|
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: запрещенные спектральные линии |
Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
Кафедра акустики
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ст. н. с. Карпачев С.Н.
10 семестр, 32 часа
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.
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
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.
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.
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 рассеяние звука дном. Гипотеза тектоники плит. Срединно-океанические хребты, рифтовые долины, трансформные разломы. Спрединг дна, субдукция. Подводные вулканы, землетрясения, микросейсмы, их шум. Гидротермали. Структура дна. Океаническая седиментация. Районирование океана по плотности, пористости и скорости звука в грунте. Сиппинг, газогидраты. ЖМК и возможности их обнаружения акустическими методами.
ДИНАМИКА ОКЕАНА (ТЕЧЕНИЯ И ОБЩАЯ ЦИРКУЛЯЦИЯ ВОД)
Основные типы течений. Теория дрейфовых и градиентных течений. Экмановские слои. Элементарная система течений (по Экману). Геострофические течения. Общая циркуляция вод Мирового океана. Основные квазистационарные течения и круговороты. Глубинные и подповерхностные противотечения. Течения в придонном слое. Придонные шторма. Синоптические и мезомасштабные вихри (ринги, вихри открытого океана, вихревые линзы). Возможности их обнаружения акустическими методами. Вертикальные движения вод (апвеллинг, даунвеллинг). Биологическая продуктивность апвеллингов. Явление Эль-Ниньо. Общие сведения о самоорганизации океанических движений. Влияние течений на распространение звука в океане и на работу гидроакустической аппаратуры.
СТРУКТУРА ВОД МИРОВОГО ОКЕАНА
Горизонтальная и вертикальная стратификация вод и ее изменчивость. Структура и физическая природа океанических фронтов, их классификация. Влияние фронтов на распространение звуковых волн, на биоактивность и биошумы. Двумерные и трехмерные звуковые каналы. Структурные зоны и водные массы Мирового океана. Тонкая структура вод океана, ее влияние на высокочастотные звуковые поля.
ВОЛНЫ В ОКЕАНЕ
Волны как проявление изменчивости океана. Специфика волновых явлений в океане. Волны на поверхности. Основные факторы волнообразования, полностью развитое волнение. Дисперсия, береговая рефракция. Спектры волнения, гравитационный интервал спектра. Механизмы генерации шума поверхностью океана.
ОКЕАНИЧЕСКАЯ ТУРБУЛЕНТНОСТЬ
Основные механизмы генерации турбулентности в океане. Особенности океанической турбулентности (влияние стратификации, тонкая структура, перемежаемость, "взрывной" характер генерации). Число Ричардсона. Спектры океанической турбулентности (Колмогорова-Обухова, Болджиано-Обухова). Турбулентная диффузия в океане. Шум турбулентности в океане.
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОД И ДНА
Методы и средства измерения основных физических параметров вод и дна. Автономные и буксируемые аппараты, зонды. Дистанционные и космические методы наблюдений. Гидроакустические средства исследования океана: эхолоты, лаги, гидролокаторы бокового обзора и др. Сейсмоакустические исследования. Акустическая томография и глобальный акустический мониторинг океана. Геоакустическая инверсия. Перспективы развития технических средств изучения океана.
Доцент П.Н.Кравчун, профессор И.Ю.Солодов
7 семестр, 36 часов
I. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ОГРАНИЧЕННЫХ ЖИДКИХ СРЕДАХ
Потенциальные и вихревые акустические поля в ограниченных объемах. Акустический пограничный слой. Эффект Константинова. Нормальные волны в однородных волноводах. Распространяющиеся и нераспространяющиеся моды. Критические частоты. Дисперсия нормальных волн. Фазовая и групповая скорости. Нормальная волна как суперпозиция плоских волн. "Лучи" Бриллюэна. Волны в отрезках труб. Входной импеданс. Эффект трансформации импедансов в волноводе со скачком сечения. Резонатор Гельмгольца. Волноводы с медленно меняющимся сечением. Уравнение Вебстера. Рупоры. Согласование. Четвертьволновый согласующий слой. Колебания в замкнутых объемах. Фундаментальные функции, спектр собственных частот. Реверберация мод. Асимптотика высоких частот ( статистическая теория, формула Сэбина).
