ПРЕДИСЛОВИЕ

Общей, или классической, акустикой называют раздел физики, имеющий дело с упругими колебаниями и волнами в классической сплошной среде в случае, когда длины волн значительно больше расстояний между атомами и молекулами. Другими словами, общая акустика — это часть механики сплошных сред (гидродинамики и теории упругости), изучающая колебательные и волновые процессы. Если же среда характеризуется не только механическими, но и другими физическими свойствами (например, наличием пьезоэлектричества, фотоупругости, магнитных свойств и т. д.), то процесс распространения звука в такой среде может существенно зависеть от этих свойств. Для описания акустических явлений в этом случае уже недостаточно традиционных представлений механики сплошных сред. Необходимо использовать более общие модели, основанные на рассмотрении соответствующих явлений на макро- и микроуровнях. Это относится к взаимодействиям звука с тепловыми упругими волнами в кристаллах — фононами, взаимодействиям со светом — фотонами (акустооптика), со свободными носителями заряда — электронами (акустоэлектроника), с возбуждениями в магнитоупорядоченных кристаллах — магнонами. Когда длина волны становится сравнимой с параметром решетки кристалла, возникают специфические явления, которые также не могут быть описаны в рамках классической механики сплошных сред.

Область акустики, изучающую взаимодействия звука с веществом как на макроскопическом, так и на микроскопическом уровнях, обычно называют физической акустикой. В круг ее задач входит, с одной стороны, изучение особенностей распространения звука в средах с различными физическими свойствами и использование этих особенностей в практических целях. Это — прямые задачи физической акустики. С другой стороны, зондируя исследуемую среду звуком различной частоты и амплитуды, оказывается возможным определять многие ее физические свойства. Это — обратные задачи физической акустики.

В настоящее время физическая акустика занимает видное место не только в акустике в целом, но и во многих смежных областях физики; она служит основой многих практических приложений. За последние 25—30 лет возникли и получили большое развитие такие новые области, как нелинейная акустика, кристаллоакустика, акустоэлектроника, акустооптика, физика поверхностных волн. Результаты физической акустики нашли широкие приложения в физике твердого тела, квантовой физике, радиоэлектронике.

Физической акустике посвящена обширная литература. Содержание различных ее разделов рассредоточено по ряду специальных журналов и монографий. При этом изложение многих вопросов слишком специализировано, для того чтобы начинающий читатель, приступая к изучению физической акустики, мог получить необходимые сведения по основному кругу рассматриваемых в ней проблем. Так, например, широко известно многотомное американское издание «Физическая акустика», из которого у нас в стране издательством «Мир» выпущено 11 книг (в США выходят все новые и новые тома этой серии). Обширный и интересный материал, собранный в этом издании, написан различными авторами в виде статей обзорного характера. Вследствие этого он насыщен специальной терминологией, очень разнороден как по характеру, так и по стилю и уровню изложения. В результате этот многотомный труд доступен для изучения, как правило, лишь узким специалистам. Как в нашей, так и в зарубежной литературе пока нет монографии или учебного пособия, где бы на современном уровне сконцентрированно и сжато были изложены основные вопросы физической акустики. Предлагаемая книга — попытка осуществить такой труд. Она представляет собой расширенный курс лекций, которые читаются студентам акустической специальности радиофизического отделения на физическом факультете Московского университета.

Имеются трудности в определении того, что именно должно быть включено в понятие физической акустики и, как следствие этого, в выборе материала. Содержание книги в значительной степени сложилось под влиянием научных интересов одного из авторов (В. А. Красильникова) в процессе его длительной работы со студентами и аспирантами на кафедре акустики физического факультета МГУ, а также с сотрудниками Акустического института им. Н. Н. Андреева.

Многие вопросы из той обширной области, которую представляет собой физическая акустика, мы не могли включить в эту книгу. Так, опущены разделы по квантовым явлениям и по взаимодействию звука с электронами в металлах, не рассмотрены процессы аэродинамической генерации звука, очень кратко освещены вопросы возбуждения и рассеяния звука. С другой стороны, некоторые разделы изложены более подробно, чем, казалось, следовало бы. Так, основным понятиям гидродинамики посвящена отдельная глава, в то время как аналогичные сведения из теории упругости излагаются весьма конспективно. Это связано с тем, что, как показал наш опыт, студенты обычно лучше знакомы с теорией упругости, чем с гидродинамикой. В книге мы намеренно уделили большое внимание нелинейным задачам; наше твердое убеждение состоит в том, что развитие физической акустики идет и в ближайшее время пойдет еще более быстрыми темпами именно в этом направлении. Будут развиваться (как в теоретическом, так и в особенности в экспериментальном плане) те области физической акустики, где волны конечной амплитуды играют заметную роль.

Первая часть книги написана В. А. Красильниковым. При написании этой части большую помощь оказал А. М. Обухов, который сделал ряд ценных замечаний по главам 1 и 7. К- Н. Баранскому принадлежат основные идеи § 5 гл. 2, относящегося к релаксации сдвиговой вязкости; он также высказал ряд ценных замечаний по этой главе. В. Н. Алексеев принял большое участие в написании гл. 5, в которой использованы полученные им новые результаты о радиационном давлении звука на сферу и о взаимодействии двух сферических частиц в звуковом поле. В. Н. Алексеев и В. П. Юшин оказали большую помощь в написании гл. 6 (звуковая кавитация), в которой изложен ряд полученных ими новых результатов.

Во второй части книги гл. 10 написана В. А. Красильниковым, главы 8, 9 и 12 написаны В. В. Крыловым и главы 11, 13 и 14 совместно — В. А. Красильниковым и В. В. Крыловым. При написании этих глав авторы пользовались советами и замечаниями А. Г. Козорезова, В. И. Павлова, И. Ю. Солодова. Изложение вопросов нелинейной кристаллоакустики в значительной степени основано на оригинальных результатах, полученных В. Е. Лямовым. Ряд ценных замечаний сделали Л. К. Зарембо и О. В. Руденко, сотрудничество с которыми оказало большое влияние на формирование взглядов авторов по целому кругу проблем. Всем им авторы выражают искреннюю благодарность.

Эта книга написана физиками и предназначена прежде всего для физиков-экспериментаторов. Однако и начинающим теоретикам она, с нашей точки зрения, также может быть полезна. Книга не дает в руки теоретика рабочих технических приемов решения задач, но может ввести в курс дела по той или иной проблеме физической акустики.

Мы отдаем себе отчет, что некоторые положения или высказывания в этой книге могут показаться читателю спорными или, во всяком в случае, не лишенными недостатков. Все замечания и предложения по содержанию книги будут встречены нами с благодарностью.

Авторы