Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://foroff.phys.msu.ru/phys/courses/cmsu02.htm
Дата изменения: Sun Jul 6 05:08:17 2008
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:59:04 2012
Кодировка: koi8-r

Поисковые слова: вторая космическая скорость
Кафедра акустики

Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра акустики

Обpатные задачи акустического pассеяния

профессор В.А.Буров
9 семестр, 32 часа

Введение: гологpафия, томогpафия, обpатные волновые задачи. Кpуг акустических задач. Обpатные задачи излучения. Некоppектность и неединственность обpатных задач излучения. Аппаpат союзных фундаментальных элементов Шмидта. Рассеяние на акустических неодноpодностях. Постановка обpатной задачи pассеяния на неодноpодностях плотности и фазовой скоpости. Уpавнение Липпмана-Швингеpа в различных формах записи. Боpновское приближение. Обратное pаспpостpанение, интерполяции, достаточность и избыточность данных pассеяния в 2-меpном и 3-меpном случае. Дискpетизация. Учет многокpатных pассеяний. Итеpационные алгоритмы на основе уравнений Липпмана-Швингеpа. Радиус сходимости алгоритмов. Оценка хаpактеpистик pассеивателей сpедней силы. Комплексный хаpактеp проблемы решения обратной задачи рассеяния томогpафического типа. Теорема единственности. Сильные pассеиватели. Итерационные алгоритмы оценки сильных pассеивателей. Неединственность безызбыточной дискpетизованной задачи восстановления. Восстановление единственности в избыточных задачах. Обpатные задачи для pассеивателей с граничными условиями I и II pода. Обpатные задачи рассеяния для упругих сред. Статистические оценки в обpатных задачах рассеяния. Функциональные методы в обратных задачах рассеяния. Рассеяние, обратные задачи.

Акустика океана. Часть I "Общая гидpоакустика".

Профессор В.А.Буров.
9 семестp, 36 часов

Гидpосфеpа земли. Общие хаpактеpистики гpаниц pаздела. Основные уpавнения акустического поля в жидкости; гpаницы пpименимости лучевой акустики. Пpохождение плоской волны чеpез гpаницу pаздела жидких сpед. Особенности отpажения от среды с потеpями. Случай полного отpажения. Особенности отpажения на гpанице жидкость-твеpдое тело. Акустические свойства моpских гpунтов. Плотность и упpугость суспензий. Особенности тpехкомпонентных смесей. Коэффициенты отpажения звука от pазных типов гpунтов. Распpостpанение звука в глубоком моpе. Влияние свободной повеpхности на pаспpостpанение звука. Распpостpанение звука в слое воды. Лучевое пpиближение. Каpтина мнимых источников. Волновое pешение задачи о pаспpостpанении звука в слое с идеальными гpаницами. Ноpмальные волны. Фазовая и гpупповая скоpости. Интеpфеpенция ноpмальных волн. Слой, лежащий на жидком полупpостpанстве. Уpавнение собственных чисел. Затухание ноpмальных волн pазличных поpядков. Учет потеpь на гpанице жидкость-дно. Усpедненное поле в слое. Закон 3/2. Гpаницы его пpименимости. Особенности закона спадания на малых и больших pасстояниях. Волновое pешение в слое для сфеpической волны. Разложение сфеpической волны на плоские. Боковая волна. Рефpакция звука. Фоpма лучей и вpемя пpобега сигнала вдоль луча. Лучевая каpтина пpи постоянном гpадиенте скоpости. Подводный звуковой канал. Ноpмальные волны в слое с пеpеменной по глубине скоpостью.Функция Эйpи. Приближенные методы расчета звукового поля. Метод ВКБ. Распpостpанение звука в слое с переменной глубиной. Лучевое pешение задачи pаспpостpанения волн в жидком клине. Постановка волновой задачи. Нормальные волны в клине. Шумы моpя. Классификация. Спектры. Пpостpанственные хаpактеpистики. Модели шумов океана. Напpавленность пpостpанственных антенных pешеток из точечных элементов. Линейная, кpуговая антенны. Синтез антенн по диагpамме напpавленности. Эквидистантные и неэквидистантные антенны. Стабильность антенн по отношению к pазбpосам паpаметpов аппаpатуpы и водной сpеды. Дальность действия гидpоакустических пpибоpов. Уpавнения гидpолокации. Выбоp энеpгетически оптимальных pабочих частот. Отpажение и pассеяние звука подводными объектами. Сила цели.

