ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Плоская волна конечной амплитуды в газе и жидкости в отсутствие из "Введение в физическую акустику " Релаксационная теория и экспериментальные методы изучения быстропротекающих неравновесных процессов в газах и особенно в жидкостях служат важным инструментом исследования. Эти методы сильны, там, где проявляются коллективные взаимодействия. Особенно много ценных сведений о протекании неравновесных процессов они дают для теории жидкого состояния. В главах, посвященных физической акустике твердого тела, мы еще встретимся с разнообразными релаксационными процессами, имеющими место при распространении звука в твердых телах. [c.60] Еще раз подчеркнем, что измерение самого значения объемной вязкости 1] и ее зависимости от частоты и различных физических условий возможно только акустическим методом. Встречаются также случаи, когда акустические методы исследования процессов релаксации могут способствовать обнаружению самого релаксационного механизма, дают возможность проводить измерения характерных времен и внутренних параметров. Так, например, наблюдается сильное увеличение поглощения звука из-за флуктуаций концентрации вблизи критической точки расслаивания в ряде растворов. В некоторых растворах с критической точкой сосуществования при концентрации С С рит и при Т Т крит как известно, средний квадрат флуктуаций концентрации сильно увеличивается. Измерения в определенной области частот коэффициента поглощения звука а показывают, что а при этом также сильно увеличивается, что дает возможность определить время релаксации. Оптические методы в этом случае хотя и позволяют обнаруживать само явление рассеяния, но не дают определения величины флуктуаций концентрации, тогда как акустические методы это позволяют сделать [40, 41], правда, с небольшой точностью. [c.61] Значение ц и ее зависимость от различных физических условий, по-видимому, могут играть существенную роль в приложениях, в частности в физико-химических технологических процессах. Перспективными являются комбинированные методы использования оптической и акустической спектроскопии. [c.61] Одна из интересных попыток разделения вкладов различных механизмов релаксации в дисперсию и поглощение, прежде всего, для выделения колебательной ( кнезеровской ) релаксации, состоит в предложении использовать метод когерентной активной спектроскопии комбинационного рассеяния света в [42) теоретически рассмотрен этот вопрос. [c.61] Предлагаемый метод активной спектроскопии состоит в зондировании населенностей различных колебательных уровней молекул, которые промодулированы звуковой волной (точнее, сопровождающими эту волну изменениями температуры Т из-за адиабатичности процесса распространения звука). Рассеяние света носит при этом когерентный характер, что приводит к высокому уровню детектированного светового сигнала, а также к его высокой направленности из-за брэгговских условий. [c.61] Использование предлагаемого метода требует, однако, выполнения условий, при которых истинность состояний среды не нарушалась бы световой накачкой. [c.62] И сдвиговой вязкостей в времени релаксации. Эта объяснить полную зависимость поглощения а/со от 1п со. Эта зависимость изображена на рис. 2.6 [39]. Она дает общее представление о том, какое поведение может иметь а(со)/со для такой жидкости, как, например, бензол. [c.62] При низких частотах, когда сот 1 область /) постоянная поглощения определяется как сдвиговой, так и объемной вязкостями и не зависит от частоты. В области 2 происходит релаксация т], и коэффициент поглощения падает область 3 соответствует положению, когда ц отрелаксировала , и коэффициент а определяется лишь значением т] и а/со вновь не зависит от частоты. Наконец, в области 4 происходит релаксация сдвиговой вязкости вызванная, например, структурной перестройкой жидкости. Наконец, область 5 соответствует случаю, когда отрелаксировала и сдвиговая вязкость. [c.62] Хотя такая картина весьма упрощена, для общего представления о релаксационных явлениях в жидкостях она полезна. [c.62] Эта идея о микроскопически неоднородной вязкой жидкости была развита М. А. Исаковичем и И А. Чабан [44, 45] применительно к построению феноменологической теории сильно вязких жидкостей, считая их микронеоднороднымн средами с диффузионным обменом между компонентами. Жидкость в этой теории считается двухфазной микронеоднородной средой типа эмульсии, компоненты