Akustika pohyblivých nehomogenit

Původní název:

Acoustics of Moving Inhomogeneities

Obsah knihy:

Je představen nový přístup k teorii rozptylu, difrakce a šíření zvuku v mírně stlačitelných prostředích obsahujících pohyblivé nehomogenity. Hlavní koncepce tohoto přístupu spočívá v obohacení akustických vlastností prostředí o zohlednění pohybu nehomogenit spolu s příspěvkem jimi generovaného proudění v prostředí.

Oba faktory jsou v klasické teorii rozptylu vln obvykle ignorovány. Nehomogenní média jsou obvykle prezentována jako spojitá s předpokládaným lokálním statistickým rozložením vlastností, zatímco strukturní specifika a pohyb složek média jsou ignorovány a omlouvány jejich extrémně malými Machovými čísly. Toto přiblížení však platí pouze pro rozptyl elektromagnetických vln.

Analogie mezi šířením zvuku a elektromagnetických vln v nehomogenních pohyblivých prostředích selhává v akustice prostředí s pohyblivými nehomogenitami.

Předložené závěry vycházejí z analytických řešení úloh rozptylu zvuku pro Lighthillovu rovnici vztaženou na těleso pohybující se v ideálním nebo viskózním prostředí s libovolným vztahem mezi vlnovou délkou zvuku a rozměrem tělesa. Ukazuje se, že příspěvek okolního proudění kolem pohybujícího se rozptylovače k celkovému rozptylu zvuku je přinejmenším srovnatelný s příspěvkem pohybu tělesa rozptylovače.

Za určitých podmínek, například u malých pohybujících se částic ve viskózním prostředí, lze příspěvek tělesa částice k rozptylu jako celku bezpečně ignorovat s ohledem na příspěvek okolního proudění. V důsledku toho je třeba klasický Rayleighův zákon modifikovat a odvodit několik základních vztahů, které jej nahrazují. Získané výsledky jsou důležité pro širokou škálu akustických problémů vznikajících v pohybujících se nehomogenních prostředích, od rozptylu zvuku v atmosféře nebo oceánu až po rozklad zvuku v roztocích koloidních částic.

Ukazuje se také, že je nutné zohlednit příspěvek okolního proudění k rozptylu zvuku velkým pohybujícím se tělesem. Proto by měla být revidována řada známých difrakčních problémů, například takových, které se používají pro hodnocení účinnosti podvodních akustických systémů. Několik příkladů našich výsledků: předpovědi rozkladu zvuku v atmosférických srážkách, v turbulentním prostředí a v koloidním roztoku suspendovaných částic zapojených do Brownova pohybu.

Kromě toho jsou nyní ve světle této nové teorie objasněny některé dosud nevysvětlené experimentální údaje. Současně ukazujeme nutnost provedení dalších experimentů založených na předpovědích teorie.