НЕЛИНЕ́ЙНАЯ АКУ́СТИКА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 22. Москва, 2013, стр. 335-337

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: К. А. Наугольных 

НЕЛИНЕ́ЙНАЯ АКУ́СТИКА, раз­дел фи­зи­ки не­ли­ней­ных ко­ле­ба­ний и волн, изу­чаю­щий яв­ле­ния в ин­тен­сив­ных зву­ко­вых по­лях и раз­ра­ба­ты­ваю­щий их прак­тич. при­ло­же­ния. Для опи­са­ния этих яв­ле­ний не­дос­та­точ­ны при­бли­же­ния ли­ней­ной тео­рии зву­ка и не­об­хо­дим учёт не­ли­ней­ных чле­нов урав­не­ний ди­на­ми­ки сре­ды и урав­не­ния со­стоя­ния. Та­кие яв­ле­ния (т. н. не­ли­ней­ные эф­фек­ты) воз­ни­ка­ют в ре­зуль­та­те из­ме­не­ния фи­зич. свойств сре­ды, вы­зван­ных рас­про­стра­няю­щей­ся вол­ной боль­шой ин­тен­сив­но­сти и влияю­щих как на ус­ло­вия рас­про­стра­не­ния дан­ной вол­ны (са­мо­воз­дей­ствие), так и на др. ви­ды воз­му­ще­ний (взаи­мо­дей­ст­вие). К чис­лу не­ли­ней­ных эф­фек­тов в аку­стич. по­ле от­но­сят­ся: из­ме­не­ние фор­мы вол­ны при её рас­про­стра­не­нии, ро­ж­де­ние но­вых час­тот (ком­би­на­ци­он­ных то­нов) и ком­по­нент про­стран­ст­вен­но­го спек­тра, са­мо­фо­ку­си­ров­ка зву­ка, аку­сти­че­ские те­че­ния (зву­ко­вой ве­тер), дав­ле­ние зву­ко­во­го из­лу­че­ния, ка­ви­та­ция аку­сти­че­ская и др. Ха­рак­тер­ная чер­та не­ли­ней­ных эф­фек­тов – их за­ви­си­мость от ам­пли­ту­ды вол­ны или пи­ково­го дав­ле­ния, в от­ли­чие от яв­ле­ний ли­ней­ной аку­сти­ки (ди­фрак­ция зву­ка, рас­сея­ние зву­ка и др.), оп­ре­де­ляе­мых лишь час­то­той и ско­ро­стью зву­ко­вой вол­ны. Вол­ны, при рас­про­стра­не­нии ко­то­рых про­яв­ля­ют­ся не­ли­ней­ные эф­фек­ты, на­зы­ва­ют так­же вол­на­ми ко­неч­ной ам­пли­ту­ды.

Распространение волн конечной амплитуды. 

От­но­сит. вклад не­ли­ней­ных эф­фек­тов за­ви­сит от ам­пли­ту­ды вол­ны и ха­рак­те­ри­зу­ет­ся аку­стич. Ма­ха чис­лом: $M_a=v/c=ρ′/ρ$, где $v$ – ам­пли­ту­да ко­ле­бат. ско­ро­сти час­тиц, $c$ – ско­рость зву­ка, $ρ′$ – вы­зван­ная зву­ко­вым воз­му­ще­ни­ем из­бы­точ­ная плот­ность, $ρ$ – рав­но­вес­ное зна­че­ние плот­но­сти.

