ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Радиационное давление. Общие сведения из "Введение в физическую акустику " Кроме переменных величин, таких, как давление, колебательная скорость и смещение, в звуковом поле возникают постоянные силы. К таким силам относится радиационное давление, которое также называют давлением звукового излучения [1—3]. [c.118] Давление излучения характерно для волн любой природы, в том числе для электромагнитных волн (вспомним давление света). Его происхождение связано с изменением в некотором объеме (например, у препятствия или вследствие поглощения волн на пути их распространения) среднего по времени переносимого волной импульса. Отличие звукового радиационного давления от давления света состоит в том, что волновое уравнение для световых волн линейно (еслн не рассматривать задач нелинейной оптики, имеющей дело с мощным лазерным излучением), тогда как в акустике, даже при относительно небольших интенсивностях звука, возникают нелинейные эффекты (см. гл. 3, 4), которые в ряде случаев приходится принимать во внимание. [c.118] Кроме того, в акустических задачах поверхность препятствия, на которую падают звуковые волны, может испытывать колебания под действием волн, и при определении радиационного давления часто требуется учитывать эти движения. Возникает необходимость принимать во внимание целый ряд обстоятельств каково акустическое поле и вид звуковой волны какова геометрия задачи — в свободном ли пространстве имеется акустическое поле или это пространство ограничено каково препятствие, на которое падают волны — поглощает оно звук или отражает и в какой степени нужно ли учитывать нелинейные свойства среды или можно ограничиться линейной акустикой велико или мало препятствие по сравнению с длиной звуковой волны и в какой степени следует учитывать рассеяние волн на этом препятствии существенную ли роль играют диссипативные свойства среды и т. д. [c.118] Это выражение имеет общий вид и в нем должно быть учтено изменение импульса, которое вызывается поглощением волны. Вообще говоря, следует учитывать и изменение импульса волны, вызванное различными другими причинами, в том числе дифракцией и рассеянием на препятствии, а также нелинейными эффектами (если, например, падающая волна имеет искаженную форму профиля вслед-спвие нелинейного отражения и взаимодействия падающей и отраженной волн [4]). [c.119] Сила радиационного давления, или просто радиационное давление, есть величина векторная, зависящая от направления нормали к площадке 18 по отношению к направлению распространения звука. Она представляет собой интеграл от свертки тензора плотности потока импульса с единичным вектором нормали к псверх-ности. Эту силу иногда называют радиационным напряжением или натяжением (так как ее величина зависит от ориентации площадки относительно направления распространения волны), хотя название это (вообще говоря, более правильное) и не привилось. [c.119] 1) и (1.2) следует, что радиационное давление, если даже не учитывать нелинейности уравнений движения и состояния, т. е. в линейной акустике, представляет собой величину квадратичную по переменным поля. Поэтому необходимо принимать во внимание величины второго порядка малости, не обращающиеся в нуль при усреднении по времени. [c.119] Уравнение поверхности 5 (г, /), ограничивающей тело, в общем случае зависит от времени, так как в звуковом поле тело может увлекаться окружающей л идкостью и совершать колебательные движения как поступательного, так и радиального типа (например, пузырек в жидкости). Радиационное давление есть постоянная составляющая силы (1.10), т. е. сила, усредненная во времени за период колебаний звукового поля. [c.121] При записи выражения (1.15) учтено, что интегрирование статического давления р по всей замкнутой поверхности 5 ввиду его постоянства дало нуль. Заметим, однако, что аналогичное интегрирование динамического поджатия Рд по всей поверхности в общем случае дает результат, отличный от нуля. Это возможно лишь в случае разрывных решений, когда на разных участках поверхности константа Рд принимает различные значения. [c.122] Давление звука, испытываемое телом в этом случае, как мы знаем, называется ланжевеновским. [c.124] Перейдем теперь к рассмотрению сил радиационного давления на препятствия. Рассдютрим сначала простой случай, когда плоское препятствие достаточно велико по сравнению с длиной звуковой волны и в свою очередь площадь сечения 5 пучка, падающего нормально на препятствие, достаточно велика и S В этом случае сила Fx для полностью поглощающего или полностью отражающего препятствия в направлении распространения волны определяется соответственно по (1.22) или (1.23) с учетом того, что 1=Ес. [c.125] В такой простой постановке можно рассчитать радиационные силы, действующие на частично отражающую и частично поглощающую плоскопараллельную пластину, и определить рэлеевское давление в стоячей волне между двумя неподвижными стенками [5, 71. [c.126] Задача о нахождении Г значительно усложняется, если препятствие имеет конечные размеры, хотя и большие Я, и следует учитывать дифракцию. Таким образом, радиационная сила будет зависеть от формы препятствия. Имеется ряд решенных задач для препятствий симметричной конфигурации — для жесткой и сжимаемой сферы, на которую падает плоская волна (случай идеальной жидкости), на диск и полоску. Эти вопросы достаточно подробно изложены в [2] там же приведены ссылки на оригинальные работы. [c.126] Вернуться к основной статье