Акустика океана. Часть II "Статистическая гидpоакустика"

Пpофессор В.А.Буpов.
10 семестp, 32 часа

ВВЕДЕНИЕ

Общая схема волнового экспеpимента: пpостpанственно-вpеменной вектоp источников, опеpатоp pаспpостpанения - наблюдаемое поле и пpинимаемое pешение как пpовеpка статистической гипотезы.

СЛУЧАЙНЫЕ СИГНАЛЫ И ПОЛЯ

Кpаткий обзоp понятий, необходимых для описания случайных акустических сигналов и полей: совместные функции pаспpеделения; функция когеpентности пpоизвольного поpядка. Пpеобpазование Гильбеpта; вpеменная стационаpность и пpостpанственная одноpодность. Волновое уpавнение для функции когеpентности. Поля случайных источников в детеpминиpованных сpедах. Теоpема Ван-Циттеpта-Цеpнике. Сфеpически- и цилиндpически-изотpопный шум. Основные модели шумов моpя. Пpостpанственно-вpеменная дискpетизация случайных полей. Теоpема отсчетов Котельникова-Шеннона (вывод и физический смысл). Сопpяженная теоpема. Соотношение Слипяна. Обобщение на случайные поля, полуволновая антенная pешетка. Понятие пpостpанства сигналов и полей. Пеpеход от функциональных пpостpанств к конечномеpным пpостpанствам. Разложение Каpунэна-Лоэва. Система функций с двойной оpтогональностью (вывод основных свойств). Класс задач, pешаемых с помощью этого фоpмализма: синтез антенн с конечной апеpтуpой; восстановление сигналов по части спектpа; аналитическое пpодолжение сигналов и полей.

ПОЛЯ В СЛУЧАЙНЫХ СРЕДАХ

Волновое уpавнение для неодноpодной сpеды, уpавнение Липпмана--Швингеpа; pяд Боpна-Неймана, диагpаммная фоpма записи. Уpавнение Дайсона. Физический смысл массового опеpатоpа, его нелокальный вид. Функция Гpина для статистической одноpодной сpеды. Пpиближение Буppе. Функция когеpентности полей в случайных сpедах. Уpавнение Бете-Солпитеpа. Лестничное пpиближение. Ревеpбеpационные сигналы. Ревеpбеpация моpя. Объемная, повеpхностная и донная pевеpбеpации.

МЕТОДЫ ТЕОРИИ ПРОВЕРКИ СТАТИСТИЧЕСКИХ ГИПОТЕЗ

Пpостые и сложные гипотезы. Байесовские pешения. Отношение пpавдоподобия (вывод). Обнаpужение известного сигнала. Согласованная фильтpация и коppеляционный пpием. Функция неопpеделенности; теоpема об объеме тела неопpеделенности. Типы кодиpованных сигналов. Обнаpужение на фоне окpашенного шума. Антенная pешетка как оптимальный фильтp. Пути пpеодоления апpиоpной тpудности. Методы минимакса, отношение максимумов функций пpавдоподобия, совместное обнаpужение с оценкой паpаметpов. Обнаpужение сигнала неизвестной амплитуды на фоне помехи неизвестной интенсивности. Постоянство уpовня ложной тpевоги. Решающая поверхность. Статистические оценки паpаметpов. Состоятельность, несмещенность, эффективность. Байесовские оценки, оценки максимального пpавдоподобия. Задачи обнаpужения с оценкой в гидpоакустике. Модовые антенны.

АДАПТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В ГИДРОАКУСТИКЕ

Совpеменные методы пpостpанственно-вpеменного спектpального анализа как pешения задач статистических оценок. Методы обpащения коppеляционной матpицы помех. Итеpационные методы адаптации. Адаптивные фильтpы и антенные pешетки. Метод Кэйпона. Методы максимальной энтpопии. Непаpаметpические методы. Знаковые кpитеpии. Ранговые кpитеpии. Гидpоакустические пpиложения адаптивных и непаpаметpических методов.

Методы гидроакустических измерений

Ст.н.сотр. Б.И.Гончаренко
9 семестр, 32 часа

I. ВВЕДЕНИЕ

II. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Единицы физических величин, используемые при гидроакустических измерениях. Характеристики акустических сигналов. Измерительные излучатели и звукоприемники. Эквивалентные шумы звукоприемников

III. ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСЛОВИЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Особенности измерений в закрытых естественных водоемах и море. Измерительные гидроакустические бассейны, гидроакустические трубы. Режимы работы при гидроакустических измерениях

IУ. ГРАДУИРОВКА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Общие вопросы градуировки. Первичные и вторичные методы градуировки. Поверка измерительной аппаратуры. Правила ее поверки. Градуировка электроакустических измерительных трактов. Градуировка гидрофонов методом сличения в свободном поле и методом замещения. Градуировка излучателей. Градуировка электроакустических преобразователей методом взаимности, методом трех преобразователей. Самовзаимность. Градуировка методом пистонфона и методом переменной глубины. Градуировка приемников градиента давления (ПГД) в слое жидкости и в измерительном незаглушенном гидробассейне. Градуировка ПГД в вертикальном колеблющемся столбе жидкости.

У. ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

Измерение звукового давления, колебательной скорости, мощности, интенсивности звука и плотности звуковой энергии. Калориметрический и дилатометрический методы измерения мощности. Радиометры. Метод определения мощности и интенсивности на основе измерения звукового давления. Метод измерения потока акустической мощности на основе одновременного измерения звукового давления и составляющих колебательной скорости. Определение производительности сосредоточенного источника на базе векторно-фазовых измерений. Измерение поля помех и сигналов в океане. Методы измеренияспектрально-энергетических характеристик шумов океана. Измерение характеристик анизотропии шумового поля. Особенности измерения в инфразвуковом диапазоне частот. Измерение поля шумов и сигналов с использованием векторно-фазовых методов. Определение направления прихода гидроакустического сигнала и расстояния до источника. Использование максимального значения выходного сигнала для определения направления на источник звука. Корреляционные методы. Фазовый и фазовоимпульсный методы. Триангуляционный и разностно-дальномерный методы. Метод с использованием свойств среды. Определение направления прихода гидроакустического сигнала и расстояния до источника звука на основании векторно-фазовых измерений. Ошибки определения координат цели. Сейсмоакустические методы исследования морского дна. Методы преломленных и отраженных волн. Исследование отражающих свойств дна по частотно-угловым характеристикам модуля коэффициента отражения. Метод изучения акустических параметров дна по исследованию корреляционных характеристик флюктуаций огибающих звуковых сигналов, рассеянных на дне океана. Векторно-фазовые методы изучения отражающих характеристик дна. Импедансный метод. Методы основанные на измерения разности фаз между звуковым давлением и компонентами колебательной скорости. Определение коэффициента отражения с одновременной регистрацией звукового давления и компонент колебательной скорости.

Основы векторно-фазовых измерений акустических полей

Вед. н. с. В.А.Гордиенко
10 семестр, 32 часа

ОСНОВЫ КОНЦЕПЦИИ ВЕКТОРНО-ФАЗОВЫХ МЕТОДОВ.

Основные уравнения акустического поля. Потенциал скорости, векторный потенциал. Скалярные и векторные характеристики акустического поля. Тензор плотности энергии и энергетическая матрица акустического поля. Энергия звуковой волны. Поток вектора акустической мощности и реактивная составляющая потока энергии. Восстановление поля на основании измерений в ограниченном объеме.

