Akustika pohyblivých nehomogenít

Pôvodný názov:

Acoustics of Moving Inhomogeneities

Obsah knihy:

Predstavuje sa nový prístup k teórii rozptylu, difrakcie a šírenia zvuku v mierne stlačiteľných prostrediach obsahujúcich pohyblivé nehomogenity. Hlavná koncepcia tohto prístupu spočíva v obohatení akustických vlastností médií o zohľadnenie pohybu nehomogenít spolu s príspevkom nimi generovaného prúdenia médií.

Oba faktory sa v klasickej teórii rozptylu vĺn bežne ignorujú. Nehomogénne médiá sa zvyčajne prezentujú ako spojité s predpokladaným lokálnym rozdelením štatistických vlastností, zatiaľ čo štrukturálne špecifiká a pohyb zložiek média sa ignorujú a sú ospravedlňované ich extrémne malými Machovými číslami. Toto priblíženie však platí len pre rozptyl elektromagnetických vĺn.

Analógia medzi šírením zvuku a elektromagnetických vĺn v nehomogénnych pohyblivých prostrediach zlyháva v akustike prostredí s pohyblivými nehomogenitami.

Prezentované závery vychádzajú z analytických riešení úloh rozptylu zvuku pre Lighthillovu rovnicu vzťahujúcu sa na teleso pohybujúce sa v ideálnom alebo viskóznom prostredí s ľubovoľným vzťahom medzi vlnovou dĺžkou zvuku a rozmermi telesa. Ukázalo sa, že príspevok okolitého prúdenia okolo pohybujúceho sa rozptyľovača k celkovému rozptylu zvuku je prinajmenšom porovnateľný s príspevkom pohybu telesa rozptyľovača.

Za určitých podmienok, napríklad v prípade malých pohybujúcich sa častíc vo viskóznom prostredí, by sa príspevok telesa častice k rozptylu ako celku mohol bezpečne ignorovať vzhľadom na príspevok okolitého prúdenia. V dôsledku toho je potrebné modifikovať klasický Rayleighov zákon a odvodiť niekoľko základných vzťahov, ktoré ho nahrádzajú. Získané výsledky sú dôležité pre širokú škálu akustických problémov vznikajúcich v pohybujúcich sa nehomogénnych prostrediach, od rozptylu zvuku v atmosfére alebo oceáne až po rozpad zvuku v roztokoch koloidných častíc.

Ukazuje sa, že je potrebné zohľadniť aj príspevok okolitého prúdenia k rozptylu zvuku veľkým pohybujúcim sa telesom. Z tohto dôvodu by sa malo prehodnotiť množstvo známych difrakčných problémov, napríklad takých, ktoré sa používajú na hodnotenie účinnosti podvodných akustických systémov. Niekoľkými príkladmi našich výsledkov sú: predpovede rozkladu zvuku v atmosférických zrážkach, v turbulentnom prostredí a v koloidnom roztoku suspendovaných častíc zapojených do Brownovho pohybu.

Okrem toho sa vo svetle tejto novej teórie objasňujú niektoré experimentálne údaje, ktoré boli doteraz nevysvetlené. Zároveň poukazujeme na nevyhnutnosť vykonania ďalších experimentov na základe predpovedí teórie.