Нелинейная акустика

область акустики (См. Акустика), изучающая явления, для описания которых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учёт нелинейных членов уравнений гидродинамики и уравнения состояния. Обычно такие явления (так называемые нелинейные эффекты) становятся существенными лишь при достаточно больших амплитудах звуковых волн; в этом смысле предмет изучения Н. а. — звуковые поля большой интенсивности, например распространение мощных ультразвуковых и звуковых (ударных) волн, генерация интенсивных паразитных колебаний при работе ракетных двигателей и т.п.

Распространение интенсивных звуковых волн (называемых также волнами конечной амплитуды) обладает рядом существенных особенностей. Одна из них — изменение формы волны при её распространении — обусловлена разницей в скоростях перемещения различных точек её профиля: точки, соответствующие областям сжатия, «бегут» быстрее точек, соответствующих областям разрежения. Происходит это потому, что скорость звука в области сжатия больше, чем в области разрежения; кроме того, волна увлекается средой, которая в области сжатия движется в направлении распространения волны, а в области разрежения — в противоположном направлении. Для волн малой амплитуды эта разница скоростей пренебрежимо мала, и потому распространение таких волн происходит практически без изменения их формы, в соответствии с решениями линейной акустики, принимающей скорость звука постоянной для всех точек профиля волны. В случае же волн большой интенсивности накапливающийся эффект изменения формы первоначально синусоидальной волны может привести к такому увеличению крутизны отдельных участков её профиля, что на каждом периоде её появятся разрывы и образуется периодическая ударная волна пилообразной формы (рис.).

В отличие от волн малой амплитуды, интенсивные звуковые волны не подчиняются Суперпозиции принципу. К числу нелинейных эффектов относятся также Давление звука и акустического течения (см. Акустический ветер), существенные для некоторых технологических процессов.

Лит.: Зарембо Л. К. и Красильников В. А., Введение в нелинейную акустику, М., 1966; Физика и техника мощного ультразвука, под ред. Л. Д. Розенберга, [кн. 2], М., 1968.

Фотография формы первоначально синусоидальной волны на расстоянии в 100 длин волн от излучателя.

НЕЛИНЕЙНАЯ АКУСТИКА - раздел акустики, изучающий свойства звуковых волн большой амплитуды (интенсивности), для описания которых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учет нелинейных членов в уравнениях гидродинамики и уравнениях состояния.

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 при распространении звук. волн большой интенсивности (т. н. волн конечной амплитуды) и проявляются во вз-ствии разл. мод гидродинамич. возмущения, отсутствующих в рамках линейного приближения, характеризующегося выполнением суперпозиции принципа. Нелинейные эффекты в акустич. поле можно рассматривать как результат изменения св-в среды, вызванного распространяющейся волной и влияющего как на распространение данной волны (самовоздействие), так и на распространение др. гидродинамич. возмущений (вз-ствие). К нелинейным эффектам относятся: изменение формы волны в процессе её распространения, т. е. изменение временной зависимости параметров волны, возникновение комбинационных тонов при рассеянии звука на звуке, самофокусировка волны, давление звук. излучения, акустич. течения, кавитация и др.

Характерной чертой нелинейных эффектов явл. их зависимость от амплитуды волны, в отличие от явлений линейной акустики (напр., дифракции волн, рассеяния звука), определяемых лишь частотой и скоростью звук. волны. Их относит. вклад характеризуется безразмерной величиной — Маха числом M=v/c=r'/r, где v — амплитуда колебательной, скорости частиц, с — скорость звука, r' — обусловленная волной избыточная плотность, r — равновесное значение плотности. Учёт нелинейных членов в ур-ниях гидродинамики и ур-ниях состояния приводит не только к нелинейным поправкам порядка М, малым при М<-1, во и к накапливающимся при распространении волны эффектам, к-рые радикально изменяют картину распространения волны даже при малых М. Пример такого накапливающегося эффекта — искажение формы волны при её распространении, обусловленное разницей в скоростях перемещения разл. точек профиля волны. Точки, соответствующие областям сжатия, «бегут» быстрее точек, соответствующих областям разрежения.

Энциклопедический словарь

нелине́йная аку́стика

раздел акустики, изучающий свойства звуковых волн большой амплитуды (интенсивности), для описания которых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учёт нелинейных членов в уравнениях гидродинамики и уравнениях состояния.

* * *

НЕЛИНЕЙНАЯ АКУСТИКА

НЕЛИНЕ́ЙНАЯ АКУ́СТИКА, раздел акустики, изучающий свойства звуковых волн большой амплитуды (интенсивности), для описания которых обычные приближения линейной теории звука недостаточны и необходим учет нелинейных членов в уравнениях гидродинамики и уравнениях состояния.