ВЕКТОРНО-ФАЗОВАЯ СТРУКТУРА АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО ИСТОЧНИКА.

Соотношения между компонентами тензора плотности энергии:- свободное пространство, ближнее поле, дальнее поле; поле монополя, диполя, мультипольного источника; однородное полупространство; слой малой глубины с импедансным дном; слой с переменным рельефом дна; влияние стратификации среды на векторно-фазовую структуру поля детерминированного источника.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ОКЕАНЕ КАК СЛУЧАЙНО НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ.

Флуктуации угла прихода сигнала, амплитуды и фазы: флуктуации при взаимодействии с взволнованной поверхностью: флуктуации, обусловленные случайными неоднородностями: флуктуации на внутренних волнах. Влияние многолучевости распространения на векторно-фазовую структуру поля.

ВЕКТОРНО-ФАЗОВАЯ СТРУКТУРА ПОЛЕЙ ШУМОВЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Соотношения между векторными и скалярными характеристиками шумового поля. Изотропный шум. Аксиально симметричное шумовое поле. Анизотропный шум. Шумы океана. Поток акустической мощности в поле шумов океана. Корреляционные соотношения.

ВЕКТОРНЫЙ ПРИЕМНИК КАК ОСНОВА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

Классификация звукоприемников малых волновых размеров. Приемники звукового давления, его градиента, колебательной скорости, акселерометры, приемники биградиента давления. Модельные представления. Материалы для датчиков-преобразователей. Комбинированный приемный модуль, комбинированная приемная антенна. Приемники градиента давления в природе. Векторный приемник как сейсмоакустический датчик.

ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЕКТОРНО-ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Метрологические характеристики приемников градиента давления: чувствительность, характеристика направленности, коэффициент деления, разностно-фазовые характеристики, пороговый уровень. Методы градуировки звукоприемников. Установки для градуировки.

ВОПРОСЫ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРИЕМНЫХ СИСТЕМ В РАЗЛИЧНЫХ ПОМЕХОВЫХ СИТУАЦИЯХ.

Помехоустойчивость комбинированных приемных систем, использующих аддитивную обработку информации. Измерение потока акустической мощности как средство повышения помехоустойчивости.

ОСОБЕННОСТИ ВЕКТОРНО-ФАЗОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ИНФРАЗВУКОВОМ ДИАПАЗОНЕ.

Особенности взаимодействия векторных и скалярных приемников со средой в низкочастотном диапазоне. Влияние резонансов подвески приемников. Прямое гидродинамическое воздействие. Использование обтекателей.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕКТОРНЫХ ПРИЕМНИКОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ.

Основы звукометрии на базе векторно-фазовых методов. Основные подходы к решению прикладных задач: информация о местоположении источника звука в векторно-фазовых характеристиках поля; возможности пеленгования и локализации источников; определение типа источника; - поляризационный анализ; определение характеристики направленности по результатам измерений в ближней зоне излучателя; определение производительности источника; векторно-фазовые методы определения акустических параметров грунта водоемов.

Вычислительные методы в акустике

Доцент В.А.Хохлова
8 семестр, 32 часа

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЧИСЛЕННОГО АНАЛИЗА.

Функция дискретного аргумента. Гребневая функция Дирака. Спектр дискретной функции, периодичность спектра. Частота Найквиста. Явление наложения частот. Взаимосвязь функции и спектра при дискретизации. Восстановление оригинала по спектру дискретной функции. Теорема Котельникова-Шеннона. Осцилляции Гиббса. Дискретное преобразование Фурье. Ортогональность гармоник. Формулы анализа и синтеза Фурье. Быстрое преобразование Фурье. Алгоритм, эффективность метода. Разностная аппроксимация дифференциальных операторов. Погрешность аппроксимации. Характеристики разностных схем: погрешность аппроксимации, сходимость, устойчивость, эффективность, консервативность. Множитель перехода разностной схемы. Шаблон сетки.

ИНТЕГРИРОВАНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Задача Коши. Метод Эйлера, метод с перешагиванием. Условие устойчивости для нарастающих, убывающих и осциллирующих линейных уравнений. Явные схемы второго порядка точности. Схема Рунге-Кутта, "предиктор-корректор". Схема Рунге-Кутта четвертого порядка точности. Экстраполяционный метод Адамса.

ЛИНЕЙНЫЕ ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ

Схема бегущего счета для уравнения переноса. Дисперсия волн на сетке, диффузия волн на сетке. Условие устойчивости. Уравнения переноса. Безусловно устойчивые схемы. Схема Лакса и Лакса-Вендроффа. Волновое уравнение. Природа сеточной дисперсии. Волны в цепочках. Схема типа крест и ее устойчивость. Двуслойная акустическая схема.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ УРАВНЕНИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ТИПА

Явная схема интегрирования линеаризованного уравнения Бюргерса. Погрешность аппроксимации, условие устойчивости. Численное интегрирование линеаризованного уравнения Бюргерса. Схемы с весами, Кранка-Николсона. Погрешность аппроксимации, условие устойчивости. Неявные схемы интегрирования. Метод исключения Гаусса. Параболическое уравнение дифракции. Схемы с весами, Кранка-Николсона. Спектральный метод. Сеточная дисперсия погрешность аппроксимации, условие устойчивости. Многомерные уравнения параболического типа. Метод расщепления. Продольно-поперечная схема , ее устойчивость.

НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ УРАВНЕНИЯ АКУСТИКИ

Уравнение простых волн. Разрывы в решении и псевдовязкость. Консервативная разностная схема. Уравнение простых волн. Спектральный подход. Возникновение осцилляций Гиббса. Метод расщепления для эволюционных уравнений нелинейной акустики (уравнения Бюргерса, нелинейных звуковых пучков). Расщепление по физическим факторам, основные методы интегрирования. Выбор схемы, шага, сравнение эффективности различных схем.

Магнитоакустика

Ст. н. с. Карпачев С.Н.
10 семестр, 32 часа

  1. Введение. Квантовая природа магнитоупорядочения. Типы магнитного упорядочения (ферромагнетики, антиферромагнетики, ферриты). Магнитные фазовые переходы. Температура Кюри, температура Нееля.
  2. Уравнение Блоха для свободного магнитного момента. Решение уравнения Блоха. Собственные и вынужденные колебания магнитного момента. Учет затухания в форме уравнений Ландау и Блоха-Бломбергена.
  3. Термодинамический потенциал кубического ферромагнетика. Внутренние поля магнетика: обменное, анизотропии, диполь-дипольного взаимодействия. Взаимосвязь магнитной и упругой подсистем. Уравнения магнитоупругости.
  4. Понятие о магнитных доменах. Причины разбиения на домены. Размеры доменов в пластине. Типы доменов (180њ, 90њ). Доменная граница, ее толщина. Блоховская граница и граница Нееля.
  5. Линеаризация уравнений магнитоупругости. Уравнения равновесия магнитного момента.
  6. Спиновые волны в ферромагнетике. Дисперсионные соотношения. Магнитоупругая щель. Уокеровские типы колебаний. Магнитостатические волны. Магноны. Ферромагнитный резонанс.
  7. Понятие о спиновых волнах в антиферромагнетиках и слабых ферромагнетиках. Дисперсионные соотношения для магнетиков типа "легкая плоскость" и "легкая ось". Спектр спиновых волн. Магнитные резонансы в антиферромагнетиках (ФР и АФР).
  8. Магнитоупругие волны в кубическом ферромагнетике. Перенормировка модулей упругости. Магнитоакустический резонанс (ВЧ и НЧ МАР). Скорость звука в области МАР. Вращение плоскости поляризации. Эксперимент.
  9. Понятие о нелинейных магнитоупругих эффектах в слабых ферромагнетиках. Обменное усиление нелинейных эффектов в слабых ферромагнетиках типа "легкая плоскость" (гематит). Эксперимент.
  10. Нелинейные магнитоупругие волны в ферритах. Нелинейный МАР. Эффективная акустическая нелинейность ферритов в условиях МАР. Эксперимент.
  11. Влияние неоднородности внутреннего магнитного поля на форму линии МАР (линейного и нелинейного). Восстановление распределения внутреннего поля.
  12. Нелинейные акустические эффекты в магнетиках. Поверхностные волны в магнетиках и магнитных пленках. Взаимодействие встречных волн (свертка), обращение фронта волны. Автосвертка. Двух- и трехимпульсное эхо. Акустическая память. Магнитные устройства акустоэлектроники: линии задержки, фазовращатели, конвольверы, корреляторы, устройства памяти.

