Acústica de inhomogeneidades en movimiento

Título original:

Acoustics of Moving Inhomogeneities

Contenido del libro:

Se presenta un nuevo enfoque de la teoría de la dispersión, difracción y propagación del sonido en medios ligeramente compresibles que contienen inhomogeneidades en movimiento. El concepto principal de este enfoque radica en enriquecer las propiedades acústicas del medio mediante la consideración del movimiento de las inhomogeneidades junto con la contribución del flujo del medio generado por ellas.

Ambos factores se ignoran convencionalmente en la teoría clásica de la dispersión de ondas. Los medios inhomogéneos suelen presentarse como continuos con una supuesta distribución de propiedades estadísticas locales, mientras que las especificidades estructurales y el movimiento de los componentes del medio se ignoran excusándose en sus números de Mach extremadamente pequeños. Sin embargo, esta aproximación sólo es válida para la dispersión de ondas electromagnéticas.

La analogía entre el sonido y la propagación de ondas electromagnéticas en medios inhomogéneos en movimiento falla en la acústica de medios con inhomogeneidades en movimiento.

Las conclusiones presentadas se basan en soluciones analíticas de problemas de dispersión del sonido para la ecuación de Lighthill relativa a un cuerpo en movimiento en medios ideales o viscosos con una relación arbitraria entre la longitud de onda del sonido y la dimensión del cuerpo. Se demuestra que la contribución del flujo ambiental alrededor del dispersor en movimiento a la dispersión total del sonido es al menos comparable a la contribución del movimiento del cuerpo del dispersor.

En determinadas condiciones, como en el caso de pequeñas partículas en movimiento en medios viscosos, la contribución del cuerpo de la partícula a la dispersión en su conjunto podría ignorarse con seguridad con respecto a la contribución del flujo ambiental. En consecuencia, se modifica la ley de Rayleigh clásica y se deducen algunas relaciones fundamentales que la sustituyen. Los resultados obtenidos son importantes para una amplia gama de problemas acústicos que surgen en medios inhomogéneos en movimiento, desde la dispersión del sonido en la atmósfera o el océano hasta la descomposición del sonido en soluciones de partículas coloidales.

Se demuestra que también es necesaria la consideración de la contribución del flujo ambiental a la difracción del sonido por un cuerpo grande en movimiento. Por ello, deben revisarse muchos problemas de difracción conocidos, por ejemplo, los que se utilizan para evaluar la eficacia de los sistemas acústicos submarinos. Algunos ejemplos de nuestros resultados son: predicciones del decaimiento del sonido en precipitaciones atmosféricas, en medios turbulentos y en soluciones coloidales de partículas en suspensión implicadas en el movimiento browniano.

Además, algunos datos experimentales que hasta ahora no tenían explicación se aclaran ahora a la luz de esta nueva teoría. Al mismo tiempo, mostramos la necesidad de realizar experimentos adicionales basados en las predicciones de la teoría.