3.4.2. ИЗМЕРЕНИЯ С МАЛОЙ МИШЕНЬЮ

Если методика измерения радиационного давления используется для определения локальных величин интенсивности, важно, во-первых, чтобы размеры мишени были значительно меньше характерных размеров пространственных неоднородностей полей интенсивности, и, во-вторых, чтобы взаимодействие волна — мишень описывалось простыми и удобными для расчетов зависимостями. Наилучший способ удовлетворить последнему условию — это применить сферическую мишень. Обычно для мишени используют стальной шарик от подшипника. Вычисления для этого случая приведены в работе [14], результаты представлены в безразмерном виде через величину отношение силы радиационного давления

действующей на сферу, к площади поперечного сечения (а — радиус сферы) и средней плотности энергии Е.

В одной из конструкций для подвески такой сферы используются две нити равной длины таким образом, чтобы образовать маятник. Если сила радиационного давления отклоняет такой маятник на расстояние в горизонтальном направлении, то величина этой силы легко находится из выражения

где длина перпендикуляра, опущенного от линии, соединяющей точки подвеса нитей к центру сферы масса сферы плюс масса необходимой части системы подвеса, причем обе с учетом силы выталкивания воды, ускорение свободного падения.

Таким образом, найденная экспериментально, позволяет определить интенсивность ультразвукового поля по следующей зависимости:

Для этой конструкции важно, чтобы нити подвеса были достаточно тонкими и не вносили существенных искажений в поле, а их прикрепление не изменяло профиль сферы или ее моды собственных колебаний.

Результаты вычисления величины для некоторых типичных случаев показаны на рис. 3.4. Видно, что, во-первых, взаимодействие имеет сложную частотную зависимость и, во-вторых, для приемлемой точности требуется очень хорошее знание физических

Рис. 3.4. Величины (см. текст), рассчитанные для шариков, изготовленных из двух сортов стали с немного отличающимися физическими свойствами: скорость звука для поперечных волн (сплошная линия) и пунктирная линия), скорость продольных волн равна в обоих случаях [36].

свойств материала сферы. Фактически, однако, в большинстве приведенных в литературе результатов игнорируется влияние затухания звука в материале сферы. В таком случае использование материала, обладающего высоким затуханием звука, может привести к сглаживанию частотной зависимости и более предсказуемым результатам [1], хотя в этом случае могут стать заметными последствия нагрева мишени и их придется учитывать.