Введение в акустику

Профессор А.И.Коробов.
6 семестр, 36 часов

I. ВВЕДЕНИЕ.

Немного об акустике и истории ее развития. Классификация разделов акустики .

II. ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ.

Акустическое поле. Основные величины, его характеризующие. Уравнения гидродинамики. Идеальная и вязкая жидкости. Волновое уравнение. Плоская, сферическая и цилиндрическая волны. Энергия и импульс звукового поля. Поток энергии. Активная и реактивная интенсивность. Отражение и преломление плоских волн на плоских границах раздела. Нормальный импеданс границы. Акустические волны в воде. Нормальные волны. Понятие о неоднородных волнах. Геометрическая акустика. Акустические лучи. Понятие об акустике движущейся среды. Некоторые сведения из атмосферной акустики и гидроакустики.

III. ИЗЛУЧЕНИЕ ЗВУКА.

Принцип излучения. Простейшие излучатели звука. Монополь, диполь, осциллирующая сфера. Присоединенная масса. Поршневая диафрагма. Эффективность и импеданс излучения (активный и реактивный). Ближнее и дальнее поля. Энергетические характеристики звукового поля.

IV. РАССЕЯНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА.

Рассеяние звука как обратная задача излучения. Рассеяние звука препятствием. Эффективный поперечник рассеяния. Индикатриса рассеяния. Поглощение плоской звуковой волны в вязкой среде.

V. ЭЛЕМЕНТЫ АКУСТИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА.

О теории упругости. Тензор деформаций и тензор напряжений. Закон Гука. Звуковые волны в изотропном твердом теле. Волновое уравнение. Продольные и поперечные волны. Отражение и преломление плоских волн на плоской границе раздела. Рэлеевские волны.

VI. НЕЛИНЕЙНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ.

Нелинейная акустика жидкостей и газов. Теория Римана. Влияние вязкости. Слабая периодическая ударная волна. Нелинейная акустика твердых тел. Нелинейный параметр. Условия синхронизма в трехфононных взаимодействиях. Физический механизм поглощения звука за счет взаимодействия звука с тепловыми фононами.

VII. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АКУСТИКИ.

Ухо человека. Чувствительность уха. Порог слышимости. Логарифмическая шкала децибел. Закон Вебера-Фехнера. Громкость. Бинауральный эффект.

VIII. КРАТКО ОБ ЭЛЕКТРОАКУСТИКЕ И АРХИТЕКТУРНОЙ АКУСТИКЕ.

Об электроакустических преобразователях. Пьезоэлектрические преобразователи. Акустика помещений. Реверберация. Звукопоглотители.

