Acoustics of Moving Inhomogeneities
Es wird ein neuer Ansatz für die Theorie der Schallstreuung, -beugung und -ausbreitung in leicht kompressiblen Medien mit beweglichen Inhomogenitäten vorgestellt. Das Hauptkonzept dieses Ansatzes besteht darin, die akustischen Eigenschaften des Mediums durch die Berücksichtigung der Bewegung der Inhomogenitäten zusammen mit dem Beitrag der von ihnen erzeugten Medienströmung zu bereichern.
Beide Faktoren werden in der klassischen Wellenstreuungstheorie üblicherweise ignoriert. Inhomogene Medien werden in der Regel als kontinuierlich mit einer angenommenen lokalen statistischen Eigenschaftsverteilung dargestellt, während strukturelle Besonderheiten und die Bewegung von Medienkomponenten ignoriert werden, was durch ihre extrem kleinen Machzahlen entschuldigt wird. Diese Näherung gilt jedoch nur für die Streuung elektromagnetischer Wellen.
Die Analogie zwischen der Ausbreitung von Schall und elektromagnetischen Wellen in inhomogenen, bewegten Medien versagt in der Akustik von Medien mit bewegten Inhomogenitäten.
Die vorgestellten Schlussfolgerungen beruhen auf analytischen Lösungen von Schallstreuproblemen für die Lighthill-Gleichung in Bezug auf einen Körper, der sich in idealen oder viskosen Medien mit einem beliebigen Verhältnis zwischen Schallwellenlänge und Körpergröße bewegt. Es wird gezeigt, dass der Beitrag der Umgebungsströmung um den sich bewegenden Streuer zur Gesamtschallstreuung mindestens so groß ist wie der Beitrag der Körperbewegung des Streuers.
Unter bestimmten Bedingungen, z. B. bei kleinen, sich bewegenden Teilchen in viskosen Medien, kann der Beitrag des Teilchenkörpers zur Streuung als Ganzes gegenüber dem Beitrag der Umgebungsströmung vernachlässigt werden.
Infolgedessen muss das klassische Rayleigh-Gesetz modifiziert werden, und es werden einige grundlegende Beziehungen abgeleitet, die es ersetzen. Die gewonnenen Ergebnisse sind wichtig für eine Vielzahl von akustischen Problemen, die in sich bewegenden inhomogenen Medien auftreten, von der Schallstreuung in der Atmosphäre oder im Ozean bis zum Schallabfall in Kolloidpartikellösungen. Die Berücksichtigung des Beitrags der Umgebungsströmung zur Schallbeugung an einem großen bewegten Körper erweist sich ebenfalls als notwendig.
Aus diesem Grund sollten viele bekannte Beugungsprobleme, die z. B.
für die Bewertung der Effizienz akustischer Unterwassersysteme verwendet werden, überarbeitet werden. Einige Beispiele für unsere Ergebnisse sind: Vorhersagen zum Schallabfall in atmosphärischen Niederschlägen, in turbulenten Medien und in kolloidalen Lösungen von Schwebeteilchen, die sich in Brownscher Bewegung befinden. Darüber hinaus werden einige experimentelle Daten, die bis dahin unerklärt waren, nun im Lichte dieser neuen Theorie geklärt.
Gleichzeitig zeigen wir die Notwendigkeit, auf der Grundlage der Theorievorhersagen zusätzliche Experimente durchzuführen.
| ISBN: | 9781536100068 |
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| Einband: | Hardcover |
| Erscheinungsjahr: | 2016 |
| Seitenzahl: | 205 |
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