давление звукового излучения

ДАВЛЕНИЕ ЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (радиационное давление звука, давление звука) - среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещённое в звуковое поле .Д. з. и. определяется импульсом, передаваемым волной в единицу времени на единицу площади препятствия. Д. з. и. на полностью отражающую звук плоскую поверхность при нормальном падении на нее плоской волны определяется ф-лой [Дж. У. Стретт, Рэлей (J. W. Strutt, Rayleigh), 1902]:

где - плотность невозмущённой среды, v - амплитуда колебательной скорости частиц в пучности скорости стоячей волны, Е_к - средняя по времени и пространству плотность кинетич. энергии звуковой волны, - показатель адиабаты, равный в случае газов отношению (с_р и c_V - теплоёмкости при пост. давлении и объёме). Д. з. и., определяемое ф-лой (1) (т. н. давление Рэлея), наблюдается, напр., в жёсткой трубе, где волну можно считать плоской.

Д. з. и., создаваемое звуковым пучком или лучом, т. е. ограниченной по фронту плоской волной, распространяющейся в безграничной невозмущённой среде, при нормальном падении на полностью отражающую плоскую поверхность (т. н. давление Ланжевена) определяется ф-лой [П. Ланжевен (P. Langevin), 1932]:

Когда средние по времени плотности потенциальной и кинетич. энергий равны друг другу, давления Рэлея и Ланжевена пропорциональны плотности полной энергии звуковой волны (аналогично давлению света) или интенсивности звука. Давление Ланжевена на частично отражающее твёрдое препятствие равно

где R - коэф. отражения по давлению (см. Отражение звука), E - среднее по времени значение плотности полной энергии в падающей волне. При нормальном падении звукового пучка на поверхность раздела двух сред эта поверхность испытывает Д. з. и., выражаемое ф-лой

где Е_К1 и Е_К2 - средние по времени значения плотности кинетич. энергии падающей волны в 1-й среде и прошедшей волны во 2-й среде. Если R=0, то P определяется только плотностью кинетич. энергии в обеих средах и не зависит от направления распространения волны относительно границы. Д. з. и.- эффект второго порядка малости; оно мало по сравнению с амплитудой переменного звукового давления р₀. Напр., в воде при интенсивности звука 10Вт/см² р=5*10⁵ Па, а Д. з. и. P=10² Па. В воздухе при интенсивности звука 1 Вт/см², т. е. при уровне интенсивности 160 Дб, достигаемом в промышленных установках для коагуляции аэрозолей, р3*10³ Па, a P10 Па.

Д. з. и., действующее на границе раздела двух жидких или жидкой и газообразной сред, приводит к вспучиванию поверхности раздела, к-рое при достаточной интенсивности звука переходит в фонтанирование. Это явление используется при УЗ-распылении жидкостей (см. Диспергирование). Д. з. и. играет важную роль в процессе коагуляции акустической аэрозолей. Д. з. и. пользуются при определении абс. значения интенсивности звука с помощью радиометра акустического. В условиях невесомости может применяться для стабилизации предметов в пространстве, перекачки жидкостей и т. д.

Лит.: Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, M., 1955, p 253а, Красильников В. А., Крылов В. В., Введение в физическую акустику, M., 1984. К. А. Наугольных.

   <<      Предметный указатель      >>