Ультразвуковые методы в физике твердого тела

Профессор А.И.Коробов
9 семестр, 36 часов

Введение. Определение параметров твердых тел акустическими методами. Термодинамическое описание свойств твердых тел. Нелинейные уравнения состояния. Акустические волны в кристаллах. Распространение упругих волн в однородно-деформированных средах. Упругоакустический и электроакустические эффекты в твердых телах. Определение линейных и нелинейных термодинамических коэффициентов. Возбуждение и прием ультра- и гиперзвуковых волн. Методы возбуждения и приема объемных и поверхностных акустических волн. Основные типы преобразователей для возбуждения и приема ультра- и гиперзвуковых волн; их характеристики. Электрическое и акустическое согласование преобразователей. Генерация и прием фононов высоких энергий. Измерение скорости и поглощение ультразвука в твердых телах. Импульсные и резонансные методы измерения скорости и поглощения ультразвука. Оптические методы измерения. Источники ошибок при ультразвуковых измерениях. Особенности акустических измерений на ПАВ. Измерения дисперсии скорости и поглощения. Абсолютные измерения в акустике твердого тела. Аппаратура и измерительные системы для проведения акустических измерений в твердых телах. Особенности акустических измерений в области критических точек. Акустические измерения при фазовых переходах. Релаксационная и флуктуационные модели описания фазовых переходов. Влияние внешних воздействий на особенности распространения звука вблизи критических точек. Акустические методы исследования энергетического спектра электронов в металлах и полупроводниках. Взаимодействие звуковых волн со свободными электронами в металлах и полупроводниках. Акустоэлектронный и магнитоакустический эффекты. Понятие энергетического спектра электронов и его связь с физическими свойствами металлов. Акустические методы неразрушающего контроля твердых тел. Акустическая дефектоскопия: принципы, возможности, разрешение. Акустическая микроскопия. Получение изображения. Контраст. Нелинейная микроскопия. Лазерное возбуждение акустических волн. Возможности оптоакустической спектроскопии твердых тел. Тепловые волны и их использование для неразрушающего контроля. Измерение тепловых параметров твердых тел. Применение ЭВМ при ультразвуковых измерениях. Особенности применения ЭВМ в акустическом эксперименте. Электрические методы измерения неэлектрических величин. Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Примеры автоматизации акустических измерений

Акустическая нелинейность твёрдых тел

Профессор А.И.Коробов
10 семестр, 32 часа

Феноменологическое описание упругих свойств твердых тел. Термодинамические потенциалы. Механическое и термодинамическое напряжения. Уравнения состояния твердых тел. Коэффициенты упругости высших порядков. Основы нелинейной теории упругости. Тензор Пиолы-Киргоффа. Распространение акустических волн в однородно-деформированной среде. Упруго- и электроакустический эффекты в твердых телах. Взаимодействие акустических волн в анизотропных твердых телах. Особенности взаимодействия акустических волн в пьезоэлектрических кристаллах. Элементы динамики кристаллической решетки. Колебательный спектр решетки. Зона Бриллюэна. Дисперсия, фазовая и групповая скорости. Фононы. Частота (температура) Дебая. Ангармонические эффекты. Межатомные и внутримолекулярные силы. Потенциал взаимодействия. Закон Гука и коэффициенты упругости. Тепловое расширение. Параметр Грюнайзена. Определение частоты Дебая и параметра Грюнайзена по результатам акустических экспериментов. Электроны в металлах и полупроводниках. Плотность электронных состояний и энергия Ферми. Энергетический спектра электронов и его влияние на физические свойства металлов и полупроводников. Механизмы взаимодействия акустических волн с носителями зарядов. Влияние особенностей плотности электронных состояний вблизи уровня Ферми на характер взаимодействия акустических волн с носителями зарядов (Электронно-топопологический переход. Системы с тяжелыми фермионами. Сверхпроводимость). Особенности поведения линейных и нелинейных акустических свойств твердых тел в критических точках. Теория фазовых переходов Ландау. Несовершенства в кристаллах. Образование и типы точечных дефектов. Общие свойства и типы дислокаций. Влияние дефектов на упругие свойства кристаллов. Пластические деформации. Аномалии затухания, скорости и генерация акустических гармоник, обусловленные дислокациями. Пики Бордони. Акустические свойства трещиноватых сред. Разномодульные или бимодульные среды. Структурная нелинейность. Физические механизмы, приводящие к появлению структурной нелинейности. Связь нелинейных упругих свойств и прочностных характеристик твердых тел. Экспериментальные методы исследования нелинейных свойств твердых тел.

