看不见的“手”——声辐射力及其应用

作者: 臧雨宸等

来源: 中国物理学会期刊网

发布日期: 2021-12-13 12:27:01

声辐射力是声波在物体表面发生反射、折射、散射等效应时,与物体产生动量与能量交换的宏观表现。经过一百多年的发展,声辐射力的理论和应用在声学领域成为前沿热点,尤其在高声强作用下显著。

声波是在弹性介质中传播的经典机械波。当声波在物体表面发生反射、折射、散射等效应时,会与物体产生动量与能量的交换。这种交换在宏观上表现为声波对物体施加力的作用,称为声辐射力,瑞利和朗之万两位科学家正是声辐射力的最早发现者。经过一百多年的探索,声辐射力的基本理论和研究方法已经得到极大的丰富和发展,成为声学的前沿与热点问题。

声辐射力是声场的二阶量,因而一般情况下产生的声辐射力很小。例如对130dB(相当于火箭发射点附近的声强)的声波,其产生的声辐射压还不到0.1Pa,但当声压级增加到174 dB时,声辐射压可以达到1000 Pa。由此看来,声辐射力主要在高声强作用下较为显著。

声辐射力既是声场传递动量的反映,也是声波非线性的重要体现。历经了一个多世纪的探索与发展,关于声辐射力的研究仍然方兴未艾。一方面,不少学者已经给出了各种模型下声辐射力的大量计算结果,为实际的声操控提供了必不可少的理论基础。另一方面,宽频声场的动态声辐射力、多粒子的声辐射力和血管壁等复杂边界下的声辐射力等成为了新的热点,使得声辐射力的基础理论研究与实际操控结合得更加紧密。

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