ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ

ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ
ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ

в звуковом поле - совокупность сил, действующих на вещество или тело, помещённое в звуковом поле. В П. с. вносят вклад переменное звуковое давление, пропорциональное амплитуде звука, и квадратичные эффекты - ра-диац. давление, силы Бьеркнеса (см. ниже), а также гидродинамич. силы, обусловленные движением среды в звуковой волне. П. с. проявляются в действии звуковой волны на чувствит. элементы приёмников звука, в УЗ-коагуляции, диспергировании, кавитации, в возникновении акустических течений, усталости материалов, подвергающихся длит. воздействию интенсивного акустич. излучения, во вспучивании границ раздела двух сред.

Сила, действующая на элемент объёма 4009-162.jpgи равная 4009-163.jpg где 4009-164.jpg- объёмная плотность П. с., определяется изменением импульса (см. Импульс звуковой волны )элемента объёма 4009-165.jpg в единицу времени, равным импульсу, втекающему в объём через его поверхность. Если тензор плотности потока импульса -4009-166.jpg то i-я компонента силы, действующая на объём 4009-167.jpgопределяется выражением

4009-168.jpg

где dS - элемент поверхности, ограничивающий объём, а 4009-169.jpg- внешняя по отношению к объёму нормаль. Соответственно этому сила, действующая на элемент поверхности dS, равна потоку импульса через него и определяется выражением 4009-170.jpgВ частности, на поверхности единичной площади действует сила, i -я компонента к-рой 4009-171.jpg Тензор плотности потока импульса звуковой волны

4009-172.jpg

где p- звуковое давление, 4009-173.jpg- компонента колебательной скорости частиц, 4009-174.jpg- символ Кронекера (4009-175.jpg= 1 при i=k,dik= 0 при i4009-176.jpgk),4009-177.jpg- тензор вязких напряжений, 4009-178.jpg- плотность среды. Если поверхность жёсткая, то скорость частиц среды, прилегающих к ней, обращается в нуль и сила, действующая на единицу её площади, равна 4009-179.jpg Осн. вклад в силу при таких условиях даёт звуковое давление р, и именно эта величина воспринимается чувствит. элементами приёмников звука. Для монохро-матич. звуковых волн р - гармонич. ф-ция времени, меняющаяся с частотой звука. В жидкостях при интенсивности звука 4009-180.jpg характерной для ряда практич. применений в УЗ-технологии, р=4009-181.jpgПа. Такие силы могут превысить порог прочности жидкости и вызвать кавитацию. Средняя по времени П. с., обусловленная звуковым давлением в гармонич. звуковых полях, равна нулю.

Помимо этого в звуковых полях возникают постоянные во времени П. с. Они определяются квадратичными членами тензора плотности потока импульса, усреднёнными по периоду колебаний звука. Отличные от нуля эти члены по порядку величины равны плотности энергии звуковой волны: 4009-182.jpg Обычно эти силы можно рассматривать как результат действия радиац. давления, или давления звукового излучения. Их величина мала, напр. в воздухе 4009-183.jpg 4009-184.jpg 4009-185.jpg Па при интенсивности звука 4009-186.jpgв воде 4009-187.jpg10 Па при интенсивности звука 14009-188.jpgТем не менее они приводят к заметным эффектам, проявляющимся, напр., в появлении акустич. течений, во вспучивании границ раздела двух сред и даже в возникновении фонтанчиков жидкости.

П. с. значит. величины действуют не только на элементы среды, в к-рой возбуждено звуковое поле, но и на граничащие с ней поверхности, а также на тела, находящиеся в среде. Так, напр., на взвешенное в акустич. поле тело, размеры к-рого много меньше длины звуковой волны l, а плотность равна плотности окружающей среды, в звуковом поле действует сила, заставляющая его колебаться вместе с частицами среды. При отличии плотности тела 4009-189.jpgот плотности 4009-190.jpgокружающей среды возникает движение тела относительно среды, причём если 4009-191.jpgто оно отстаёт от частиц среды, а если 4009-192.jpg- то опережает их. Движение тела относительно среды вызывает дополнит. движение среды (рассеянную волну), а значит, и дополнит. силу реакции, действующую на тело. Напр., на жёсткую сферу радиуса 4009-193.jpgпри 4009-194.jpgв поле плоской бегущей звуковой волны действует сила

4009-195.jpg

где 4009-196.jpg- волновое число звуковой волны, E- средняя по времени плотность энергии акустич. поля, Если 4009-197.jpgвблизи одного из тел в звуковом поле имеется другое, то влияние на первое тело рассеянной волны, исходящей от второго тела, приводит к появлению добавочной силы. Эта сила имеет характер вторичного радиац. давления и приводит к взаимодействию тел в звуковом поле. В частности, две сферы с радиусами a и b, пульсирующие в звуковом поле на расстоянии 4009-198.jpgдруг от друга, притягиваются друг к другу с силой 4009-199.jpg

где 4009-200.jpg- колебат. скорости поверхностей сфер, 4009-201.jpg - сдвиг фаз их колебаний,4009-202.jpg- плотности среды;4009-203.jpg наз. силой Бьеркнеса. Между осциллирующими сферами возникают более слабые силы взаимодействия; для двух сфер, осциллирующих в звуковом поле под действием звука со скоростями 4009-204.jpgцентральная составляющая этой силы равна 4009-205.jpg

(4009-206.jpg- угол между направлением колебаний тел и линий, соединяющих их центры).