Учёт не­ли­ней­ных чле­нов урав­не­ний ди­на­ми­ки сре­ды при­во­дит не толь­ко к не­ли­ней­ным по­прав­кам по­ряд­ка $M_а$, ма­лым при $M_а<1$, но и к на­ка­п­ли­ваю­щим­ся при рас­про­стра­не­нии вол­ны эф­фек­там, ко­то­рые в слу­чае пло­ских волн ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ве­ли­чи­на­ми $M_а𝑘x$ или $M_аωt$, где $𝑘$ – вол­но­вое чис­ло, $ω$ – час­то­та зву­ка, $x$ – ко­ор­ди­на­та в на­прав­ле­нии рас­про­стра­не­ния вол­ны, $t$ – вре­мя. Эти эф­фек­ты ра­ди­каль­но из­ме­ня­ют кар­ти­ну рас­про­стра­не­ния зву­ко­вой вол­ны да­же при ма­лых зна­че­ни­ях $M_а$. При­мер та­ко­го на­ка­п­ли­ваю­ще­го­ся эф­фек­та – ис­ка­же­ние фор­мы вол­ны при её рас­про­стра­не­нии, обу­слов­лен­ное раз­ни­цей в ско­ро­стях пе­ре­ме­ще­ния разл. то­чек её про­фи­ля. Для пло­ской вол­ны в от­сут­ст­вие дис­пер­сии ско­рость $c$ пе­ре­ме­ще­ния точ­ки про­фи­ля, со­от­вет­ст­вую­щей за­дан­но­му зна­че­нию ко­ле­бат. ско­ро­сти $v$, оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой: $c(v)=c_0+εv$, где $ε=(𝜕c^2/𝜕ρ )_Sρ_0/c^2_0+1$ – не­ли­ней­ный па­ра­метр сре­ды, $ρ_0$ и $c_0$ – рав­но­вес­ные зна­че­ния плот­но­сти сре­ды и ско­ро­сти зву­ка в ней, $S$ – эн­тро­пия. Точ­ки про­фи­ля вол­ны, со­от­вет­ст­вую­щие об­лас­тям сжа­тия (где $v>0$), «бе­гут» бы­ст­рее то­чек, со­от­вет­ст­вую­щих об­лас­тям раз­ре­же­ния (где $v<0$), т. к. ско­рость зву­ка в об­лас­ти сжа­тия боль­ше, чем в об­лас­ти раз­ре­же­ния. Кро­ме то­го, про­ис­хо­дит ув­ле­че­ние вол­ны сре­дой, ко­то­рая в об­лас­ти сжа­тия дви­жет­ся в на­прав­ле­нии рас­про­стра­не­ния вол­ны, а в об­лас­ти раз­ре­же­ния – в про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну. Раз­ни­ца ско­ро­стей для разл. то­чек про­фи­ля ма­ла в слу­чае волн ма­лой ин­тен­сив­но­сти, и вол­на ус­пе­ва­ет за­тух­нуть, пре­ж­де чем в ней ра­зо­вьют­ся не­ли­ней­ные эф­фек­ты. По­это­му рас­про­стра­не­ние та­ких волн про­ис­хо­дит без из­ме­нения фор­мы. Ес­ли же ин­тен­сив­ность вол­ны ве­ли­ка, то влия­ние не­ли­ней­ных эф­фек­тов ока­зы­ва­ет­ся бо­лее силь­ным, чем влия­ние дис­си­па­тив­ных про­цес­сов, обу­слов­ли­ваю­щих за­ту­ха­ние вол­ны, и кру­тиз­на вол­но­вых фрон­тов по ме­ре распро­стра­не­ния воз­рас­та­ет; пер­во­на­чаль­но си­ну­сои­даль­ная вол­на пре­вра­ща­ет­ся в пи­ло­об­раз­ную.

 