II. ВОЛНЫ В ДИСКРЕТНЫХ СТРУКТУРАХ
Основы теории волн в дискретных структурах. Нормальные волны в периодических структурах. Полосы пропускания и непропускания. Распространение волн в одномерных периодических структурах. Дисперсия волн. Зоны Бриллюэна, акустическая и оптическая ветви .
III. УПРУГИЕ ВОЛНЫ В ИЗОТРОПНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Тензоры деформации и напряжения. Закон Гука. Модули упругости при различных деформациях. Уравнения движения изотропных твердых тел. Волновые уравнения для потенциалов . Продольные и поперечные волны в твердых телах. Неоднородные упругие волны: фазовая скорость, поляризация и структура смещений.
IV. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА СРЕД
Граничные задачи акустики твердого тела. Условия на границах раздела. Метод поверхностей рефракции. Связь упругих волн на границе. Общие закономерности отражения и преломления акустических волн на границах изотропных тел. Отражение горизонтально и вертикально поляризованных сдвиговых волн от свободной границы изотропного твердого тела. Критические и брюстеровские явления при отражении. Отражение и преломление волн на границах раздела твердых тел и жидкость - твердое тело. Эффекты трансформации типов акустических волн при преломлении.
V. РАСПРОСТРАНЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ОГРАНИЧЕННЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
Метод отражения в задачах распространения граничных волн. Комплексные углы отражения и неоднородные волны. Парциальное представление упругого возмущения на границе твердых тел. Акустические волны на свободной поверхности твердого тела, границах раздела твердых тел, твердого тела и жидкости . Упругие волны в твердых пластинах. Определение характеристик горизонтально поляризованных мод методами потенциалов и парциального представления. Дисперсионные соотношения Рэлея-Лэмба. Вертикально поляризованные моды твердых пластин. Связь волн Лэмба и Рэлея. Продольные и изгибные волны в тонких пластинах. Волны Лява: парциальное представление и дисперсионные свойства. Моды Бромвича и Сезавы. Упругие волны в свободных цилиндрах. Волновые уравнения для потенциалов в цилиндрических координатах. Дисперсионные характеристики крутильных мод. Уравнение Похгаммера-Кри. Геометрическая дисперсия продольных волн в стержнях. Изгибные волны в стержнях.
Доцент П.Н.Кравчун, с.н.с. И.В.Лебедева
10 семестр, 32 часа
Общая характеристика шума и вибрации. Воздействие шума и вибрации на человека. Общая характеристика источников шума и вибрации. Основы теории шума гидродинамического происхождения. Уравнение Блохинцева-Хоу, акустическая аналогия Лайтхилла. Шум турбулентного пограничного слоя. Шум винта. Диссипативные и реактивные системы подавления шума и вибрации. Физические принципы звуко- и виброизоляции в реактивных системах. Прохождение волны через жидкий слой. Волновой резонанс. Интерференционные глушители шума в каналах. Виброизоляция. Динамическое гашение колебаний. Прохождение звука через тонкую упругую пластину. Резонанс совпадений. Прохождение звуковых волн через пластину ограниченных размеров. Незеркальное отражение. Прохождение звука через тонкую цилиндрическую оболочку. Вибропоглощающие покрытия. Активные методы гашения шума и вибрации. Звукопоглощающие системы. Назначение, применение, требования. Типы звукопоглотителей. Резонансные звукопоглотители (РЗП). Наклонное падение звука. Поглощение в диффузном поле. Многослойные РЗП. Низкочастотные РЗП. РЗП при высоких уровнях звука. Шумомеры и виброметры. Основы акустической интенсиметрии и термоанемометрии. Ревербереционная и заглушенная камеры. Интерферометры. Акустическое моделирование и критерии подобия.
Вед.науч.сотр. П.С. Ланда.
10 семестр, 32 часа
Различные типы источников звука и механизмы возбуждения: камертон как пример источника звука за счет возбуждения слабозатухающих собственных колебаний; динамик как пример источника звука за счет вынужденных колебаний; свисток как пример автоколебательного источника звука. Общие сведения об автоколебательных системах. Определение, основные методы исследования (асимптотические методы, метод точечных отображений, численные методы), механизмы возбуждения и ограничения амплитуды автоколебаний, мягкое и жесткое возбуждение, типы автоколебательных систем. Автоколебательные системы, генерирующие периодические, стохастические и хаотические колебания. Синхронизация и хаотизация автоколебаний за счет взаимодействия. Источники звука автоколебательного типа. Резонатор Гельмгольца с неравномерно нагретыми стенками ("поющее стекло"). Явление Рийке. "Гудящее пламя" - сосредоточенная и распределенная модели. Генерация звука потоком воздуха или жидкости. Модели голосовых складок человека и животных. Возбуждение звуков Короткова при измерении кровяного давления аускультаторным методом. Генерация звука струйными и отрывными течениями. Гидродинамические и акустические волны в дозвуковых струях. Генерация звука при ударе дозвуковой струи о плоский экран или клин. Возбуждение звука в аэродинамических трубах с открытой рабочей частью. Эоловы тона и срывной флаттер. Преобразование звукового сигнала в среде, содержащей пузырьки газа. Колебания пузырька воздуха в звуковом поле. Уравнение Релея. Хаотизация звукового поля при наличии пузырька газа. Акустическая эмиссия. Эволюция спектров акустической эмиссии при увеличении нагрузки. Модель акустической эмиссии в виде связанных нелинейных осциллятров. Гомоклинические структуры. Хаотические переходные процессы. Эволюция спектров колебаний при изменении начальных условий. Использование акустической эмиссии для диагностики состояния материалов и сооружений.
Член-корр. РАН, профессор О.В.Руденко
9 семестр, 36 часов
Приближение сплошной среды (СС). Диапазон масштабов (от микромира до астрофизики), примеры задач. Радиофизические проблемы, связанные с динамикой СС; методы радиофизики в задачах механики СС. Волновые и неволновые движения; закон дисперсии, корни дисперсионных уравнений, моды безграничной СС. Идеальная СС. Уравнения. Лагранжево и эйлерово описание. Уравнение Ирншоу. Линии тока и траектории частиц. Теорема Бернулли и ее использование (трубки Вентури, диск Рэлея, эффект Магнуса, движение кораблей параллельными курсами). Теорема Томсона о циркуляции. Потенциальное движение. Парадокс Даламбера-Эйлера; волновое сопротивление подводному и надводному плаванию, сверхзвуковому движению тел. Вихревые течения ( сдвиговое, тангенциальный разрыв, вращающийся жидкий цилиндр). Функция тока. Уравнения Фридмана и Гельмгольца. Теория торнадо. Диагностика вихрей в атмосфере и океане, излучение звука вихревыми течениями. Возвращающие силы в жидкости, вращающейся в поле силы тяжести, и типы волн (внутренние, поверхностные, Россби и др.). Частота Брента-Вяйсяля. Внутренние гравитационные волны (фазовая и групповая скорости; особенности возбужения, распространения, отражения), их роль в динамике атмосферы и океана. Инерционные волны. Поверхностные волны. Неустойчивость поверхности и механизмы возбужения. Дисперсия гравитационно-капиллярных волн в слое. Волны на глубокой и мелкой воде. Цунами. Волны Кельвина. Дистанционная диагностика поверхности. Модели неидеальной жидкости. Уравнения Навье-Стокса. Точные решения. Уравнения Прандтля для погранслоя, аналогия с квазиоптикой. Ударные волны (УВ). Простые волны как особое решение уравнения Ирншоу. Преобразование Лежандра. Взаимодействия слабых УВ. Теория сильных УВ. Сверхзвуковое крыло, сопло Лаваля, волны звукового удара в атмосфере. Моды вязкой теплопроводной среды (вихревая, акустическая, энтропийная). Взаимодействия мод: спонтанные и вынужденные рассеяния звука на звуке, вихревых и температурных волнах и др. Неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и Рэлея-Тейлора. Метод нормальных мод, вычисление инкрементов. Число Рейнольдса и турбулизация. Однородная изотропная турбулентность. Динамика сверхтекучей жидкости. Второй звук. Релятивистская гидродинамика; приложения к астрофизике. Движение и диагностика неоднородных сред. Кавитирующие и пузырьковые жидкости, медицинские и гидрофизические приложения. Влияние структурных особенностей на распространение сигналов. Элементы кинетики и микротеории.
С.н.с. О.Д.Румянцева, доцент О.А.Сапожников
7 семестp, 32 часа
Профессор В.А.Красильников, профессор
И.Ю.Солодов
9 семестр, 36 часов
V. АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В КРИСТАЛЛАХ
VII. НЕЛИНЕЙНАЯ АКУСТИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА
VI. ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА В ИЗОТРОПНЫХ ДИЭЛЕКТРИКАХ
Ландау-Румера и Ахиезера .
VIII. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ
IX. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
X. ОСНОВЫ МАГНИТОАКУСТИКИ И КВАНТОВОЙ АКУСТИКИ
Профессор И.Ю.Солодов.
10 семестр, 32 часа
1. ЛИНЕЙНАЯ КРИСТАЛЛОАКУСТИКА
Элементы симметрии кристаллов. Кристаллическая структура твердых тел: сингонии и классы. Направления, плоскости и системы координат в кристаллах .
Линейная теория упругости кристаллов. Уравнение Грина-Кристофеля. Основные закономерности распространения объемных акустических волн в кристаллах . Продольные нормали и акустические оси. Пьезоактивные направления в кристаллах. Коэффициент электромеханической связи . Общие закономерности отражения и преломления упругих волн в кристаллах. Определение коэффициентов отражения акустических волн от свободной поверхности пьезокристаллов. Связь задач отражения и распространения акустических волн. Обобщенные рэлеевские волны в кристаллах . ПАВ утечки. Поток энергии ПАВ в кристаллах. Факторы энергетического качества ПАВ. Связь акустической мощности с амплитудой смещения и электрического потенциала ПАВ в пьезокристаллах. ПАВ Гуляева-Блуштейна.
2. ВОЗБУЖДЕНИЕ И ПРИЕМ СВЧ-АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН
Определение типов акустических волн, возбуждаемых пьезокристаллическими резонансными преобразователями. Электромеханические аналогии. Схема Мэзона пьезоэлектрических преобразователей. Эквивалентные схемы пьезопреобразователей. Сопротивление излучения. Эффективность возбуждения и приема. Методы согласования и частотные характеристики пьезопреобразователей .
Методы возбуждения и приема ПАВ. Встречноштыревые преобразователи (ВШП). Определение типов ПАВ, возбуждаемых ВШП в пьезокристаллах. Зависимость элементов эквивалентной схемы от геометрии ВШП. Оптимизация потерь на преобразование ВШП. Акустическая и электрическая полосы преобразователя. Оптимизация частотной характеристики ВШП .
3. АКУСТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
Основные элементы линейных акустоэлектронных устройств на ПАВ. Принципы синтеза полосовых ПАВ-фильтров. Связь функции аподизации ВШП с частотной характеристикой фильтра. Влияние функции окна. Вторичные эффекты. ЧМ ПАВ-фильтры. Фильтры сжатия и растяжения. Согласованная фильтрация ЛЧМ-сигналов на ПАВ. Широкополосные ЧМ фильтры, дисперсионные линии задержки на ПАВ. ПАВ-устройства преобразования Фурье. Основные характеристики спектранализаторов на ПАВ. Сравнение с возможностями компьютерных методов БПФ. Программируемая фильтрация сигналов с помощью Фурье-преобразований на ПАВ. Нелинейные ПАВ-устройства. Свертка сигналов при взаимодействии встречных ПАВ. Корреляционные преобразования при параметрическом взаимодействии с электрическим полем. ПАВ-коррелятор с памятью. Адаптивная согласованная фильтрация сигналов в нелинейных ПАВ-устройствах.