Рассеяние звука - рассеяние звуковых волн на пространственно-временных флуктуациях плотности и упругости разл. сред (напр.,
на поверхности океана, на неровном и неоднородном его дне, на пересечённой местности,
на искусств. периодич. структурах и неоднородных поглощающих поверхностях, применяемых
для улучшения акустич. свойств больших помещений, на дискретных неоднородностях
- воздушных пузырьках в жидкости, твёрдых взвешенных частицах в жидкости или
газе, на рыбах и макропланктоне в океане,
каплях дождя в воздухе, точечных дефектах в кристаллах
и др.). Поскольку при Р. з. часть акустич. энергии уходит по направлениям, отличным
от направления распространения звука, интенсивность первичной волны уменьшается.
Если при распространении в данном направлении звук рассеивается многократно,
то наблюдается экспоненц. ослабление его интенсивности с расстоянием.
Рассеивающую способность неоднородностей характеризуют
поперечным сечением рассеяния ss, равным отношению акустич.
мощности Ws рассеянной в единицу телесного угла, к интенсивности
падающей волны
Значение ss существенно
зависит от частоты и угла падения звуковой волны, размеров неоднородностей и
их акустич. характеристик. Если длина волны звука мала по сравнению с линейным
размером рассеивающего тела, то сечение рассеяния ss
по порядку величины равно площади поперечного сечения тела, перпендикулярного
направлению падения первичной волны. Для малых препятствий ss
~ (ka)4 (закон Рэлея), где k - волновое число звука,
a - линейный размер тела. Весьма эфф. рассеива-телями являются "резонансные"
пузырьки газа в жидкости, частота собственных радиальных колебаний к-рых совпадает
с частотой звуковой волны. При этом ss во много раз превышает
геом. сечение пузырьков. Так, напр., полное значение ss
(соответствующее рассеянию в телесный угол 4p) для воздушного пузырька
в воде при атм. давлении на резонансе, т. е. при ka = 0,014, равно 4p/k2
и, следовательно, превышает геом. сечение пузырьков pa2
в 4/(kа)2 ! 20000 раз. Из-за вязкости и теплопроводности
реальное значение ss может существенно уменьшаться. Однако
даже в случае относительно больших различий в размерах пузырьков резонансное
рассеяние играет доминирующую роль (как, напр., при Р. з. в приповерхностном
пузырьковом слое в океане). Аналогично Р. з. глубоководными оке-анич. звукорассеивающими
слоями обусловлено в осн. резонансными колебаниями плавательных пузырей небольших
рыб.
Р. з. в кристаллах происходит на примесях, точечных
дефектах, дислокациях, плоскостях двойникования и т. п. Если на длине звуковой
волны имеется большое число точечных дефектов и примесей, то осн. роль начинает
играть рассеяние на флуктуациях их числа. В поликристаллах большой вклад в Р.
з. дают границы зёрен.
Наиб. значение в гидроакустике имеет Р.
з. на поверхности океана, на объёмных неоднородностях водной толщи, на неровностях
донного рельефа и неоднородностях подводного грунта. В результате Р. з. возникает
поверхностная, объёмная и донная реверберация ,к-рая является одной из
осн. помех при работе разл. гидроакустич. приборов и устройств. Характер Р.
з. на случайных неровных поверхностях, таких, как поверхность океана, зависит
от величины параметра Рэлея P = 2khcosq0, где
h - среднеквадратичное значение высоты неровностей, q0
- угол падения первичной волны. При P1
Р. з. является резонансным или избирательным - значение ss
определяется всего лишь одной гармоникой из сплошного пространственного спектра
неровностей, волновой вектор к-рой q удовлетворяет условию
Брэгга:
- -
,
где
- горизонтальные
компоненты волновых векторов падающей и рассеянной волн соответственно. Если,
кроме того, горизонтальный масштаб (радиус корреляции) неровностей r0
мал по сравнению с длиной волны звука (kr0
1),
то частотная зависимость ss следует закону Рэлея, а зависимость
ss от угла рассеяния q (индикатриса рассеяния) -
закону ss ~ cos2q. При крупномасштабных
неровностях (kr0
1) частотные и угл. характеристики ss существенно зависят
от вида пространственного спектра неровностей. Так, при гауссовом спектре индикатриса
рассеяния имеет резкий максимум в направлении зеркального
отражения с угл. шириной Dq ~ 1/kr0. В
случае спектра, характерного для развитого ветрового волнения, индикатриса рассеяния
имеет два максимума разл. величины, смещённых в разные стороны относительно
зеркального направления, а в направлении зеркального отражения у неё наблюдается
глубокий провал.