От­но­сит. роль не­ли­ней­ных и дис­си­па­тив­ных эф­фек­тов ха­рак­те­ри­зу­ет­ся аку­стич. Рей­нольд­са чис­лом $Re_a=2εp/b𝑘$, где $p$ – ам­пли­ту­да зву­ко­во­го дав­ле­ния, $b= 4/3η+ζ+ϰ (1/c_v- 1/c_p),\: η,\: ζ$  – ко­эффи­ци­ен­ты сдви­го­вой и объ­ём­ной вяз­ко­сти, $ϰ$  – ко­эф. те­п­ло­про­вод­но­сти, $c_v$ и $c_p$ – те­п­ло­ём­ко­сти при по­сто­ян­ном объ­ё­ме и дав­ле­нии со­от­вет­ст­вен­но. При $Re_a>1$ пре­об­ла­да­ют не­ли­ней­ные эф­фек­ты и про­ис­хо­дит силь­ное из­ме­не­ние про­фи­ля вол­ны при её рас­про­стра­не­нии, при­во­дя­щее к уве­ли­че­нию кру­тиз­ны фрон­тов сжа­тия и об­ра­зо­ва­нию сла­бых удар­ных волн пи­ло­об­раз­ной фор­мы. Ми­ним. ши­ри­на $δ$ фрон­та сжа­тия, об­ра­зо­вав­ше­го­ся в ре­зуль­та­те не­ли­ней­ной эво­лю­ции пло­ской вол­ны, оп­ре­де­ля­ет­ся соот­но­ше­ни­ем тео­рии сла­бых удар­ных волн: $δ∼b/ερv$. Рас­стоя­ние $L$, на ко­то­ром про­ис­хо­дит пе­ре­ход пер­во­на­чаль­но си­ну­сои­даль­ной вол­ны в пи­ло­об­раз­ную, за­ви­сит от ам­пли­ту­ды и дли­ны зву­ко­вой вол­ны. В рас­хо­дя­щих­ся (напр., сфе­рич. или ци­лин­д­рич.) вол­нах этот эф­фект про­яв­ля­ет­ся сла­бее, а в схо­дя­щих­ся – силь­нее, чем в пло­ских. В стоя­чих вол­нах ко­неч­ной ам­пли­ту­ды так­же мо­гут воз­ни­кать удар­ные вол­ны, при­чём их фрон­ты дви­жут­ся, пе­рио­ди­че­ски от­ра­жа­ясь от гра­ниц объ­ё­ма, в ко­то­ром воз­бу­ж­де­на стоя­чая вол­на.

Со спек­траль­ной точ­ки зре­ния ис­ка­же­ние фор­мы вол­ны оз­на­ча­ет на­рас­та­ние в её спек­тре выс­ших гар­мо­нич. со­став­ляю­щих осн. час­то­ты. Их ам­пли­ту­да вна­ча­ле на­рас­та­ет, дос­ти­га­ет мак­си­му­ма в об­лас­ти наи­боль­ше­го ис­ка­же­ния вол­ны при $x≈L$ и за­тем убы­ва­ет. В об­лас­ти, где $𝑘δ≈1$, вол­на ста­но­вит­ся сно­ва си­ну­сои­даль­ной.

Нелинейное поглощение звука. 

Уве­ли­че­ние кру­тиз­ны вол­но­вых фрон­тов при­во­дит к уве­ли­че­нию гра­ди­ен­тов ско­ро­сти и темп-ры, что со­про­во­ж­да­ет­ся силь­ной дис­си­па­ци­ей энер­гии и яв­ля­ет­ся при­чи­ной не­ли­ней­но­го по­гло­ще­ния зву­ка. Со спек­траль­ной точ­ки зре­ния этот про­цесс мож­но рас­смат­ри­вать так­же как ре­зуль­тат пе­ре­кач­ки энер­гии в выс­шие, бо­лее силь­но по­гло­щаю­щие­ся гар­мо­нич. со­став­ляю­щие вол­ны. По­сколь­ку фор­ма вол­ны при рас­про­стра­не­нии ме­ня­ет­ся, ко­эф. её по­гло­ще­ния так­же за­ви­сит от рас­стоя­ния: вбли­зи из­лу­ча­те­ля для пер­во­на­чаль­но си­ну­сои­даль­ной вол­ны по­гло­ще­ние не­ве­ли­ко и опи­сы­ва­ет­ся обыч­ны­ми со­от­но­ше­ния­ми ли­ней­ной аку­сти­ки (см. По­гло­ще­ние зву­ка); при уда­ле­нии от из­лу­ча­те­ля ко­эф. по­гло­ще­ния воз­рас­та­ет, дос­ти­гая мак­си­му­ма в об­лас­ти наи­боль­ших ис­ка­же­ний вол­ны, по­сле че­го убы­ва­ет. По­гло­ще­ние за­ви­сит от ам­пли­ту­ды вол­ны, воз­рас­тая с её уве­ли­че­ни­ем. Ам­пли­туд­ный ко­эф. по­гло­ще­ния пер­вой гар­мо­ни­ки вол­ны $α_1^′$ в об­лас­ти пи­ло­об­раз­ной вол­ны оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой: $α_1^′/α=Re_1$, где $α$ – ко­эф. по­гло­ще­ния ма­ло­ам­пли­туд­ной вол­ны, $Re_1$ – мгно­вен­ное зна­че­ние чис­ла Рей­нольд­са для пер­вой гар­мо­ни­ки. По­гло­ще­ние волн боль­шой ин­тен­сив­но­сти про­ис­хо­дит по не­экс­по­нен­ци­аль­но­му за­ко­ну и за­ви­сит от ин­тен­сив­но­сти вол­ны; это по­зво­ля­ет по от­но­сит. из­ме­ре­ни­ям по­гло­ще­ния оп­ре­де­лить аб­со­лют­ную ве­ли­чи­ну ам­пли­ту­ды вол­ны. Рост по­гло­ще­ния вол­ны с уве­ли­че­ни­ем её ин­тен­сив­но­сти при­во­дит к яв­ле­нию на­сы­ще­ния: при по­сте­пен­ном уве­ли­че­нии ин­тен­сив­но­сти из­лу­че­ния ам­пли­ту­да зву­ка в фик­си­ро­ван­ной точ­ке по­ля рас­тёт всё мед­лен­нее, асим­пто­ти­че­ски при­бли­жа­ясь к пре­дель­но­му зна­че­нию, не за­ви­ся­ще­му от на­чаль­ной ам­пли­ту­ды. Эф­фект не­ли­ней­но­го по­гло­ще­ния зву­ка мо­жет за­мет­но про­явить­ся в мощ­ных уль­тра­зву­ко­вых фо­ку­си­рую­щих сис­те­мах, при­во­дя к сни­же­нию ко­эф. уси­ле­ния (см. Фо­ку­си­ров­ка зву­ка).

