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  

Рассеяние волн на случайной поверхности

Рассеяние волн на случайной поверхности - рассеяние волн на статистически неровной границе раздела двух сред. Рассеяние волн на случайной поверхности оказывает существ. влияние на характер распространения радиоволн в естеств. условиях: рассеяние на неровностях рельефа земной поверхности, взволнованной поверхности моря, ниж. границе ионосферы приводит к флуктуациям параметров радиосигналов. При передаче сигналов по вол-новодным или квазиоптич. линиям передачи шероховатость поверхности является причиной появления паразитных мод, искажения передаваемых сигналов и их дополнит. затухания. При работе радиолокац. и радиометрич. систем Р. в. на с. п., с одной стороны, является источником пассивных помех, маскирующих полезный сигнал, а с другой - содержит полезную информацию о параметрах рассеивающей поверхности, являясь физ. основой методов дистанц. зондирования окружающей среды, напр. для определения по радиолокац. (радиометрич.) данным параметров морского волнения, состояния ледового и снежного покрова, степени расчленённости рельефа и т. д. В задачах гидро- и сейсмоакустики аналогичную роль играет рассеяние звука на поверхности и дне океана, на др. границах раздела сред с различающимися физ. параметрами. В оптике Р. в. на с. п. приводит к нарушению законов зеркального отражения и преломления, является причиной искажений изображения в реальных оптич. системах и диффузного рассеяния света разл. матовыми поверхностями. В физике твёрдого тела рассеяние разл. квазичастиц, трактуемых как волны, на естеств. шероховатой поверхности образца приводит к уменьшению времени их жизни, затуханию собств. состояний (напр., магн. поверхностных уровней), влияет на характер скин-эффекта и др. кинетич. явлений (электро- и теплопроводность тонких плёнок, расширение линий резонансных переходов между разл. квантовыми состояниями и т. д.).

4027-41.jpg

Отклонения неровной поверхности S (рис.) от ср. плоскости г = 0 описываются случайной функцией z = = x(r), где r = (х, у), усреднение по ансамблю реализаций этой функции обозначается <...>. Скалярное волновое поле U(R, t), R = (r, z) (либо любая компонента векторного) в результате Р. в. на с. п. также становится случайным и может быть представлено в виде суммы среднего (когерентного) поля <U> и флуктуаци-онного (некогерентного) поля и. Для описания Р. в. на с. п. в качестве первичного поля достаточно, в силу принципа суперпозиции, рассмотреть плоскую монохроматич. волну Ui = exp[i(kR - wt)] с волновым вектором k и частотой w, падающую из верх. полупространства под углом q0 на границу раздела двух сред. Ниже описываются только отражённые волны, рассеянные в верх. полупространство. Для решения задачи о Р. в. на с. п. используют след. приближённые методы.

Метод малых возмущений (ММВ) применяют для достаточно низких и пологих неровностей:

4027-42.jpg

Здесь P - параметр Рэлея, 4027-43.jpg - дисперсия высот неровностей, l - их радиус корреляции,4027-44.jpg- дисперсия наклонов. При скользящем распространении (q0 : p/2) вместо P следует требовать малости параметра Фейнберга:4027-45.jpg Рассеянное волновое поле U представляют в виде ряда U = U0 + u1 + u2 + ···, где U0 - отражённое (преломлённое) поле на плоской границе (x = 0), а ип ~ ~ xn - малые поправки к U0. Если ограничиться только первыми двумя слагаемыми в ряде ММВ, то ср. поле 4027-46.jpg совпадает с невозмущённым U0, а флуктуац. поле и - с однократно рассеянным полем и1 (борновское приближение).

Рассеивающие свойства неровной поверхности характеризуют уд. эфф. поверхностью рассеяния 4027-47.jpg, к-рая определяется как умноженное на 4p отношение ср. потока энергии флуктуац. поля и, рассеянного с единицы площади S0 в единичный телесный угол в направлении b, к плотности потока энергии в падающей волне, распространяющейся в направлении a = k/k:

4027-48.jpg

Здесь R - расстояние от центра рассеивающей площадки S0 до точки наблюдения R, находящейся в дальней зоне (зоне Фраунгофера); q = = k(b-a) - вектор рассеяния, 4027-49.jpg - его проекция на плоскость z = 0, Sx(q)- пространств. спектральная плотность неровностей, связанная преобразованием Фурье с их корреляционной функцией 4027-50.jpg , для пространственно однородной статистически неровной поверхности

4027-51.jpg

Явный вид не зависящего от параметров неровностей множителя Q(a, b) определяется конкретными условиями. Напр., при рассеянии звука на абсолютно мягкой поверхности (U|S = 0)

