Излучение источника в движущейся среде




Для более подробного анализа возмущений среды, создаваемых точечным источником, рассмотрим решение системы уравнений, исключив из нее одну из неизвестных, например, скорость. При этом удобно перейти к волновому уравнению второго порядка. Наличие точечного источника возмущения плотности описывается введением -функции в правой части уравнения.

Пусть среда, в которой находится источник, движется со скоростью V в положительном направлении оси OX. Размеры источника будем считать пренебрежимо малыми, а его воздействие на среду – периодическим. В этом случае волновое уравнение будет неоднородным. Пусть возмущение среды описывается скалярной функцией j:

.

Решение уравнения удобно проводить с помощью разложения Фурье по плоским волнам:

, ,

что дает для временной зависимости фурье-компоненты уравнение вынужденных колебаний вида

, (1)

с правой частью

.

Решение уравнения вынужденных колебаний мы будем проводить с помощью функции Грина, что позволяет в явном виде учесть условие причинности. Будем искать это решение в виде

. (2)

Интегрирование по времени формально можно вести до , если положить, что функция Грина имеет вид:

.

Такое представление функции Грина соответствует обычному представлению о последовательности причинно-следственных связях, когда динамическая переменная не может зависеть от будущего воздействия на систему.

Подставляя решение (2) в уравнение (1), для функции Грина получим уравнение:

 

, (3)

откуда следует, что выражение в фигурных скобках является d-функцией:

 

. (4)

Фурье-образ для функции Грина , который мы определим выражением

формально выражается дробью

 

,

знаменатель которой обращается в нуль в точках , где - волновое число. Для определения функции Грина следует вычислить интеграл, что удобно сделать с помощью теории вычетов. При этом можно так выбрать контур интегрирования, что условие причинности будет выполнено автоматически. Для этого достаточно обойти полюса сверху в комплексной плоскости w или, что тоже самое, сместить оба полюса вниз с действительной оси на малую величину , которую после вычисления интеграла следует устремить к нулю.

 

.

 

Вычисляя интеграл при по контуру, который замыкается в верхней полуплоскости, мы получим нуль, так как внутри контура полюсов нет. При контур следует замыкать в нижней полуплоскости, где расположены полюса. Это приводит к следующему выражению:

 

.

 

Зависимость от времени фурье-компоненты плоской волны имеет вид:

Теперь нетрудно получить выражение для пространственного распределения поля, создаваемого точечным источником:

Внутренний интеграл представим в виде:

, где .

Для выполнения интегрирования выберем сферическую систему так, чтобы полярный угол J отсчитывался от вектора . Тогда

.

Для запаздывающей функции , , так что и

.

Фаза зависит от запаздывающего времени, обусловленное конечным временем распространения возмущения.

.

Поверхности равной фазы, определяющие волновой фронт в некоторый момент времени, изображены на рисунке.

 

При движении потока со скоростью, превышающей скорость звука (в неподвижном газе), область возмущения имеет вид конуса, угол раствора которого называется углом Маха и определяется выражением: .

Рис.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-04-30 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: