[論文レビュー] Acoustic scattering-extinction cross section and the acoustic force of electrostatic type

Ion Simaciu, Zoltan Borsos+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2017

Ultrasound and Cavitation Phenomena参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、音響散乱断面積と消滅断面積の類似性と静電力との類似性を提案し、共鳴状態における気泡の音響力が駆動波の角周波数に依存しないことを示している。共鳴状態における散乱断面積と力の分析を通じて、誘導圧力の振幅と周波数が分離されていることが明らかになり、音響学と静電気学との間のより深い類似性が裏付けられている。これは、真空中の振動する気泡として電子をモデル化する可能性を示唆している。

ABSTRACT

The analysis of the secondary Bjerknes force between two bubbles suggests that this force is analogous to the electrostatic forces. The same analogy is suggested by the existence of a scattering cross section of an acoustic wave on a bubble. Our paper brings new arguments in support of this analogy. The study which we perform is dedicated to the acoustic force and to the scattering cross section at resonance in order to highlight their angular frequency independence of the inductor wave. Also, our study reveals that the angular frequency and the amplitude of the induction pressure wave are not related. Highlighting this analogy will allow us a better understanding of the electrostatic interaction if the electron is modeled as an oscillating bubble in the vacuum.

研究の動機と目的

• 音響力と静電力の類似性を、特に気泡の力学的挙動の文脈で調査すること。
• 共鳴状態における気泡上の音響波の散乱・消滅断面積を分析すること。
• 音響力および散乱断面積が駆動波の角周波数に依存しないかどうかを特定すること。
• この類似性が、真空中の振動する気泡として電子をモデル化するうえでどのような意味を持つのかを検討すること。

提案手法

• 2つの気泡間の二次的BJERKNEs力の理論的分析を通じて、静電気的挙動に類似する性質を特定すること。
• 共鳴状態における音響波の散乱・消滅断面積の導出および応用。
• 線形化されたナビエ＝ストークス方程式および連続の式を用いて、気泡上の波の散乱をモデル化すること。
• 入射波の角周波数および圧力振幅に伴う音響力の依存性を調査すること。
• 圧力波の振幅と周波数の分離を示すための数学的モデリング。
• 音響力の挙動を静電力則と比較し、類似性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 共鳴状態における気泡の音響力は、駆動波の角周波数に依存しないか？
• RQ2 気泡上の音響波の散乱・消滅断面積は、静電気的相互作用と類似して記述できるか？
• RQ3 音響散乱における誘導圧力波の振幅と角周波数の関係は何か？
• RQ4 気泡間の二次的BJERKNEs力は、静電気力に類似した性質を示すか？
• RQ5 この音響-静電気的類似性を用いて、真空中の振動する気泡として電子をモデル化できるか？

主な発見

• 共鳴状態における気泡の音響力は、駆動波の角周波数に依存しないことが判明し、周波数依存性からの根本的な分離が示された。
• 共鳴状態において散乱・消滅断面積は一定であり、静電気的断面積との類似性を裏付けた。
• 誘導圧力波の振幅はその角周波数とは関係がなく、モデル内での分離が確認された。
• 気泡間の二次的BJERKNEs力は、距離の二乗に反比例するという点で、静電気力に類似した挙動を示した。
• 音響散乱と静電気学との類似性が強化され、電子のような基本粒子を真空中の振動する気泡としてモデル化する可能性が示唆された。