Давление звукового излучения. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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, р

3*10³ Па, a P

10 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.

Литература по давлению звукового излучения

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.