к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Геометрическая акустика

Геометрическая акустика - упрощённая теория распространения звука, пренебрегающая дифракц. явлениями (см. Дифракция волн, Дифракция звука). В геометрической акустике звуковое поле представляют в виде лучевой картины, не зависящей от длины волны, и считают, что звуковая энергия распространяется вдоль каждой лучевой трубки независимо от остальных лучей; это даёт обратную пропорциональность между плотностью потока энергии вдоль луча и площадью поперечного сечения лучевой трубки. В однородных средах лучи - прямые линии, в неоднородных они искривляются (см. Рефракция звука).

С матем. точки зрения геометрической акустики есть предельный случай волновой теории распространения звука при стремлении длины волны к нулю и в этом отношении аналогична геометрической оптике в теории распространения света. Геометрической акустикой можно пользоваться при конечной длине волны звука, если эта длина достаточно мала по сравнению с расстоянием, на к-ром скорость звука меняется существенно, и по сравнению с характерными размерами задачи (напр., размерами препятствия, поперечником излучателя и т. п.); кроме того, должно быть выполнено условие медленности изменения параметров звукового поля в направлении, перпендикулярном к лучам. Геометрическая акустика неприменима или даёт значит. погрешность при расчёте звукового поля в областях, где вследствие волновой природы звука существенны дифракц. эффекты, к-рые в геометрической акустике не учитываются принципиально (напр., вблизи границы тени, вблизи фокальной области при фокусировке звука и т. п.). В области применимости геометрической акустики звуковое поле в любой точке можно рассматривать локально как квазиплоскую волну, бегущую в направлении касательной к лучу. Для гармонич. волн каждую величину р, характеризующую поле, можно записать в виде

1119922-337.jpg

где 1119922-338.jpg- частота, амплитуда а - медленно меняющаяся функция координат, с0 - локальная скорость звука в нач. точке, а эйконал 1119922-339.jpgсвязан с локальным коэф. преломления п соотношением

1119922-340.jpg

где 1119922-341.jpg- единичный вектор касательной к лучу. Пользуясь Ферма принципом ,можно найти ур-ние луча в виде

1119922-342.jpg

где 1119922-343.jpg- кривизна луча, N - единичный вектор его гл. нормали. Из этого ур-ния следует, что луч искривляется в сторону уменьшения скорости звука.

При распространении звука соотношения геометрической акустики могут потерять свою применимость в результате усложнения структуры звукового поля, а затем вновь восстановить её. Так, при приближении к каустической поверхности геометрическая акустика даёт при расчёте поля ошибочные результаты (в частности, согласно лучевой картине, поле на каустике обращается в бесконечность); по удалении от каустики звуковое поле снова правильно описывается лучевой картиной. При физ. выделении лучевой трубки, напр. при диафрагировании плоской волны большим отверстием в экране, когда, согласно геометрической акустике, проходящий пучок параллельных лучей должен был бы распространяться неограниченно, в действительности лучи постепенно вытесняются с боков дифракц. полем и на расстоянии 1119922-344.jpg от экрана (D - линейный размер отверстия, 1119922-345.jpg - длина волны звука) проходящее поле полностью теряет свой лучевой характер. При 1119922-346.jpg лучевой характер поля восстанавливается, но получающийся пучок лучей оказывается расходящимся. Аналогично ведёт себя пучок лучей, создаваемый большим поршневым излучателем. Звуковая тень позади большого препятствия засвечивается с боков дифракц. полем, огибающим препятствие. Вдали от источников звука и от препятствий звуковое поле в среде со свойствами, медленно меняющимися от точки к точке, описывается лучевой картиной всюду, за исключением областей, близких к каустикам. Действие линз акустических и зеркал акустических можно изучать при помощи геометрической акустики всюду, за исключением области, близкой к фокусу.

Отражение и преломление звука можно рассматривать при помощи лучевой картины при условии, что радиусы кривизны граничной поверхности велики по сравнению с длиной волны, а источник звука находится вдали от границы. Направления отражённых и преломленных лучей следует определять по Снелля закону ,считая, что отражение происходит в каждой точке от плоскости, касательной к поверхности в этой точке; амплитуды отражённого и преломлённого луча определяются по ф-лам Френеля для отражения и преломления плоских волн.

Геометрическая акустика широко применяют при расчёте звуковых полей в естественных средах: в атмосфере, океане и толще Земли (особенно при распространении на большие расстояния). Лучевая картина позволяет объяснить образование звуковых теней, зон молчания, зон аномальной слышимости, явление сверхдальнего распространения в подводном звуковом канале и т. п. и делается неприменимой только на низком инфразвуке (см. Гидроакустика, Геоакустика).

Литература по геометрической акустике

  1. Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., M., 1959;
  2. Бреховских Л. M., Волны в слоистых средах, 2 изд., M., 1973, гл. 6;
  3. Чернов Л. А., Волны в случайно-неоднородных средах, M., 1975, ч. 1.

M. А. Исакович

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, как ни тужатся релятивисты, CMB (космическое микроволновое излучение) - прямое доказательство существования эфира, системы абсолютного отсчета в космосе, и, следовательно, опровержение Пуанкаре-эйнштейновского релятивизма, утверждающего, что все ИСО равноправны, а эфира нет. Это фоновое излучение пространства имеет свою абсолютную систему отсчета, а значит никакого релятивизма быть не может. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution