[논문 리뷰] Acoustic scattering-extinction cross section and the acoustic force of electrostatic type

Ion Simaciu, Zoltan Borsos외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 04.

Ultrasound and Cavitation Phenomena참고 문헌 18인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 음향 산산분열-소멸 단면적과 전기력 사이의 유사성을 제안하며, 공명 상태에서 기포에 작용하는 음향력이 구동 파동의 각주파수에 독립적임을 입증한다. 공명 조건에서 산산분열 단면적과 힘을 분석함으로써, 유도 압력의 진폭과 주파수가 분리되어 있음을 보여주며, 음향학과 전기역학 사이의 더 깊은 유사성을 뒷받ány한다. 이는 진공 내 진동하는 기포로 전자를 모델링하는 데 도움이 될 수 있다.

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.

연구 동기 및 목표

• 음향력과 전기력 사이의 유사성을 연구하며, 특히 기포 역학의 맥락에서 다루기.
• 기공에서 공명 상태의 음향파에 대한 산산분열-소멸 단면적을 분석하기.
• 음향력과 산산분열 단면적이 구동 파동의 각주파수에 의존하는지 여부를 규명하기.
• 이 유사성이 진공 내 진동하는 기포로 전자를 모델링하는 데 미치는 영향 탐색하기.

제안 방법

• 두 기포 사이의 제2차 Bjerknes 힘 이론적 분석을 통해 전기력 유사 행동을 규명하기.
• 공명 상태에서 음향파에 대한 산산분열-소멸 단면적의 유도 및 적용하기.
• 선형화된 Navier-Stokes 방정식과 연속 방정식을 사용하여 기포에서의 파동 산산분열 모델링하기.
• 입사파의 각주파수와 압력 진폭에 따른 음향력의 의존성 조사하기.
• 수학적 모델링을 통해 유도 압력파의 진폭과 주파수 사이의 분리됨을 보여주기.
• 음향력 행동을 전기력 법칙과 비교하여 유사성 검증하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공명 상태에서 기포에 작용하는 음향력은 구동 파동의 각주파수에 독립적인가?
• RQ2 기포에 대한 음향파의 산산분열-소멸 단면적은 전기적 상호작용과 유사하게 기술될 수 있는가?
• RQ3 음향 산산분열에서 유도 압력파의 진폭과 각주파수 사이의 관계는 무엇인가?
• RQ4 기포 사이의 제2차 Bjerknes 힘은 전기력과 유사한 특성을 보이는가?
• RQ5 이 음향-전기역학적 유사성을 사용하여 진공 내 진동하는 기포로 전자를 모델링할 수 있는가?

주요 결과

• 공명 상태에서 기포에 작용하는 음향력은 구동 파동의 각주파수에 독립적이며, 주파수 의존성에서의 근본적인 분리됨을 나타낸다.
• 공명 상태에서 산산분열-소멸 단면적이 일정하게 유지되며, 전기역학적 단면적과의 유사성을 뒷받ány한다.
• 유도 압력파의 진폭은 그 각주파수와 관련이 없으며, 모델에서의 이들의 분리됨을 확인한다.
• 기포 사이의 제2차 Bjerknes 힘은 전기력과 유사한 행동을 보이며, 특히 거리의 역제곱에 비례하는 특성을 띤다.
• 음향 산산분열과 전기역학 사이의 유사성이 강화되며, 이는 진공 내 진동하는 기포로 기본 입자를 모델링하는 데 잠재적인 가능성을 시사한다.