Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Р. з. в кристаллах происходит на примесях, точечных дефектах, дислокациях, плоскостях двойиикования и т. п. Если и а длине звуковой волиы имеется большое число точечных дефектов и примесей, то оси, роль начинает играть рассеяние иа флуктуациях их числа. В поликристаллах большой вклад в Р. з. дают границы зёреи.
Наиб, значение в гидроакустике имеет Р. з. иа поверхности океана, и а объёмных неоднородностях водной толщи, на неровностях дойного рельефа и неоднородностях подводного грунта, В результате Р. з. возникает поверхностная, объёмная н донная реверберация, к-рая является одной из оси. помех при работе разл. гпдро акустич. приборов и устройств. Характер Р. з. иа случайных неровных поверхностях, таких, каи поверхность океана, зависит от величины параметра Рэлея P — 2fcAcos0o, где h — среднеквадратичное значение высоты неровностей, 0О — угол падения первичной волны. При P і Р. з. является резонансным или избирательным — значение Os определяется всего лишь одной гармоникой из сплошного пространственного спектра неровностей, волновой вектор к-рой q удовлетворяет условию Брэгга: q = к —
— xs, где и, — горизонтальные компоненты волновых векторов падающей и рассеянной воли соответственно. Если, кроме того, горизонтальный масштаб (радиус корреляции) неровностей р0 мал по сравнению с длиной волиы звука (кр0 «1), то частотная зависимость Os следует закону Рэлея, а зависимость Os от угла рассеяния 0 (индикатриса рассеяния) — закону Og ~ cosa0. При крупномасштабных неровностях (fep0 » 1) частотные и угл. характеристики O8 существенно зависят от вида пространственного спектра неровностей. Так, при гауссовом спектре индикатриса рассеяния имеет резкий максимум в направлении зер-
кального отражения с угл. шириной Д0 ~ 1/&р0. В случае спектра, характерного для развитого ветрового волнения, индикатриса рассеяния имеет два максимума разл. величины, смещённых в разные стороны относительно зеркального направления, а в направлении зеркального отражения у неё наблюдается глубокий провал.
При Р. з. на крупных плавных неровностях (Р » 1) поперечное сечение рассеяния O8 пропорц. плотности вероятности наклонов неровностей и не зависит от частоты звука; индикатриса рассеяния при этом имеет максимум в зеркальном направлении с угл. шириной, пропорциональной среднеквадратичному значению наклонов неровностей. При Р, з. иа неровных поверхностях со сложным спектром неоднородностей рассеянное поле в направлениях, близких к направленні» зеркального отражения, определяется в основном крупномасштабными компонентами неровностей, а поле в обратном (локационном) направлении обусловлено гл. обр. мелкомасштабными неровностями.
Р. э. иа слабых флуктуациях показателя преломления в атмосфере или океане во многом аналогично Р. з. на малых случайных неровностях. Оно также имеет резонансный характер; длина волны «резонансной» гармоники Л = Vsin(0/2), где X — длина волны звука,
0 — угол между волновыми векторами падающей и рассеянной воли. По мере уменьшения 0 рассеяние определяется неоднородностями всё больших масштабов. При рассеянии в обратном направлении Л = Х/2.
Временная изменчивость рассеивателей прийодит к расширению частотного спектра рассеянного поля. Типичным примером может служить Р. з. на взволнованной морской поверхности и внутр. волнах в атмосфере и океане. Ряд особенностей имеет Р. з. на дне оке- j ана. В мелководных районах Р. з. обусловлено гл. обр, f флуктуациями показателя преломления и плотности * в толще подводных осадков. В широком диапазоне ча- І стот (I—100 кГц] оя для рассеяния в обратном иаправ- | леиии не зависит от частоты звука, его угл. зависимость I близка к закону Ломмеля — Зеелигера Os ~ cos0. [ В глубоком океане оси. вклад в Р. з. дают неровности ! донного рельефа. f
Анализ разл. характеристик рассеянного звукового поля позволяет определять разл. характеристики самих рассеивателей. Так, иапр., по обратному рассей яиию звука иа турбулентных неоднородностях в атмосфере находят пространственный спектр пульсаций показателя преломления. Наличие Р. з. иа неоднородно* стях и дефектах в твёрдых телах лежит в основе ультразвуковой дефектоскопии.
При Р. з. иа случайных поверхностных пли объёмных неоднородностях образуется т. н. пятнистая интерфе-репц. структура (сиекл-структура; см. Спекл-интер- і ферометрия). На основе её анализа разработаны эфф. | дистанц. методы определения разл. параметров природ- ; ных неровностей и неоднородностей, развиты акустич. \ методы разведки полезных ископаемых, в частности | железомарганцевых коякреций на дне океана, созданы < иавигац. приборы — корреляц. лаги для измерения абс. | скорости движения судна относительно дна океана, I а также устройства для определения с высокой точно- I стью смещения судна относительно фикспр. ТОЧКИ. I
При Р. з. иа периодически неровных пли период»- \ чески неоднородных поверхностях рассеянное поле состоит из суперпозиции плоских волн (дифракц. спектров разл. порядка), распространяющихся в дискретных направленнях, определяемых условием Брэгга. Если период неровностей (неоднородностей) меньше половины длины звуковой волны, то амплитуды всех рассеянных волн (помимо зеркально отражённой волиы) экспоненциально убывают при удалении от поверхности н рассеянное поле сосредоточено вблизи поверх ностп (ближнее поле).
