в пре­дель­ном слу­чае – ин­те­гра­ла) гар­мо­нич. волн раз­ных час­тот. В ре­зуль­та­те раз­ло­же­ния вол­ны на про­стые гар­мо­нич. со­став­ляю­щие (см. Зву­ка ана­лиз) по­лу­ча­ет­ся спектр зву­ка.

Диа­па­зон час­тот А. в. сни­зу прак­ти­чески не ог­ра­ни­чен – в при­ро­де встре­ча­ют­ся А. в. с час­то­той, рав­ной со­тым и ты­сяч­ным до­лям гер­ца. Верх­няя гра­ни­ца диа­па­зо­на А. в. обу­слов­ле­на фи­зич. при­ро­дой их взаи­мо­дей­ст­вия с ве­ще­ст­вом: в га­зах дли­на вол­ны долж­на быть боль­ше дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га мо­ле­кул, а в жид­ко­стях и твёр­дых те­лах – боль­ше меж­мо­ле­ку­ляр­но­го или меж­атом­но­го рас­стоя­ния. На этом ос­но­ва­нии за верх­нюю час­тот­ную гра­ни­цу в га­зах при­ня­та ве­ли­чи­на 10⁹ Гц, в жид­ко­стях 10¹⁰– 10¹¹ Гц, в твёр­дых те­лах 10¹²–10¹³ Гц. В об­щем диа­па­зо­не А. в. вы­де­ля­ют об­ласть соб­ст­вен­но зву­ка, вос­при­ни­мае­мо­го че­ло­ве­ком на слух; ус­лов­ные гра­ни­цы этой об­лас­ти 16 Гц – 20 кГц (тер­мин «звук» при­ме­ня­ют час­то к А. в. во всём час­тот­ном диа­па­зо­не). Ни­же ле­жит об­ласть ин­фра­зву­ка, вы­ше – ульт­ра­зву­ка (2·10⁴ Гц – 10⁹ Гц) и ги­пер­зву­ка (10⁹ Гц – 10¹³ Гц). Ги­пер­зву­ко­вые вол­ны в кри­стал­лах ино­гда рас­смат­ри­ва­ют с по­зи­ций кван­то­вой тео­рии, со­пос­тав­ляя им фо­но­ны.

Рас­про­стра­не­ние А. в. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся в пер­вую оче­редь ско­ро­стью зву­ка. При оп­ре­де­лён­ных ус­ло­ви­ях на­блю­да­ет­ся дис­пер­сия зву­ка – за­ви­си­мость ско­ро­сти А. в. от час­то­ты. По ме­ре рас­про­стра­не­ния про­ис­хо­дит по­сте­пен­ное за­ту­ха­ние зву­ка, т. е. умень­ше­ние ин­тен­сив­но­сти А. в. Оно обу­слов­ле­но в зна­чи­тель­ной сте­пе­ни по­гло­ще­ни­ем зву­ка, свя­зан­ным с не­об­ра­ти­мым пе­ре­хо­дом энер­гии А. в. в те­п­ло­ту. Рас­про­стра­не­ние А. в. рас­смат­ри­ва­ет­ся ме­то­да­ми вол­но­вой аку­сти­ки ли­бо гео­мет­ри­че­ской аку­сти­ки. При боль­шой ин­тен­сив­но­сти А. в. на­блю­да­ют­ся ис­ка­же­ние их фор­мы и др. не­ли­ней­ные эф­фек­ты (см. Не­ли­ней­ная аку­сти­ка).

Зву­ко­вые вол­ны слы­ши­мо­го диа­па­зона слу­жат сред­ст­вом об­ще­ния лю­дей, а так­же са­мых раз­ных пред­ста­ви­те­лей жи­вот­но­го ми­ра. А. в. ис­поль­зу­ют­ся для по­лу­че­ния ин­фор­ма­ции о свой­ствах и стро­е­нии раз­ных сред и о разл. объ­ек­тах. С их по­мо­щью изу­ча­ют­ся ес­теств. сре­ды – ат­мо­сфе­ра, зем­ная ко­ра, Ми­ро­вой ок., вы­яс­ня­ют­ся осо­бен­но­сти строе­ния ве­ще­ст­ва на мик­ро­ско­пич. уров­не. В прак­тич. дея­тель­но­сти че­ло­ве­ка А. в. слу­жат для об­на­ру­же­ния де­фек­тов в из­де­ли­ях, ис­поль­зу­ют­ся как один из ме­то­дов мед. ди­аг­но­сти­ки, при­ме­ня­ют­ся для воз­дей­ст­вия на ве­ще­ст­во с целью из­ме­не­ния его свойств.