АКУСТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ПЛОСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

АКУСТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ПЛОСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
Н.И. Карпова (412 школа 11 класс, Санкт-Петербург)
1. При расчетах акустического поля плоского излучателя был
использован принцип Гюйгенса-Френеля. Волна представлена таким
образом,
что
излучателя.
ее
исходным
При
этом
фронтом
следует
является
поверхность
учитывать
коэффициент
направленности k() элементарного излучателя площадью ds, где  угол между нормалью к ds и направлением в точку наблюдения. Вид
этого коэффициента зависит от условий задачи (например, наличие
так называемого “жесткого” или
“мягкого” экрана вокруг
излучателя, причем в первом случае k() = 1 [1]; при некоторых
условиях для сферического излучателя k() = 0.5 + 0.5 cos [2] ).
2. В работе исследовались поля давления p дискового (радиус R) и
квадратного излучателя (сторона a = R2) На рис.1 изображен
график зависимости поля дискового излучателя от расстояния xn от
центра излучателя до точки наблюдения.
0.4
pd( xn )
0.2
pdn( xn )
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
xn
Рис.1
На рис. 1 видно, что без учета направленности элементарного
излучателя
интерференционные
осцилляции
поля
имеют
постоянный размах от нулевого до максимального значения,
начиная сразу от поверхности излучателя, а в случае k() = cos
нарастают постепенно, при этом положения максимумов и
минимумов этих осцилляций в обоих случаях совпадают. На
достаточном удалении (xn>>R) от поверхности излучателя поля с
учетом направленности и без учета направленности практически
совпадают как для диска, так и для квадрата (без учета нормировки
полного излучения).
3. Во многих случаях отсутствует информация о коэффициенте
направленности элементарного излучателя, и может возникать
необходимость непосредственных экспериментальных измерений
поля. При этом, однако, могут возникнуть сложности в связи с
возможным влиянием полных или частичных отражений от дна и
поверхности воды, а также каких-либо других отражающих
поверхностей на величину поля в точке наблюдения. На рис.2
приведены
результаты
расчета
отражений
от
плоскости,
расположенной на расстоянии 13.5 см. от центра излучателя с R=3.5
см. Видно, что для излучателя, ось которого направлена в точку
наблюдения, значения “отраженного” поля весьма малы по
сравнению с прямым полем, поэтому в ряде случаев можно
отказаться от “заглушения” отражающей поверхности.
0.004
0.003
p( xn , a0 )
0.002
pn( xn , a0 )
0.001
0
0
10
20
30
40
50
60
70
xn
Рис.2 (Сплошная линия - k()=1, пунктир - k()=cos )
80
90
В то же время при соответствующем отклонении оси излучателя в
сторону этой поверхности (рис.3) в прежней точке наблюдения
возникает максимум поля, сравнимый по величине с максимумами
прямого поля.
0.4
xn0
xn2
p( xn , a0 )
0.3
pn( xn , a0 )
p( xn , a1 )
0.2
pn( xn , a1 )
p( xn , a2 )
0.1
pn( xn , a2 )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
xn
Рис.3 (xn0 и xn3 –”геометрооптические” положения максимумов)
Следует отметить, что, если в конце “геометрооптического” пути
отражения, соответствующее этому пути прямое поле имеет
минимум,
то
максимум
“отраженного”
поля
может
быть
“многогорбым”; в других случаях он “одногорбый”. Это хорошо
наблюдается на рис.3.
Полученные результаты могут использоваться в лабораторной
работе “Поле поршневого излучателя”, уточняя и расширяя ее
экспериментальные возможности.
Руководители:
В.А.
Кривошеин,
зав.
лаб.
физического
факультета СПбГУ, Н.П. Тихомиров, доцент СПбГУ.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Кривошеин, В.М. Крячко, Н.П. Тихомиров. В трудах IX
региональной конференции по распространению радиоволн. СПб.
2003г., с. 93 – 95.
2. Физический энциклопедический словарь в пяти томах, М, 1960г.,
том 1, стр.501.