[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出声散射-消光截面与静电力之间的类比，证明在共振条件下，气泡所受声力与驱动波的角频率无关。通过分析共振条件下的散射截面与力，作者表明感应压力振幅与频率相互解耦，支持声学与静电学之间更深层次的类比——可能为将电子建模为真空中振荡气泡提供启示。

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.

研究动机与目标

• 研究声力与静电力之间的类比，尤其在气泡动力学背景下的表现。
• 分析声波在共振状态下对气泡的散射-消光截面。
• 确定声力与散射截面是否与驱动波的角频率无关。
• 探讨该类比对将电子建模为真空中振荡气泡的潜在启示。

提出的方法

• 通过分析两个气泡之间的次级Bjerknes力，识别出类静电行为。
• 推导并应用共振状态下声波的散射-消光截面。
• 使用线性化Navier-Stokes方程与连续性方程，模拟声波在气泡上的散射。
• 研究声力对入射波角频率与压力振幅的依赖关系。
• 通过数学建模，证明感应压力波的振幅与频率之间存在解耦。
• 将声力行为与静电定律进行比较，以验证类比关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 共振气泡所受声力是否与驱动波的角频率无关？
• RQ2 声波在气泡上的散射-消光截面能否类比于静电相互作用？
• RQ3 在声散射中，感应压力波的振幅与角频率之间存在何种关系？
• RQ4 气泡之间的次级Bjerknes力是否表现出与静电力相似的特征？
• RQ5 能否利用这种声-静电类比，将电子建模为真空中振荡的气泡？

主要发现

• 共振状态下气泡所受声力与驱动波的角频率无关，表明其与频率依赖性存在根本性解耦。
• 在共振时，散射-消光截面保持恒定，支持其与静电截面类比的合理性。
• 感应压力波的振幅与角频率无关，证实了模型中二者解耦的特性。
• 气泡之间的次级Bjerknes力表现出与静电力类似的特性，尤其体现在其与距离的平方反比关系上。
• 声散射与静电学之间的类比得到加强，提示未来或可将基本粒子（如电子）建模为真空中振荡的气泡。