Тред №596164

Аберрация Звука в Движущемся Элементе Среды

Итак, постановка задачи: источник звука неподвижен относительно первого элемента среды М₁, а второй элемент той же среды М₂ двигается со скоростью  v  относительно М₁. Это упрощенный случай – никакой турбулентности нет, движение исключительно ламинарно (скорость элемента М₂ относительно элемента М₁ незначительна, потому что, если два элемента среды двигаются друг относительно друга с большой скоростью, всегда можно разбить среду на промежуточные слои/элементы, которые двигаются друг относительно друга с инкрементом Δv). Как, согласно Аксиоме 10 (Принципу Гюйгенса в формулировке русики), изменятся лучи звуковых волн при переходе из М₁ в М₂? Затем лучи выходят из элемента М₂ в элемент той же среды М₃, покоящийся относительно М₁. Что произойдет с лучами при этом переходе? Как изменятся частоты и длины волн лучей при их переходе из М₁ в М₂ и затем в М₃?
 

 
Я довольно подробно разбираю эти вопросы, будет много рисунков и текста. Все это очень просто и вроде бы не тянет на переворот в науке, но, тем не менее, именно при помощи таких очень простых рассуждений я хочу показать, где именно в физике содержатся ошибки. Фундаментальные – то есть в самых основах физики. Потому и простые. Чуть позже, я сделаю ряд очень далеко идущих выводов именно из этого анализа аберрации звука в движущемся элементе среды.

Рассмотрим переход лучей 1-6 из М₁ в М₂ по отдельности (с увеличением, чтобы можно было считать фронты волн плоскими).

а) Луч 1

Сначала рассмотрим луч 1, который перпендикулярен границе раздела М₁ и М₂ и перпендикулярен направлению движения элемента М₂. Пусть фронт волны падает на границу раздела – все точки этого фронта достигает этой границы одновременно. Через промежуток времени  ∆t,  элемент М₂ сдвинется вправо на расстояние  v∆t,  а фронт волны сдвинется вверх на расстояние  c∆t.  В дальнейшем, фронт волны будет двигаться прямо вверх относительно элемента М₂, пока не достигнет границы с элементом М₃, после которой он будет распространяться прямо вверх в элементе М₃ (со смещением вправо относительно элемента М₁).

На рисунке изображены последовательные фронты волн, распространяющиеся в элементе М₁, затем в М₂ и в М₃.
 

 
Чтобы не было двусмысленности насчет того, как двигаются лучи звука относительно элемента М₂ (боюсь, может создаться впечатление, что лучи двигаются под углом слева вверх,  а не прямо вверх), добавлю еще один рисунок. Предположим, что у нас есть возможность визуализировать лучи звука примерно так же, как мы это обсуждали выше для лучей света. Пусть, аналогично светочувствительным веществам, у нас имеются вещества, чувствительные к ультразвуку (скажем, в отсутствие ультразвука эти вещества прозрачны для света, а под воздействием ультразвука становятся непрозрачными, хотя бы на какое-то время). Тогда источник ультразвука, генерирующий очень короткие импульсы очень узким пучком, позволит нам создать лучевые треки в элементах М₁, М₂ и М₃.

Пусть источник неподвижен относительно элемента М₁ с чувствительным к ультразвуку веществом и «стреляет» импульсами звука через короткие промежутки времени. В элементе М₁ образуется неподвижный лучевой трек, который постоянно «обновляется» (жирная красная линия). В элементе М₂ лучевые треки будут расположены на некотором расстоянии друг от друга, а в элементе М₃ также будет неподвижный лучевой трек, который сдвинут относительно трека в М₁ на некоторое расстояние (равное толщине элемента М₂, помноженной на  v/c).
 

 
Мы видим, что аберрация звука происходит совсем не так, как аберрация света. Для поперечного луча, аберрации (изменения угла луча) нет вообще, есть только сдвиг луча при выходе из движущегося элемента среды опять в покоящуюся. Для света же аберрация поперечного луча максимальна, по сравнению с другими углами падения.