Наряду с силами акустич. происхождения, зависящими от сжимаемости среды, на тела, помещённые в звуковое поле, действуют также силы, вызванные движением тела относительно среды. Такие силы наз. гидродинамическими. К их числу относится сила сопротивления, к-рую испытывает тело, движущееся с пост. скоростью в вязкой жидкости. Для жёсткой сферы радиуса 4009-207.jpgдвижущейся со скоростью 4009-208.jpg эта сила выражается ф-лой Стокса:где 4009-209.jpg - коэф. динамич. вязкости среды.4009-210.jpg Др. примером гидродинамич. силы является сила Бернулли, притягивающая тела, движущиеся в жидкости или омываемые ею. Для случая двух жёстких сфер с радиусами a и Ъ, находящихся на расстоянии 4009-211.jpgдруг от друга в потоке жидкости, движущейся со скоростью 4009-212.jpgсила Бернулли равна

4009-213.jpg

Эта сила действует, в частности, на находящиеся в звуковом поле жёсткие частицы, малые по сравнению с l. Заметим, что в случае возникновения акустич. течений и микропотоков при кавитации различие между гидродинамич. силами и усреднёнными по времени П. с. бывает чисто условным.

П. с. используется в разнообразных приёмниках звука, устройствах, измеряющих его интенсивность ( радиометр, Рэлея диск). На действии П. с. основаны эффекты коагуляции, дегазации жидкостей и металлов, диспергирования твёрдых тел в жидкости, эмульгирования и т. п., применяемые в УЗ-технологии.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. М., Механика сплошных сред, 2 изд., М., 1954; Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике, пер. с нем., 2 изд., М., 1957, гл. 6; Лебедев П. Н., Собр. соч., М., 1963, с. 68; Красильников В. А., Крылов В. В., Введение в физическую акустику, М., 1984. Я. А. Наугольных.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ" в других словарях:

  • ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ — вэлектродинамике силы, действующие на тела в электрич. и магн. полях. Термин П. с. введён во времена, когда наряду с весомыми телами признавалось существование невесомых субстанций (эфир, электрич. жидкость и т. п.); в совр. лексиконе иногда… …   Физическая энциклопедия

  • ПОНДЕРОМОТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА — (от лат. pondus, род. падеж ponderis тяжесть и motor движущий) механич. воздействие оптич. излучения на вещество, состоящее в передаче ему светом импульса и момента импульса и не меняющее состояние вещества (плотность, темп ру и т. п.). Частная… …   Физическая энциклопедия

  • СВЕРХСИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ — поля с напряжённостью Н?0,5=1,0 МЭ (граница условна). Нижнее значение С. м. п. соответствует макс. значению стационарного поля =500 кЭ, к рое может быть доступно средствам совр. техники, верхнее полю 1 МЭ, даже кратковрем. воздействие к рого… …   Физическая энциклопедия

  • Электромагнитная теория света — 1. Характерные свойства луча света. 2. Свет не есть движение упругого твердого тела механики. 3. Электромагнитные явления как механические процессы в эфире. 4. Первая Максвеллова теория света и электричества. 5. Вторая Максвеллова теория. 6.… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • КОАГУЛЯЦИЯ АКУСТИЧЕСКАЯ — процесс сближения и укрупнения взвешенных в газе или жидкости мелких твёрдых частиц, жидких капелек и газовых пузырьков под действием акустич. колебаний звуковых и УЗ частот. При К. а. уменьшается дисперсность (оцениваемая по общей поверхности… …   Физическая энциклопедия

  • НЕЛИНЕЙНАЯ АКУСТИКА — область акустики, изучающая явления, для описания к рых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учёт нелинейных членов ур ний гидродинамики и ур ния состояния. Обычно такие явления, т. я. нелинейные эффекты, возникают… …   Физическая энциклопедия

  • ПОНДЕРОМОТОРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОВ — механич. взаимодействие токов посредством возбуждаемых ими магн. полей. Для двух проводников l1 и l2 с токами I1 и I2 сила DF12, с к рой элемент тока I1Dl1 действует на элемент тока I2Dl2 (рис.), равна …   Физическая энциклопедия

  • Электромагнитные явления в аэродинамике — процессы, связанные с ионизацией газа около ЛА, в силовых установках и экспериментальном оборудовании. Учёту различных классов Э. я. посвящены специальные разделы аэрогидродинамики. Изучение движения униполярно заряженных сплошных сред в… …   Энциклопедия техники

  • ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ — количественная характеристика эл. магн. взаимодействия. Величина Э. э. п. может быть установлена на основании измерения работы, производимой эл. магн. полем ( Лоренца силой )над носителями электрич. зарядов. Из определения напряжённости электрич …   Физическая энциклопедия

  • электромагнитные явления — в аэродинамике — процессы, связанные с ионизацией газа около летательного аппарата, в силовых установках и экспериментальном оборудовании. Учёту различных классов Э. я. посвящены специальные разделы аэрогидродинамики. Изучение движения… …   Энциклопедия «Авиация»


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»