Физика /1.Теоретическая физика
К.п.н. Мищик С.А.
Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф.Ушакова ,
Россия
Системные гидроакустические задачи прикладной физики
морского флота
Системные гидроакустические задачи
прикладной физики морского флота отражают целостно-системное моделирование
основных элементов транспортных объектов. При этом возникает ориентация на
единство базисных характеристик предметных и исполнительных условий
относительно предмета содержания и способа его реализации. Рассматриваются: физические
свойства простых осцилляторов судовых гидроакустических систем, систем с
распределёнными параметрами, стержневые колебательные системы, а так же электромеханическое
и электроакустическое преобразование энергии, требования к гидроакустическим
преобразователям и антеннам на морском
флоте.
В процессе решения системных задач гидроакустической
прикладной физики морского флота необходимо применять основные положения теории
деятельности, системного анализа и теории формирования интеллекта.
Системный анализ предполагает
выполнение последовательности системных аналитических действий: выделить объект
анализа – гидроакустическую задачу прикладной физики морского флота (ГАЗПФМФ)
как систему; установить порождающую среду ГАЗПФМФ; определить уровни анализа ГАЗПФМФ;
представить целостные свойства ГАЗПФМФ относительно пространственных, и временных
характеристик и их комбинаций; выделить структуру уровня анализа ГАЗПФМФ;
установить структурные элементы уровня анализа ГАЗПФМФ; определить
системообразующие связи данного уровня анализа ГАЗПФМФ; представить
межуровневые связи анализа ГАЗПФМФ; выделить форму организации ГАЗПФМФ;
установить системные свойства и поведение ГАЗПФМФ.
Задача 1
|
Тонкий стержень гидроакустической судовой системы
преобразователя из пьезокерамики длиной 10 см, свободный на одном конце, другим
концом погружён в морскую воду. Определить основную резонансную частоту и механическую
добротность стержня. Плотность
стержня 5400 кг/м3, скорость колебания частиц в плоской волне 4700
м/с. |
|
Ответ: fo = 23,5 кГц; Q = 26,6 .
Задача 2
|
Колебательная гидроакустическая судовая система
преобразователя состоит из трубчатого пьезокерамического стержня, один торец
которого свободен, а другой жёстко скреплён с тонкой титановой пластинкой, излучающей
в морскую воду. Заданы: ρ1 = 7 т/м3 ; с1
= 3 км/с; ℓ1 = 5 см; 2а
= 5 см; Δ = 5 мм; ρ2 = 4,5 т/м3 ; с2
= 5,25 км/с; ℓ2 = 2 см; D
= 7 см. Определить резонансную
частоту и положение узловой плоскости. |
|
Ответ: fo =
18,7 кГц; ℓ = 10 мм.
Задача 3
|
Определить эквивалентную массу и гибкость
двухсекционного пьезокерамического и титанового составного стержня
гидроакустической судовой системы, резонансная частота 12 кГц. Заданы: ρ1
= 7 т/м3 ; с1 = 3 км/с; ℓ1 = 10 см; S1 = 150 см2; ρ2 = 4,5 т/м3
; с2 = 5,25 км/с; S2= 50 см2. |
|
Ответ: mэкв = 3,06 кг
Простой осциллятор судовой
гидроакустической системы с резонансной частотой 4 кГц возбуждается силой 20 Н.
Определить параметры осциллятора, при которых в нём будет выделяться мощность
100 Вт и скорость колебаний при расстройке 5% уменьшится не более чем на 10%.
Ответ: 
кг/с; m = 15,8 г; С = 0,1 мкм/Н .
Задача 5
Полуволновой пьезокерамический стержень излучателя судовой гидроакустической системы длиной
10 см излучает в морскую воду с обеих торцов. Определить
граничные частоты ширины резонансной кривой мощности колебаний. Заданы: :
ρ = 5,6 т/м3 ; с = 4,46 км/с; ℓ1 = 10 см.
Ответ: : f1 = 21,5 кГц; : f2 = 23,2 кГц.
Ответ: mэкв = 
.
Однородный тонкий стержень излучателя судовой гидроакустической системы нагружён
сосредоточенными массами m1 и m2. Определить длину стержня ℓ и координату хо узловой
плоскости. Материал, резонансная частота
f0 , площадь
поперечного сечения S стержня заданы: ρ = 5,6 т/м3 ; с =
4,46 км/с; S = 0,003 м2,
m1 = 5 кг
, m2 = 1 кг ,
f0 = 10
кГц. Указание: использовать резонансные уравнения трёхсекционного стержня с
учётом малых волновых размеров крайних секций (
).
Ответ: ℓ
= 0,078 м ; хо = 0,016 м (от массы m1 ).
Ответ: Z = (2,6 – 7) кОм; |Z| = 7,47 кОм .