Нелинейное взаимодействие звуковых волн

При воз­бу­ж­де­нии в сре­де од­но­вре­мен­но не­сколь­ких волн боль­шой ин­тен­сив­но­сти они не рас­про­стра­ня­ют­ся не­за­ви­си­мо, а по­ро­ж­да­ют но­вые вол­ны, т. н. ком­би­на­ци­он­ные то­на, час­то­ты ко­то­рых рав­ны сум­ме и раз­но­сти час­тот пер­вич­ных волн. Наи­бо­лее вы­ра­же­ны ком­би­нац. то­на, от­ве­чаю­щие ре­зо­нанс­но­му взаи­мо­дей­ст­вию волн, воз­ни­каю­ще­му при вы­пол­не­нии ус­ло­вий син­хро­низ­ма: $ω={ω}'+{ω}''$, $k={k}'+{k}''$, где $ω$ и $𝑘$ – час­то­та и вол­но­вой век­тор вол­ны ком­би­нац. то­на, ${ω}', {ω}'' \;и\; {k}', {k}''$ – час­то­ты и вол­но­вые век­то­ры пер­вич­ных волн. Ам­пли­ту­да вол­ны ком­би­нац. то­на при ре­зо­нанс­ном взаи­мо­дей­ст­вии мо­но­тон­но на­рас­та­ет. При на­ли­чии рас­фа­зи­ров­ки, т. е. на­ру­ше­нии ус­ло­вий син­хро­низ­ма, что мо­жет быть вы­зва­но дис­пер­си­ей зву­ка, ам­пли­ту­да ком­би­нац. то­на не на­рас­та­ет, а ме­ня­ет­ся пе­рио­ди­че­ски по ме­ре рас­про­стра­не­ния вол­ны.

Эф­фект ге­не­ра­ции ком­би­нац. то­на в сре­де при взаи­мо­дей­ст­вии зву­ко­вых пуч­ков разл. час­тот ле­жит в ос­но­ве ра­бо­ты па­ра­мет­ри­че­ских из­лу­ча­те­лей и при­ём­ни­ков зву­ка, в ко­то­рых об­ласть взаи­мо­дей­ст­вия пер­вич­ных волн (т. н. волн на­кач­ки) иг­ра­ет роль «бес­те­лес­ной» ан­тен­ны (см. Па­ра­мет­ри­че­ское из­лу­че­ние зву­ка).

