т.2 No 1

5

Поперечные акустические волны в газе

Действительно, “выражение для скорости u в сферической волне имеет вид

Это выражение представляет собой сумму двух членов, роль которых различна на разных расстояниях от излучателя: вдали от излучателя, при kr >> 1 (волновая зона) основную роль играет второй член, пропорциональный 1/r. В этой области поле пульсирующей сферы можно заменить полем точечного источника с производительностью, равной объёмной скорости на поверхности реального источника. Мощность точечного источника пропорциональна квадрату его производительности. Вблизи источника (kr << 1) становится существенным первый член, пропорциональный 1/r². В этой области нельзя говорить о волновом движении – среда может считаться “несжимаемой” [6, с. 38]. “Звуковое поле имеет различный характер на разных расстояниях от излучателя. Это справедливо для любых акустических излучателей независимо от их формы: на расстояниях r >> d²/ (где d - длина акустического диполя, - авт.) поле практически любого акустического излучателя можно считать сферическим, т.е. звуковое давление спадает по закону 1/r. В этой области, часто называемой зоной Фраунгофера, распространение энергии в пространстве определяется характеристикой направленности. Поле вблизи источника при r d²/ (зона Френеля) вследствие интерференции звука носит сложный характер” [там же, с. 39]. Исходя из этого следует ожидать, что суперпозиция противофазных акустических волн на больших расстояниях от источника также будет обладать степенью затухания 1/r, которая свойственна акустической волне в свободном пространстве.

Сущность физического процесса, на основе которого суперпозиция двух продольных акустических волн может рассматриваться как поперечная волна, заключается в том, что при наложении двух продольных динамических давлений, в некоторой локальной области, согласно построению на рис. 1, формируется результирующее локальное динамическое давление, направленное поперёк направления распространения волны. Это в свою очередь приводит к локальному смещению молекул газа в направлении результирующего давления, – т.е. в поперечном направлении к распространению волны. Само по себе данное смещение не может индуцировать поперечное смещение следующих молекул, как, например, это происходит в твёрдых телах, поскольку в газе для этого отсутствуют необходимые упругие связи. Тем не менее, если само направление распространения поперечной акустической волны будет сформировано источниками продольного акустического поля, то результирующие колебания молекул газа будут иметь поперечный характер во всей области распространения волны, в то время как само распространение такой волны, как и затухание в пространстве, будет определяться продольными акустическими волнами, излучаемыми полувибраторами. Причём следует особо отметить, что указанные поперечные смещения молекул будут носить локальный характер, в полном соответствии с локальным характером динамического давления, возбуждающего эти колебания. Обычной мембраной, используемой для приема продольных акустических волн, если она не имеет асимметрии, данные колебания воздействия производить не будут, т.к. результирующее продольное давление равно нулю. Локальное поперечное давление будет приводить только к развороту мембраны, поскольку наличие данного поперечного давления будет означать появление областей разрежения – сжатия газовой среды, чередующееся наподобие вихревой дорожки Кармана [7]. Поэтому данную волну можно зафиксировать только приемником поляризационного типа, который бы мог реагировать на наличие сжатия – разрежения в направлении, поперечном распространению волны, то есть акустическим диполем. Именно вследствие этого можно отождествлять исследуемый тип волн с поперечной (поляризационной) волной.