Давление звукового излучения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Не следует путать давление звукового излучения со звуковым давлением.

Давление звукового излучения, давление звука — среднее по времени избыточное давление на препятствие, помещённое в звуковое поле. Это давление определяется импульсом, передаваемым волной в единицу времени на единицу площади препятствия.

  • При нормальном падении на плоскую поверхность, полностью отражающую звук, давление называется рэлеевским, и определяется формулой:  P = \frac {\gamma +1}{8} \rho v^2 = (\gamma +1) E_k, где \rho — плотность невозмущённой среды, v — амплитуда колебательной скорости частиц в пучности стоячей волны, E_k — средняя по времени и пространству плотность кинетической энергии звуковой волны, \gammaпоказатель адиабаты, равный в случае газов отношению c_p / c_v (c_v и c_p — теплоёмкости при постоянном давлении и объёме). Давление Рэлея наблюдается, например, в жёсткой трубе, где волну можно считать плоской.
  • Давление звукового излучения, создаваемое звуковым пучком или лучом, то есть ограниченной по фронту плоской волной, распространяющейся в безграничной невозмущённой среде, при нормальном падении на полностью отражающую плоскую поверхность называется давлением Ланжевена и определяется формулой  P= \rho v^2/4 = 2 E_k.
  • Когда средние по времени плотности потенциальной и кинетической энергий равны друг другу, давления Рэлея и Ланжевена пропорциональны плотности полной анергии звуковой волны или интенсивности звука. Давление Ланжевена на частично отражающее твёрдое препятствие равно  P= (1 + R^2) E , где R — коэффициент отражения по давлению, E — среднее по времени значение плотности полной энергии в падающей волне.
  • При нормальном падении звукового пучка на поверхность раздела двух сред эта поверхность испытывает давление звукового излучения, выражаемое формулой  P= 2 E_{k1} (1 + R^2) - 2 E_{k2}, где E_{k1} и E_{k2} — средние по времени значения плотности кинетической энергии падающей волны в первой среде и прошедшей волны во второй среде. Если R=0, то P определяется только плотностью кинетической энергии в обеих средах и не зависит от направления распространения волны относительно границы.

Давление звукового излучения — эффект второго порядка малости; оно мало по сравнению с амплитудой переменного звукового давления p_0. Например, в воде при интенсивности звука ~ 10 Вт/см² звуковое давление р=5·105 Па, а давление звукового излучения р=10² Па. В воздухе при интенсивности звука 1 Вт/см², то есть при уровне интенсивности 160 дБ, p≈3·103 Па, а P=10 Па.

Давление звукового излучения, действующее на границе раздела двух жидких или жидкой и газообразной сред, приводит к вспучиванию поверхности раздела, которое при достаточной интенсивности звука переходит в фонтанирование. Это явление используется при ультразвуковом распылении жидкостей. Давление звукового излучения играет важную роль в процессе акустической коагуляции аэрозолей. Давлением звукового излучения пользуются при определении абсолютного значения интенсивности звука с помощью акустического радиометра. В условиях невесомости может применяться для стабилизации предметов в пространстве и перекачки жидкостей.