Не­ли­ней­ные взаи­мо­дей­ст­вия в шу­мах боль­шой ин­тен­сив­но­сти при­во­дят к из­ме­не­нию спек­тра шу­ма при рас­про­стра­не­нии. Это по­зво­ля­ет в слу­чае боль­шо­го чис­ла волн, ко­гда взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду ни­ми при­об­ре­та­ет ста­ти­стич. ха­рак­тер, оп­ре­де­лить вид спек­тра в т. н. инер­ци­он­ном ин­тер­ва­ле час­тот, ха­рак­те­ри­зую­щем­ся от­сут­ст­ви­ем ис­точ­ни­ков и сто­ков энер­гии. В ча­ст­но­сти, в сре­де без дис­пер­сии спек­траль­ная плот­ность $ε_k$ энер­гии аку­стич. шу­ма в инер­ци­он­ном ин­тер­ва­ле час­тот оп­ре­де­ля­ет­ся за­ви­си­мо­стью $ε_k∼k^{–2}$. Ге­не­ра­ция ин­тен­сив­ных шу­мов час­то так­же бы­ва­ет свя­за­на с не­ли­ней­ны­ми взаи­мо­дей­ст­вия­ми гид­ро­ди­на­мич. воз­му­ще­ний. Напр., шу­мы са­мо­лёт­ных и ра­кет­ных дви­га­те­лей в зна­чит. сте­пе­ни обу­слов­ле­ны тур­бу­лент­но­стью в ре­зуль­та­те вих­ре­вых взаи­мо­дей­ст­вий (см. Аэ­ро­аку­сти­ка).

Взаи­мо­дей­ст­вие зву­ка с «не­зву­ко­вы­ми» воз­му­ще­ния­ми сре­ды – с тем­пе­ра­тур­ны­ми вол­на­ми, а в жид­ко­сти – с ка­пил­ляр­ны­ми вол­на­ми и пу­зырь­ка­ми га­за, мо­жет при­во­дить к яв­ле­нию вы­ну­ж­ден­но­го рас­сея­ния зву­ка, по­доб­но­го вы­ну­ж­ден­но­му Ман­дель­шта­ма – Брил­лю­эна рас­сея­нию в оп­ти­ке. Звук, рас­сеи­ва­ясь на воз­му­ще­нии сре­ды и взаи­мо­дей­ст­вуя с ним, уве­ли­чи­ва­ет ам­пли­ту­ду воз­му­ще­ния, что, в свою оче­редь, при­во­дит к ещё бо­лее силь­но­му рас­сея­нию зву­ка.

Ес­ли ин­тен­сив­ность од­ной из взаи­мо­дей­ст­вую­щих волн во мно­го раз боль­ше ин­тен­сив­но­сти др. вол­ны, то мож­но пре­неб­речь об­рат­ным воз­дей­ст­ви­ем сла­бой вол­ны на силь­ную и рас­смат­ри­вать воз­дей­ст­вие ин­тен­сив­ной вол­ны (вол­ны на­кач­ки) как фак­тор, из­ме­няю­щий па­ра­мет­ры сре­ды, в ко­то­рой рас­про­стра­ня­ет­ся сла­бая (сиг­наль­ная) вол­на. Пе­ре­кач­ка энер­гии от силь­ной вол­ны к сла­бой ле­жит в ос­но­ве ра­бо­ты па­ра­мет­рич. уси­ли­те­лей и ге­не­ра­то­ров, при­ме­няе­мых в оп­ти­ке. В аку­сти­ке осн. труд­ность при со­зда­нии па­ра­мет­рич. уси­ли­те­лей зву­ка свя­за­на с тем, что из-за сла­бой дис­пер­сии зву­ко­вых волн пер­вич­ная вол­на на­кач­ки обыч­но бы­ст­ро за­ту­ха­ет в ре­зуль­та­те ге­не­ра­ции ВЧ-гар­мо­ник, не ус­пев пе­ре­дать энер­гию сиг­наль­ной вол­не. Для пре­одо­ле­ния этой труд­но­сти соз­да­ют­ся не­ли­ней­ные сис­те­мы с дис­пер­си­ей пу­тём вы­бо­ра спец. сред и со­от­вет­ст­вую­щих час­тот. Напр., па­ра­мет­рич. уси­ле­ние зву­ка в по­ле вы­со­ко­час­тот­ной УЗ-на­кач­ки на­блю­да­лось в кри­стал­лах ок­си­да маг­ния.