которой характеризуются внутренним параметром равновесное значение которого меняется при изменении давления. Другими ело-вами, высказывается предположение, что разные компоненты жидкости — это неупорядоченная фаза и погруженные в нее области (кластеры) относительно упорядоченной фазы, между которыми происходят диффузионные релаксационные процессы при отклонении состояния от равновесного. [c.63] Такая гипотеза дает возможность построить молекулярную теорию сильновязких жидкостей с одним временем релаксации, которая в принципе объясняет ряд не находящих пока объяснения экспериментальных фактов, в частности пропорциональность т К ю. [c.63] Прямых экспериментов, которые указывали бы на справедливость такой модели сильновязких жидкостей, пока еще нет, хотя результаты [46], по-видимому, согласуются с ней. [c.63] Сделаем одно общее замечание. При изучении релаксационных явлений все рассмотрение сводилось к изучению скорости звука и поглощения именно поглощение звука в первую очередь характеризует особенности протекания неравновесного релаксационного процесса. Вместе с тем, если изучать протекание неравновесных процессов при помощи достаточно интенсивных акустических волн, мы встретимся с качественно иными закономерностями, которые могут быть существенными в получении новых сведений о протекании релаксационных явлений. Мы имеем в виду эффекты нелинейного поглощения и генерации гармоник, о чем будет идти речь в гл. 3 и 4. В особенности, по-видимому, это будет иметь значение для дальнейшего развития нелинейной неравновесной термодинамики. [c.63] В задачах линейной акустики амплитуда волны считалась настолько малой, что присутствие волны не влияло на свойства среды в той степени, чтобы их изменение сказывалось на распространении другой волны. Выполнялся принцип суперпозиции возмущений волны не взаимодействовали между собой, распространяясь независимо. [c.65] Такое положение, однако, представляет собой идеализацию. Даже для сколь угодно малых амплитуд волн принцип суперпозиции не выполняется. Вопрос лишь в том, насколько существенно в той или иной задаче проявление всегда имеющейся нелинейности в исходных уравнениях движения и в уравнении состояния. Когда необходимо учитывать конечность амплитуды упругой волны и становятся заметными отклонения от принципа суперпозиции, возникает большое число разнообразных нелинейных эфс )ектов. К их числу можно отнести искажение формы вначале синусоидальной волны и образование гармоник, превращение такой волны в пилообразную волну, возникновение комбинационных частот (в случае распространения нескольких волн), нелинейное поглощение, различные параметрические эффекты, рассеяние звука на звуке, трансформацию спектра интенсивных шумов, взаимодействие сигнала с шумом, акустические течения, радиационное давление, кавитацию и многие другие. Весь этот круг вопросов принято называть нелинейной акустикой. [c.65] В этой главе изложены основные принципиальные положения из всего теперь уже огромного количества нелинейных явлений, эффектов, приложений, которые исследованы и продолжают исследоваться. Теоретические основы нелинейной акустики — это часть общей теории нелинейных волн — быстро развивающейся области современной физики, изучающей общие вопросы распространения волн конечной амплитуды на поверхности жидкости, волн в плазме, мощного лазерного излучения в оптически нелинейных средах и т. д. В настоящее время имеется уже обширная литература, относящаяся к различным разделам теории нелинейных волн, в том числе и к нелинейной акустике [1 —И по ходу изложения даются необходимые ссылки на оригинальные статьи, обзоры и монографии. [c.65] 2 считалось, что акустические скорости V малы и членом v )v, как членом второго порядка малости, можно пренебречь. Тогда из уравнений (1.1) и (1.2) легко получалось обычное волновое уравнение, описывающее процесс распространения плоской волны. [c.66] Не будем теперь пренебрегать нелинейным членом V дь дх и попытаемся решить систему уравнений (1.1)—(1.3). Впервые такое решение было найдено Риманом в 1860 г. [12] — решение Римана. [c.66] В формуле (1.9) Сл=с и — локальная или местная скорость звука, являющаяся функцией л . Таким образом, в какой-либо точке профиля волны в области сжатия к скорости звука с прибавляется еще определенное значение- колебательной скорости звука в области разрежения будет вычитаться определенное значение V. [c.67] Вернуться к основной статье