При Р. з. на крупных плавных неровностях (Р1)
поперечное сечение рассеяния ss пропорц. плотности вероятности
наклонов неровностей и не зависит от частоты звука; индикатриса рассеяния при
этом имеет максимум в зеркальном направлении с угл. шириной, пропорциональной
среднеквадратичному значению наклонов неровностей. При Р. з. на неровных поверхностях
со сложным спектром неоднородностей рассеянное поле в направлениях, близких
к направлению зеркального отражения, определяется в основном крупномасштабными
компонентами неровностей, а поле в обратном (локационном) направлении обусловлено
гл. обр. мелкомасштабными неровностями.
Р. з. на слабых флуктуациях показателя преломления
в атмосфере пли океане во многом аналогично Р. з. на малых случайных неровностях.
Оно также имеет резонансный характер; длина волны "резонансной"
гармоники L = l/sin(q/2), где l - длина волны звука, q
- угол между волновыми векторами падающей и рассеянной волн. По мере уменьшения
q рассеяние определяется неоднородностями всё больших масштабов. При рассеянии
в обратном направлении L = l/2.
Временная изменчивость рассеивателей приводит
к расширению частотного спектра рассеянного поля. Типичным примером может служить
Р. з. на взволнованной морской поверхности и внутр. волнах в атмосфере и океане.
Ряд особенностей имеет Р. з. на дне океана. В мелководных районах Р. з. обусловлено
гл. обр. флуктуациями показателя преломления и плотности в толще подводных осадков.
В широком диапазоне частот (1-100 кГц) ss для рассеяния
в обратном направлении не зависит от частоты звука, его угл. зависимость близка
к закону Ломмеля - Зеелигера ss ~ cosq. В
глубоком океане осн. вклад в Р. з. дают неровности донного рельефа.
Анализ разл. характеристик рассеянного звукового
поля позволяет определять разл. характеристики самих рассеивателей. Так, напр.,
по обратному рассеянию звука на турбулентных неоднородностях в атмосфере находят
пространственный спектр пульсаций показателя преломления. Наличие Р. з. на неоднородностях
и дефектах в твёрдых телах лежит в основе ультразвуковой дефектоскопии.
При Р. з. на случайных поверхностных или объёмных
неоднородностях образуется т. н. пятнистая интерференц. структура (спекл-структура;
см. Спекл-интер-ферометрия). На основе её анализа разработаны(
эфф. дистанц. методы определения разл. параметров природных неровностей и неоднородностей,
развиты акустич. методы разведки полезных ископаемых, в частности железомарганцевых
конкреций на дне океана, созданы навигац. приборы - корреляц. лаги для измерения
абс. скорости движения судна относительно дна океана, а также устройства для
определения с высокой точностью смещения судна относительно фиксир. точки.
При Р. з. на периодически неровных или периодически неоднородных поверхностях рассеянное поле состоит из суперпозиции плоских волн (дифракц. спектров разл. порядка), распространяющихся в дискретных направлениях, определяемых условием Брэгга. Если период неровностей (неоднородностей) меньше половины длины звуковой волны, то амплитуды всех рассеянных волн (помимо зеркально отражённой волны) экспоненциально убывают при удалении от поверхности и рассеянное поле сосредоточено вблизи поверхности (ближнее поле).
Ю. П. Лысанов
Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.
В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
![]() |