|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Рассеяние звука |
 | |
Анимация
Описание
Вследствие дифракции звука на препятствиях в среде, неоднородностях среды, а также неоднородных и неровных (шероховатых) границах среды имеет место рассеяние звука (РЗ), если препятствия отличаются от среды сжимаемостью и (или) плотностью. При РЗ результирующее звуковое поле может быть представлено в виде суммы первичной звуковой волны (в отсутствие препятствий) и рассеянной ( вторичной) волны, возникшей в результате взаимодействия вторичной волны с препятствием. При наличии множества препятствий происходит т.н. многократное рассеяние.
Рассеивающую способность препятствия характеризуют сечением рассеяния s - отношением мощности рассеянных волн к плотности потока энергии в первичной волне.
Связь между размерами препятствия и его эффективным сечением рассеяния зависит от соотношения между размерами тела и длиной волны звука.
Для препятствий, соизмеримых с длиной волны или больших нее, s по порядку величины равно площади поперечного сечения тела, перпендикулярного направлению падения первичной волны. Для малых препятствий s мало по сравнению с поперечным сечением тела, а их отношение по порядку величины равно (ka)4, где k - волновое число звука, а - линейный размер тела. Отличие сжимаемости малого препятствия от сжимаемости среды приводит к пульсации рассеивающего тела, т.е. к монопольному РЗ, а отличие его плотности от плотности среды вызывает дополнительное движение тела как целого (осцилляции) и, следовательно, дипольное РЗ.
Частный случай - РЗ на газовом пузырьке в жидкости при его резонансных колебаниях. Сечение рассеяния пузырька при этом во много раз превышает его поперечное сечение. Так, резонанс воздушного пузырька радиусом R в воде при атмосферном давлении наступает при kR=0.014, а s для пузырька оказывается равным 4p/k2, т.е. превосходит его поперечное сечение pR2 в 4/(kR2) = 20000 раз!
РЗ на случайных неоднородностях среды вызывает расплывание звукового пучка, что приводит к затуханию звука по мере его распространения.
Расчет волновых полей при РЗ на неоднородностях произвольной формы является чрезвычайно сложным; к настоящему времени получены численные решения лишь для рассеивающих тел правильной формы (сфера, цилиндр и т.п.).
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
В гидроакустике является существенным РЗ на неоднородностях волной среды, на косяках рыбы, планктоне и др. биологических объектах.
При ультразвуковой дефектоскопии РЗ на кристаллитах в поликристаллических твердых телах позволяет обнаруживать области крупнозернистости.
РЗ лежит в основе методов акустической голографии, позволяющей создавать объемные изображения предметов на основе информации о рассеянном предметом звуковом поле ( см. описание «Акустическая голография»).
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
На основе рис. 1.
Блок-схема установки для изучения волновых полей, рассеянных от неоднородностей в твердых и жидких средах
Рис. 1
Обозначения:
1 - вмещающая среда;
2 - неоднородность;
3 - излучатель плоской волны;
4 - приемник «прямой» волны;
5 - система датчиков для регистрации рассеянных волн.
Плоская волна, излучаемая источником, в отсутствие неоднородности проходит напрямую, в ее же присутствии частично рассеивается (ненулевые сигналы на датчиках рассеянной волны).
Литература
1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой. - М.: Советская Энциклопедия, 1979. - С. 400.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