4027-52.jpg

на абсолютно жёсткой поверхности (9Ul9n|S = 0)

4027-53.jpg

здесь f - угол между плоскостью падения (a, N0) и плоскостью рассеяния (b, N0), N0 - орт вдоль оси Оz. При рассеянии эл--магн. волны на идеально проводящей поверхности

4027-54.jpg,

где p0, p - единичные векторы поляризации падающей волны и приёмника, ортогональные к направлениям распространения волн: (р0a) = (рb) = 0. При обратном рассеянии b = -a (в радиолокации) на неровной границе раздела двух сред с диэлектрич. проницаемостя-ми e1 = 1 и e2 = e:

4027-55.jpg

Здесь Vг,в(q0) - коэф. отражения Френеля для горизонтальной (Г) и вертикальной (В) поляризации (см. Френеля формулы).

Р. в. на с. п. в борновском приближении, как следует из ф-лы (1), является резонансным: из направления a в направление b рассеивает только одна пространств. гармоника из спектра 4027-56.jpg неровностей поверхности, волновой вектор к-рой совпадает с проекцией вектора рассеяния q на плоскость z = 0.

Модифицированная теория возмущений (МТВ) учитывает при расчёте ср. поля4027-57.jpgмногократное рассеяние. Отражение ср. поля4027-58.jpgот случайной поверхности происходит так же, как и от плоской границы раздела z = 0, но с эфф. поверхностным импедансом 4027-59.jpg, зависящим от длины волны l и направления облучения, т. е. при Р. в. на с. п. имеет место дисперсия пространственная .Для абсолютно жёсткой поверхности 4027-60.jpg выражается через интеграл по всем направлениям рассеяния b от величины4027-61.jpg, аналитически продолженной4027-62.jpgв область комплексных углов рассеяния

4027-63.jpg

где4027-64.jpg4027-65.jpg

4027-66.jpg 0). Активная часть импеданса 4027-67.jpg пропорциональна энергии, рассеянной во флуктуац. поле, и определяется интегралом (2) только по вещественным углам рассеяния4027-68.jpg, рассеяние происходит в однородные уходящие от поверхности волны; реактивная часть 4027-69.jpg связана с рассеянием в неоднородные волны 4027-70.jpg , ею обусловлены сдвиг фаз между падающей и отражённой волнами и замедление поверхностных волн, распространяющихся над шероховатой жёсткой поверхностью.

При рассеянии эл--магн. волн статистически неровная поверхность по отношению к когерентному полю эквивалентна импедансной, вообще говоря, анизотропной плоскости, описываемой тензором поверхностного импенданса 4027-71.jpg: m, v = x, у, связывающего тангенц. компоненты ср. электрич. E и магн. H полей:

4027-72.jpg

для идеально проводящей поверхности (|e|:,)

4027-73.jpg

При рассеянии волн на изменяющейся во времени границе раздела, возмущения к-рой можно представить в виде суперпозиции бегущих плоских волн с волновыми векторами p и частотами W(p), происходит изменение частоты рассеянных волн по сравнению с частотой падающей волны w. В борновском приближении спектр рассеянного поля в зоне Фраунгофера состоит из двух комбинац. частот:

4027-74.jpg

Затухание поверхностных волн [ImW(p).0], а также след. порядки в ММВ отражаются в расширении спектра рассеянного поля и появлении др. комбинац. частот.

В ближней зоне (зоне Френеля) интерференция рассеянных волн приводит к флуктуациям амплитуды и фазы волнового поля, характер к-рых определяется значением волнового параметра D = R/kl2cosq0, равного по порядку величины ср. числу неровностей в первой зоне Френеля: при D4027-75.jpg1 - флуктуации амплитуды малы, а дисперсия флуктуации фазы равна параметру Рэлея Р; при D 4027-76.jpg 1 - флуктуации амплитуды и фазы некоррелиро-ваны, а их дисперсии совпадают и равны Р/2.

Метод касательной плоскости (МКП), или метод Кирхгофа, применяют для решения задач о Р. в. на с. п. с большими по сравнению с l неровностями. При этом допустимы сколь угодно большие значения параметра Рэлея, однако неровности должны быть достаточно гладкими -kacos3q'4027-78.jpg1, где а - характерный радиус кривизны поверхности, а q' - локальный угол падения, соsq' = -(па). В основе МКП лежит предположение о том, что поле U в каждой точке RS поверхности S можно представить в виде суммы полей падающей волны и волны, зеркально отражённой от плоскости, касательной к поверхности в точке Rs; поле в произвольной точке R затем определяют по Грина формуле в соответствии с принципом Гюйгенса - Френеля. После усреднения по ансамблю реализаций x(r)когерентное поле <U> распространяется только в направлении зеркального отражения от ср. плоскости z = 0, отличаясь от поля нулевого приближения U0 на эфф. коэф. отражения VЭ:

4027-79.jpg

w(x) - плотность распределения вероятности случайных отклонений x от ср. плоскости z = 0. Для нормальной случайной поверхности, отклонения к-рой от ср. плоскости соответствуют Гаусса распределению, VЭ = exp (- P/2).

