Physik des Ultraschalls, Softcover reprint of the original 1st ed. 1984 Grundlagen

Unter Ultraschall versteht man im allgemeinen verschiedene elastische Wellen lliit Frequenzen oberhalb der Horsehwelle des menschlichen Ohres, d. h. oberhalb 11. . . 16 kHz. Die heutige Ultraschalltechnik gestattet es, Ultraschallsehwingungen mit Frequenzen 10 bis zu 10 bis 1011 Hz und mehr zu erzeugen und nachzuweisen. Das heiDt, es sind Frequenzen realisierbar, die sich dem Frequenzbereich des infraroten Lichtes nahern. Bei so hohen Frequenzen wird die Lange der Ultraschallwellen mit den zwischen­ molekularen Abmessungen vergleichbar. Aber selbst bei den niedrigen Ultra8chall­ frequenzen wird die Ausbreitung von Ultraschallwellen in verschiedenen Medien empfindlich gegenuber Besonderheiten des Aufbaus der Materie auf molekularem, atomarem, Elektronen- und sogar Kernniveau. Infolgedessen haben 8ich Ultraschall­ methoden als sehr informatives Mittel zur Strukturuntersuchung und zur Verfolgnng physikalischer Prozesse in Medien erwiesen. Auf del' anderen Seite fUhrten die Besonderheiten del' Ultraschallausstrahlung zn einer breiten Ausnutzung des Ultraschalls in unterschiedlichsten Bereichen del' Volks­ wirtschaft. So wird del' Ultraschall in del' Unterwasserortung, in del' Defektoskopie unterschiedlichster Stoffe und Konstruktionen, in del' Medizin - sowohl in del' Diagno­ stik als auch in del' Wil'kung auf varschiedene Organa des mensehliehen Karpel's -, zUl' Besehleunigung odeI' Stimulierung verschiedener technologischer Prozesse, in elektro­ nischen und optischen Anlagen usw. genutzt. AIle diese Anwendungen basieren auf Untersuchungen del' physikalischen Prozesse, die in Ultraschallfeldern in den nnter­ schiedlichsten Medien VOl' sich gehen. Die Resultate solcher Untersuchungen, Zll denen sowohl rein wissenschaftliche Probleme als auch angewandte Aufgaben gehoren, bilden ein breites 'V"issensgebiet, das man illl allgemeinen "physikalische AkllStik" odeI' "physikalische Ultraakustik" nennt.

Vorwort des Autors zur deutschsprachigen Ausgabe.- Vorwort.- Wichtigste verwendete Symbole.- 1. Grundlegende Gleichungen der Elastizitätstheorie.- 1.1. Beschreibung des Gleichgewichts- und Deformationszustandes eines Körpers.- 1.2. Spannungstensor.- 1.3. Bewegungsgleichung.- 1.4. Beziehungen zwischen Deformation und Spannung.- 1.5. Energie der elastischen Deformation.- 1.6. Einfachere Deformationen und entsprechende Moduln.- 2. Ausbreitung von Ultraschallwellen in Flüssigkeiten und Gasen.- 2.1. Akustische Kennzeichen einer idealen Flüssigkeit.- 2.2. Gleichungen der Hydrodynamik.- 2.3. Zustandsgleichung für Flüssigkeiten und Gase.- 2.4. Wellengleichung.- 2.5. Ebene Wellen.- 2.6. Schallgeschwindigkeit.- 3. Ebene sinusförmige Wellen unendlich kleiner Amplitude.- 3.1. Gleichungen einer ebenen monochromatischen Welle.- 3.2. Grundlegende lineare Beziehungen zwischen Ultraschallgrößen.- 3.3. Energetische Charakteristika des Ultraschallfeldes.- 3.4. Dämpfung monochromatischer Ultraschallwellen.- 3.5. Scherwellen in Flüssigkeiten.- 4. Ebene Wellen endlicher Amplitude.- 4.1. Nichtlineare Glieder in den Gleichungen der Hydrodynamik.- 4.2. Exakte Lösung des nichtlinearen Systems für ein nichtdissipatives Medium.- 4.3. Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen endlicher Amplitude.- 4.4. Beziehungen zwischen den akustischen Parametern in zweiter Näherung.- 4.5. Verzerrung einer Welle endlicher Amplitude im Ausbreitungsprozeß.- 4 6. Spektralanalyse einer Welle endlicher Amplitude.- 4.7. Intensität verformter Ultraschallwellen endlicher Amplitude.- 4.8. Absorption von ebenen Wellen endlicher Amplitude.- 5. Konstante Kräfte, die im Ultraschallfeld entstehen.- 5.1. Strahlungsdruck.- 5.2. Kräfte des Strahlungsdruckes.- 5.3. Suspendierte Teilchen unter der Wirkung konstanter Kräfte.- 5.4. Ultraschallwind.- 6. Ultraschallkavitation.- 6.1. Zerreißfestigkeit der Flüssigkeit.- 6.2. Kavitationsfestigkeit der Flüssigkeit.- 6.3. Zusammenbrechen des Kavitationshohlraumes.- 6.4. Dynamik des Kavitationshohlraumes in der Ultraschallwelle.- 6.5. Akustische Eigenschaften einer kavitierenden Flüssigkeit.- 7. Reflexion, Brechung und Streuung von Ultraschallwellen.- 7.1. Durchgang und Reflexion ebener Wellen bei Normaleinfall.- 7.2. Stehende ebene Wellen.- 7.3. Interferenz bei Normalreflexion in einem absorbierenden Medium.- 7.4. Reflexion und Brechung einer ebenen Welle bei schrägem Einfall.- 7.5. Interferenzen ebener Wellen bei schrägem Einfall.- 7.6. Streuung von Ultraschallwellen in einem inhomogenen Medium.- 8. Durchgang ebener Wellen durch Schichten. Elektroakustische Analogien..- 8.1. Durchgang durch eine planparallele Schicht.- 8.2. Anpassungsschichten.- 8.3. Akustische Eigenschwingungen von Platten.- 8.4. Methode der elektroakustischen Analogien.- 8.5. Schwingungssysteme ohne Dämpfung.- 8.6. Eigenschwingungen von Schwingungssystemen mit Dämpfung.- 8.7. Erzwungene Schwingungen. Resonanz.- 8.8. Abstrahlung ebener Wellen. Schallfeld.- 9. Sphärische Wellen.- 9.1. Wellengleichung für sphärische Wellen.- 9.2. Monochromatische sphärische Wellen.- 9.3. Intensität sphärischer Wellen.- 9.4. Abstrahlung sphärischer Wellen durch eine pulsierende Kugel.- 10. Ultraschallausbreitung im isotropen Festkörper.- 10.1. Wellengleichung für den unbegrenzten Festkörper.- 10.2. Reflexion, Brechung und Transformation von Schallwellen.- 10.3. Reflexionskoeffizient bei schrägem Welleneinfall.- 10.4. Rayleigh-Wellen.- 10.5. Love-Wellen.- 10.6. Geometrische Dispersion des Schalls in Stäben.- 10.7. Grundlagen der nichtlinearen Akustik fester Körper.- 11. Ultraschallausbreitung in Kristallen.- 11.1. Allgemeine akustische Gleichungen für Kristalle.- 11.2. Beziehungen zwischen den Elastizitätsmoduln und den Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeiten in Kristallen.- 11.3. Kubische Kristalle.- 11.4. Kristalle geringerer Symmetrie.- 11.5. Einfluß des piezoelektrischen Effektes auf die elastischen Eigenschaften von Kristallen.- 12. Literaturverzeichnis.- 13. Sachverzeichnis.