Ре­жи­мы па­ра­мет­рич. уси­ле­ния мо­гут осу­ще­ст­в­лять­ся и при взаи­мо­дей­ст­вии зву­ка с др. ви­да­ми воз­му­ще­ний сре­ды. Так, в пье­зо­по­лу­про­вод­ни­ке, по­ме­щён­ном в элек­трич. по­ле, име­ет ме­сто па­ра­мет­рич. уси­ле­ние зву­ка за счёт дрей­фа элек­тро­нов в при­ло­жен­ном элек­трич. по­ле и об­рат­но­го пье­зо­эф­фек­та. Взаи­мо­дей­ст­вие зву­ка со све­том от­кры­ва­ет но­вые воз­мож­но­сти ла­зер­ной ге­не­ра­ции ин­тен­сив­ных аку­стич. им­пуль­сов (опто­аку­сти­ка) и соз­да­ния вы­со­ко­чув­ст­вит. спо­со­бов приё­ма зву­ка (аку­сто­опти­ка).

Усреднённые эффекты в звуковом поле. Кавитация

В зву­ко­вых по­лях боль­шой ин­тен­сив­но­сти на­ря­ду с бы­ст­ро осцил­ли­рую­щи­ми воз­му­ще­ния­ми сре­ды мо­гут воз­ни­кать мед­лен­но из­ме­няю­щие­ся си­лы и ско­ро­сти. Они обу­слов­ли­ва­ют т. н. ус­ред­нён­ные эф­фек­ты в зву­ко­вом по­ле, к чис­лу ко­то­рых от­но­сят­ся дав­ле­ние зву­ко­во­го из­лу­че­ния, аку­стич. те­че­ния, воз­дей­ст­вие на по­ме­щён­ные в зву­ко­вое по­ле те­ла и др.

В жид­ко­сти рас­про­стра­не­ние ин­тен­сив­ных зву­ко­вых волн мо­жет вы­зы­вать аку­стич. ка­ви­та­цию – по­яв­ле­ние в сплош­ной сре­де ин­тен­сив­но пуль­си­рую­щих по­лос­тей, со­про­во­ж­даю­щее­ся из­лу­че­ни­ем мощ­ных аку­стич. им­пуль­сов сжа­тия и воз­ник­но­ве­ни­ем мик­ро­по­то­ков вбли­зи пу­зырь­ков.

Применение нелинейных акустических эффектов

Пер­вые при­ме­не­ния не­ли­ней­ных аку­стич. эф­фек­тов бы­ли свя­за­ны с из­ме­ре­ния­ми ха­рак­те­ри­стик акустич. по­ля на ос­но­ве ре­ги­ст­ра­ции ус­ред­нён­ных эф­фек­тов: из­ме­ре­ние ин­тен­сив­но­сти зву­ка по дав­ле­нию зву­ко­во­го из­лу­че­ния с по­мо­щью ра­дио­мет­ров или по вспу­чи­ва­нию сво­бод­ной по­верх­но­сти жид­ко­сти под дей­ст­ви­ем зву­ка, из­ме­ре­ние ко­ле­бат. ско­ро­сти ме­то­дом дис­ка Рэ­лея. Для зон­ди­ро­ва­ния ат­мо­сфе­ры, океа­на, для це­лей мед. аку­сти­ки при­ме­ня­ют па­ра­мет­рич. из­лу­ча­те­ли и при­ём­ни­ки бла­го­да­ря их ши­ро­ко­по­лос­но­сти, ост­рой на­прав­лен­но­сти из­лу­че­ния и от­сут­ст­вию бо­ко­вых ле­пе­ст­ков в диа­грам­ме на­прав­лен­но­сти. Ин­тен­сив­ные зву­ко­вые вол­ны при­ме­ня­ют­ся в био­ло­гии и ме­ди­ци­не как для ди­аг­но­сти­ки, так и для те­ра­пев­тич. воз­дей­ст­вий.

Мн. про­цес­сы УЗ-тех­но­ло­гии ос­но­ва­ны на ис­поль­зо­ва­нии не­ли­ней­ных эф­фек­тов. В ус­та­нов­ках УЗ-очи­ст­ки по­верх­но­стей де­та­лей ка­ви­та­ци­он­ная эро­зия обу­слов­ли­ва­ет уда­ле­ние за­гряз­не­ний, жё­ст­ко свя­зан­ных с по­верх­но­стью (ока­ли­на, ок­си­ды и др.). Для уда­ле­ния т. н. мяг­ких за­гряз­не­ний (жи­ро­вых плё­нок и др.) в осн. ис­поль­зу­ют­ся мик­ро­по­то­ки, воз­ни­каю­щие вбли­зи пуль­си­рую­ще­го пу­зырь­ка. Воз­дей­ст­ви­ем на ве­ще­ст­во в зо­не ка­ви­та­ции поль­зу­ют­ся для по­лу­че­ния мел­ко­дис­перс­ных эмуль­сий, ус­ко­ре­ния хи­мич. ре­ак­ций, экс­т­ра­ги­ро­ва­ния фер­мен­тов из жи­вот­ных и рас­ти­тель­ных кле­ток и др. В ус­та­нов­ках УЗ-коа­гу­ля­ции аэ­ро­зо­лей при­ме­ня­ют­ся эф­фек­ты взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц в УЗ-по­ле.

Эф­фек­ты па­ра­мет­рич. уси­ле­ния ультра­зву­ка в пье­зо­по­лу­про­вод­ни­ках и др. яв­ле­ния взаи­мо­дей­ст­вия элек­тро­маг­нит­ных и зву­ко­вых волн ис­поль­зу­ют­ся в аку­сто­элек­тро­ни­ке. По­лу­чи­ли раз­ви­тие ме­то­ды не­ли­ней­ной аку­стич. спек­тро­ско­пии; они ока­за­лись, в ча­ст­но­сти, весь­ма эф­фек­тив­ны­ми в за­да­че ре­ги­ст­ра­ции пу­зырь­ков в жид­ко­сти и су­ще­ст­вен­но рас­ши­ри­ли воз­мож­но­сти УЗ-ди­аг­но­сти­ки. При об­лу­че­нии пу­зырь­ка вол­на­ми двух час­тот, раз­ность ко­то­рых рав­на ре­зо­нанс­ной час­то­те пу­зырь­ка, воз­ни­ка­ет от­клик на раз­но­ст­ной час­то­те, обу­слов­лен­ной не­ли­ней­но­стью пуль­са­ций пу­зырь­ка. Ме­тод дос­та­точ­но чув­ст­ви­те­лен и по­зво­ля­ет об­на­ру­жить да­же оди­ноч­ные пу­зырь­ки, что важ­но, напр., в био­ло­гич. ис­сле­до­ва­ни­ях или при на­блю­де­нии за ре­жи­мом ра­бо­ты те­п­ло­об­мен­ни­ков в атом­ных ре­ак­то­рах.

Лит.: Ру­ден­ко О. В., Со­лу­ян С. И. Тео­ре­ти­че­ские ос­но­вы не­ли­ней­ной аку­сти­ки. М., 1975; Уи­зем Д. Ли­ней­ные и не­ли­ней­ные вол­ны. М., 1977; Но­ви­ков Б. К., Ру­ден­ко О. В., Ти­мо­шен­ко В. И. Не­ли­ней­ная гид­ро­аку­сти­ка. Л., 1981; На­уголь­ных К. А., Ост­ров­ский Л. А. Не­ли­ней­ные вол­но­вые про­цес­сы в аку­сти­ке. М., 1990; Ру­ден­ко О. В., Гур­ба­тов С. Н., Хед­берг К. М. Не­ли­ней­ная аку­сти­ка в за­да­чах и при­ме­рах. М., 2007; Гур­ба­тов С. Н., Ру­ден­ко О. В., Саи­чев А. И. Вол­ны и струк­ту­ры в не­ли­ней­ных сре­дах без дис­пер­сии. М., 2008.

Вернуться к началу