ДИСПЕРСИЯ ЗВУКА

ДИСПЕРСИЯ ЗВУКА зависимость фазовой
скорости монохроматических звуковых волн от частоты. Д. з. является причиной
изменения формы звуковой волны (звукового импульса) при распространении
его в среде. Различают Д. з., обусловленную физич. свойствами среды, и
Д. з., обусловленную наличием границ тела, в к-ром звуковая волна распространяется,
и от свойств тела не зависящую.

Д. з. первого типа может вызываться различными
причинами. Наиболее важны случаи Д. з., связанной с релаксационными процессами
(см. ниже), происходящими в среде при прохождении звуковой волны. Механизм
возникновения релаксационной Д. з. можно выяснить на примере многоатомного
газа. При распространении звука в газе молекулы газа совершают постулат,
движение. Если газ одноатомный, то никаких других движений, кроме поступательных,
атомы газа совершать не могут. Если же газ многоатомный, то при столкновениях
молекул между собой могут возникать вращат. движения молекул, а также колебат.
движения атомов, составляющих молекулу. При этом часть энергии звуковой
волны тратится на возбуждение этих колебат. и вращат. движений. Переход
энергии от звуковой волны (т. е. от по-ступат. движения) к внутр. степеням
свободы (т. е. к колебат. и вращат. движениям) происходит не мгновенно,
а за нек-рое время, к-рое наз. временем релаксации т. Это время определяется
числом соударений, к-рое должно произойти между молекулами для перераспределения
энергии между всеми степенями свободы. Если период звуковой волны мал по
сравнению с г (высокие частоты), то за период волны внутр. степени свободы
не успеют возбудиться и перераспределение энергии не успеет произойти.
В этом случае газ будет вести себя так, как будто никаких внутр. степеней
свободы вовсе нет. Если же период звуковой волны много больше, чем t
(низкие частоты), то за период волны энергия постулат, движения успеет
перераспределиться на внутр. степени свободы. При этом энергия постулат,
движения будет меньше, чем в случае, когда внутр. степеней свободы не было
бы. Поскольку упругость газа определяется энергией, приходящейся на постулат,
движения молекул, то, следовательно, упругость газа, а значит и скорость
звука, также будет меньше, чем в случае высоких частот. Иными словами,
в нек-рой области частот, близких к частоте релаксации, равной wt,
скорость звука увеличивается с ростом частоты, т. е. имеет место т. н.
положит, дисперсия. Если Со - скорость звука при малых частотах (wt
<< 1), а спри очень больших частотах
(wt >>1), то скорость звука для произвольной частоты описывается
формулой

Вследствие необратимости процессов перераспределения
энергии в той области частот, где имеет место Д. з., наблюдается повышенное
поглощение звука.

Релаксационная Д. з. может быть не только
в газах, но и в жидкостях, где она связана с различными межмолекулярными
процессами, в растворах электролитов, в смесях, в к-рых под действием звука
возможны химич. реакции между компонентами, в эмульсиях, а также в нек-рых
твёрдых телах.

Величина Д. з. может быть весьма различной
в разных веществах. Так, напр., в углекислом газе величина дисперсии порядка
4%, в бензоле