Некогерентное рассеяние в заданном направлении при больших значениях параметра Рэлея определяется вероятностью зеркально отражающих из a в b наклонов поверхности g3 = -q^/qz (с нормалью n3 = q/q):

4027-80.jpg


где wg - плотность распределения вероятностей наклонов g =4027-81.jpg, a V(q3) - коэф. отражения Френеля при зеркальных углах падения, cosq3 = (n3b) = - (n3a).

Учёт затенений поверхности в рамках МКП сводится к тому, что в ф-лах (3) и (4) под функциями w(x) и wg следует понимать плотности распределения высот и наклонов только освещённых (но отношению к направлениям a и b) участков поверхности. Величина 4027-82.jpg в форме (4) не зависит от длины волны излучения и по сути является следствием применения геометрической оптики метода .Расчёт дифракц. эффектов приводит к поправкам к МКП ~ s2/k2l4, а для эл--магн. волн в радио-локац. случае (b = -a) - к появлению деполяризации рассеянного поля, что не удаётся выявить в рамках ММВ и МКП.

Двухмасштабную модель (ДММ) применяют для интерпретации эксперим. данных по Р. в. на с. п. с широким спектром вертикальных и горизонтальных масштабов неровностей, когда не выполняются условия применимости ни ММВ, ни МКП. Шероховатую поверхность в ДММ рассматривают как суперпозицию мелкомасштабной "ряби" (для расчёта рассеяния на к-рой применим ММВ) и гладких крупномасштабных неровностей z = Z(r)с наклонами 4027-83.jpg удовлетворяющими МКП. В результате 4027-84.jpg представляется в виде суммы (4) (где следует заменить g на Г) и усреднённой по наклонам крупномасштабной поверхности Г величины 4027-85.jpg рассчитанной по ф-ле (1) для шероховатой плоскости со ср. нормалью N = (N0 - Г)(1 + Г2)-1/2:

4027-86.jpg

где w(Г) - плотность распределения вероятностей наклонов Г. С помощью ДММ описывают рассеяние радиоволн взволнованной морской поверхностью и поверхностью Луны, рассеяние звука поверхностью и дном океана.

Метод малых наклонов (ММН) применяют для расчёта Р. в. на с. п. с неровностями произвольной высоты, но достаточно пологими4027-87.jpg. Для низких неровностей ММН приводит к ф-лам ММВ, для высоких - к МКП. Первый член ряда по g0 получается из ф-лы (1) борновского приближения для4027-88.jpg (определённого для полного рассеянного поля, а не только флуктуационного) заменой:

4027-89.jpg

где Dx (r) = < [x(r+r) - x(r)]2 > - структурная функция неровностей нормальной (гауссовой) поверхности. Учёт когерентности волн, испытывающих многократные рассеяния на сильношероховатой поверхности и распространяющихся в противоположных направлениях по одним и тем же траекториям, приводит к явлению усиления обратного рассеяния, аналогичного тому, к-рое имеет место при рассеянии волн на объёмных неод-нородностях. См. также Дифракция волн, Рассеяние звука, Рассеяние света.

Литература по рассеянию волн на случайной поверхности

  1. Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955;
  2. Фейнберг Е. Л., Распространение радиоволн вдоль земной поверхности, М., 1961;
  3. Басе Ф. Г., Fукс И. М., Рассеяние полн на статистически неровной поверхности, М., 1972;
  4. Шмелев А. Б., Рассеяние волн статистически неровными поверхностями, "УФЫ", 1972, т. 106, с. 459;
  5. Введение в статистическую радиофизику, ч. 2 - Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И., Случайные поля, М., 1978, гл. 9;
  6. Исимару А., Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, пер, с англ., т. 2, М., 1981, гл. 21;
  7. Бреховских Л. М., Лысанов Ю. П., Теоретические основы акустики океана, Л., 1982,

И. М. Фукс

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

(время поиска примерно 20 секунд)


Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 27.11.2020 - 15:56: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
27.11.2020 - 15:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 18:27: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Аманды Вольмер - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 16:10: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 16:09: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 15:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 15:32: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
26.11.2020 - 12:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александра Флоридского - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:52: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 07:37: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Александры Андерссон - Карим_Хайдаров.
25.11.2020 - 06:51: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution