Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
OO
(U)=V3U0; Va= dlw(l)exр (—2ffcgcos0o), (3)
— OO
ip(?) — плотность распределения вероятности случайных отклонений І от ср. плоскости Z — 0. Для нормальной случайной поверхности, отклонения к-рой от ср. плоскости соответствуют Гаусса распределению, Va = ехр (—P/2).
Некогереитиое рассеяние в заданном направлении при больших значениях параметра Рэлея определяется вероятностью зеркально отражающих из а в (5 наклонов поверхности 7з — —Qilqz (с нормалью п3 — q/q):
о(ое , Р)=я|7(03) \\q!qz)lw^), (4)
где Wy — плотность распределения вероятностей наклонов у — v?(r)< а ^(?) — коэф. отражения Френеля при зеркальных углах падения, cos03 = (»3Р) = = - (п3ос).
Учёт затенений поверхности в рамках МКП сводится к тому, что в ф-лах (3) и (4) под ф-циями w(%) и Wr следует понимать плотности распределения высот и накло-
нов только освещённых (по отношению к направлениям а и Р) участков поверхности. Величина о в форме (4) ие зависит от длины волны излучения и по сути является следствием применения геометрической оптики метода. Расчёт дифракц. эффектов приводит к поправкам к МКП ~ Cf2IkH*, а для эл.-магн. воли в радиолокац. случае (Р = —а) к появлению деполяризации рассеянного поля, что ие удаётся выявить в рамках MMB и МКП.
Двухмасштабную модель (ДММ) применяют для интерпретации эксперим. данных по Р. в. на с. п. с широким спектром вертикальных и горизонтальных масштабов неровностей, когда ие выполняются условия применимости ни MMB, ии МКП. Шероховатую поверхность в ДММ рассматривают как суперйозицию мелкомасштабной «ряби» (для расчёта рассеяния на к-рой применим MMВ) и гладких крупномасштабных неровностей z = Z(r) с наклонами Г = yZ, удовлетворяющими МКП. В результате о представляется в виде суммы
(4) (где следует заменить v на Г) и усреднённой по наклонам крупномасштабной поверхности Г величины Ojv(«j Р), рассчитанной по ф-ле (І) для шероховатой плоскости со ср. нормалью N = (N0 — Г)(1 •+¦ Га) '*/*:
о(а, Р)=Tw(T)A^1Oiv (а, Р),
где ц?(Г) — плотность распределения вероятностей наклонов Г. G помощью ДММ описывают рассеяние радиоволн взволнованной морской поверхностью и поверхностью Луны, рассеяние звука поверхностью и дном океана.
Метод малых наклонов (MMH) применяют для расчёта Р. в. иа с. п. с неровностями произвольной высоты, но достаточно пологими (vS <К 1). Для низких неровностей MMH приводит к ф-лам MMB1 для высоких — к МКП. Первый член ряда по -у0 получается из ф-лы
(1) бориовского приближения для о (определённого для полного рассеянного поля, а не только флуктуа-циоииого) заменой:
Sx(qL)-+(2n<lz)~^dp ехр [/flip— g*?>4(p)/2j,
где Di (р) = < [?(г -f р) — ?(г)]а > — струнтуриая ф-ция неровностей нормальной (гауссовой) поверхности.
Учёт когерентности волн, испытывающих многократные рассеяния иа сильиошероховатой поверхности и распространяющихся в противоположных направлениях по одним и тем же траекториям, приводит к явлению усиления обратного рассеяния, аналогичного тому, к-рое имеет место при рассеянии волн иа объёмных неоднородностях. Cm. таиже Дифракция волн, Рассеяние звука, Рассеяние света.
Лит.: Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955; Фейнберг Е. JI., распространение радиоволн вдоль аемной поверхности, М., 1961;
Басс Ф. Г., Ф у к с И. М., Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М., 1972; Шмелев А, В., Рассеяние волн статистически неровными поверхностями, «УФН», 1972, т. 106, с. 459; Введение в статистическую радиофизику, ч. 2— Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И., Случайные поля, М., 1978, гл. 9;Исимару А,, Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, пер. с англ., т. 2, М., 1981, гл. 21; Б р е ховск их JI. М., Лыса-нов Ю. П., Теоретические основы акустики океана, JI., 1982.
И. М. Фукс.
РАССЕЯНИЕ ЗВУКА — рассеяние звуковых волн на простраиственио-в ременных флуитуациях плотности и упругости разл. сред (напр., на поверхности океана, на неровном и неоднородном его дне, на пересечённой местности, на искусств, пернодич. струнтурах и неоднородных поглощающих поверхностях, применяемых для улучшения акустич. свойств больших помещений, иа дискретных неоднородностях — воздушных пузырьках в жидкости, твёрдых взвешенных частицах в жид-костн или газе, на рыбах и макроплаиктоне в океане, 269
РАССЕЯНИЕ
каплях дождя в воздухе, точечных дефектах в кристаллах и др.)- Поскольку при Р. з. часть акустич. энергии уходит по направлениям, отличным от направления распространения звука, интенсивность первичной волиы уменьшается. Если при распространении в данном направлении звук рассеивается многократно, то наблюдается экспоиенц. ослабление его интенсивности с расстоянием.
Рассеивающую способность неоднородностей характеризуют поперечным сечением рассеяния Os, равным отношению акустич. мощности Wt рассеянной в единицу телесного угла, к интенсивности падающей волиы Os — WJIi. Значение о* существенно зависит от частоты и угла падения звуковой волиы, размеров неоднородностей и их акустич. характеристик. Еслн длина волны звука мала по сравнению с линейным размером рассеивающего тела, то сечение рассеяния Os по порядку величины равно площади поперечного сечения тела, перпендикулярного направлению падения первичной волны. Для малых препятствий Og ~ (&а)* (закон Рэлея), где к — волновое число звука, а — линейный размер тела. Весьма эфф. рассеивателями являются «резонансные» пузырьки газа в жидкости, частота собственных радиальных колебаний к-рых совпадает с частотой звуковой волиы. При этом ой во много раз превышает геом. сечение пузырьков. Так, напр., полное значение Os (соответствующее рассеянию в телесный угол 4п) для воздушного пузырька в воде при атм. давлении иа резонансе, т. е. при ка = '= 0,014, равно 4п/к* н, следовательно, превышает геом. сечение пузырьков naz в 41 (ка)2 а 20000 раз. Из-за вязкости и теплопроводности реальное значение о3 может существенно уменьшаться. Однако даже в елучае относительно больших различий в размерах пузырьков резонансное рассеяние играет доминирующую роль (как, напр., при Р. з. в приповерхностном пузырьковом слое в океане). Аналогично Р. з. глубоководными оке-аиич. звукорассеивающими слоями обусловлено в оси. резонансными колебаниями плавательных пузырей небольших рыб.