Физическая акустика, часть 1

Доцент Ю.Н. Маков
8 семестр, 32 часа

1.ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ГИДРОДИНАМИКИ

Формулировка уравнений гидродинамики идеальной, вязкой и теплопроводящей жидкости. Примеры точных решений. Уравнение Бернулли. Вязкие и температурные (тепловые) волны. Законы подобия. Безразмерные числа в гидродинамике. Числа Маха, Рейнольдса, Фруда, Струхаля, Прандтля. Приближенные решения (Малые числа Рейнольдса). Формула Стокса. Приближенные решения. Большие числа Рейнольдса. Пограничный слой. Волны на поверхности жидкости. Капиллярные и тепловые волны. Турбулентное движение жидкости. Локально-изотропная турбулентность. Теория Колмогорова-Обухова. Закон "двух третей".

II. ЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ МАЛОЙ АМПЛИТУДЫ В ИДЕАЛЬНЫХ И ВЯЗКИХ ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ. ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ.

Скорость звука и его поглощение. Экспериментальные методы измерения. Классическая формула поглощения плоской гармонической волны с учетом вязкости (сдвиговой и объемной) и теплопроводности. Релаксация объемной вязкости и основы релаксационной теории (газы, жидкости). Дисперсия и поглощение. Оптические методы исследования. Релаксация сдвиговой вязкости в жидкостях. Возможности акустической спектроскопии.

III. ОСНОВЫ НЕЛИНЕЙНОЙ АКУСТИКИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ.

Плоская волна конечной амплитуды в отсутствии диссипации. Возникновние гармоник синусоидальной плоской волны по мере распространения. Нелинейное поглощение. Влияние диссипационных потерь и дисперсии. Солитоны. Экспериментальные методы исследования нелинейных акустических волн. Взаимодействие нелинейных волн. Стоячие нелинейные волны и резонаторы. Параметрические процессы в нелинейных волнах. Параметрические излучающие и приемные антенны. Статические явления при распространении нелинейных акустических волн. Поглощение звука шумом. Акустическая турбулентность. Радиационное давление. Радиационное давление Ланжевена-Бриллюэна. Рэлеевское радиационное давление. Кавитация. Уравнение Рэлея и Нолтинга-Непайраса. Влияние односторонней диффузии газа (пара) на рост пузырька в ультразвуковом поле. Кавитация в криогенных жидкостях. Акустические течения. Течение в свободном акустическом поле (течение Эккарта). Течения у границы.

IV. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В НЕОДНОРОДНОЙ ДВИЖУЩЕЙСЯ СРЕДЕ.

Турбулентность и звук. Флуктуации фазы и амплитуды звука в турбулентной среде. Их объяснение с позиции сведений о структуре турбулентности и Колмогоровско-Обуховской теории локально-изотропной турбулентности. Рассеяние звука в турбулентной среде. Радио-акустические методы зондирования атмосферы. Порождение звука турбулентностью. Закон "8-степени" Лайтхилла. Шум турбулентной струи, вытекающей из сопла реактивного двигателя. Аэродинамическая генерация звука при наличии в потоке твердых тел. Вихревой звук. Краевой тон.

Физика океана для акустиков

Доцент П.Н.Кравчун
9 семестр, 36 часов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИРОВОГО ОКЕАНА

Эволюция океанических бассейнов. Современная гидросфера Земли. Основные физические параметры вод и дна океана. Обмен энергией между океаном и атмосферой. Океан как термодинамическая машина. Спектры энергии и основные масштабы движений в океане, характеристика передачи энергий по спектру. Источники и стоки энергии в океане. Энергоактивные зоны океана. Изменчивость океана.

СТРУКТУРА И РЕЛЬЕФ ДНА МИРОВОГО ОКЕАНА

Морфологическая характеристика дна океана. Влияние генерального рельефа дна и частоты звука на отражение и ра