Transmisión acústica - Acoustic streaming

La transmisión acústica es un flujo constante en un fluido impulsado por la absorción de oscilaciones acústicas de gran amplitud . Este fenómeno se puede observar cerca de emisores de sonido o en las ondas estacionarias dentro de un tubo de Kundt . La transmisión acústica fue explicada por primera vez por Lord Rayleigh en 1884. Es el opuesto menos conocido de la generación de sonido por un flujo.

Hay dos situaciones en las que el sonido se absorbe en su medio de propagación:

  • durante la propagación. El coeficiente de atenuación es , siguiendo la ley de Stokes (atenuación del sonido) . Este efecto es más intenso a frecuencias elevadas y es mucho mayor en el aire (donde la atenuación ocurre en una distancia característica ~ 10 cm a 1 MHz) que en el agua ( ~ 100 ma 1 MHz). En el aire se le conoce como viento de Cuarzo .
  • cerca de un límite. Ya sea cuando el sonido alcanza un límite o cuando un límite vibra en un medio inmóvil. Una pared que vibra paralela a sí misma genera una onda de corte, de amplitud atenuada dentro de la capa límite oscilante de Stokes . Este efecto se localiza en una longitud de atenuación de tamaño característico cuyo orden de magnitud es de unos pocos micrómetros tanto en el aire como en el agua a 1 MHz. El flujo de flujo generado debido a la interacción de ondas sonoras y microburbujas, polímeros elásticos e incluso células biológicas son ejemplos de flujo acústico impulsado por límites.

Origen: una fuerza corporal debida a la absorción acústica en el fluido.

La transmisión acústica es un efecto no lineal. Podemos descomponer el campo de velocidad en una parte de vibración y una parte estable . La parte de vibración se debe al sonido, mientras que la parte estable es la velocidad de transmisión acústica (velocidad promedio). Las ecuaciones de Navier-Stokes implican para la velocidad de transmisión acústica:

El flujo constante se origina en una fuerza corporal constante que aparece en el lado derecho. Esta fuerza es una función de lo que se conoce como tensiones de Reynolds en turbulencia . El estrés de Reynolds depende de la amplitud de las vibraciones del sonido, y la fuerza del cuerpo refleja disminuciones en esta amplitud del sonido.

Vemos que esta tensión no es lineal ( cuadrática ) en la amplitud de la velocidad. No desaparece solo donde varía la amplitud de la velocidad. Si la velocidad del fluido oscila debido al sonido como , la no linealidad cuadrática genera una fuerza constante proporcional a .

Orden de magnitud de las velocidades de transmisión acústica

Incluso si la viscosidad es responsable de la transmisión acústica, el valor de la viscosidad desaparece de las velocidades de transmisión resultantes en el caso de la vaporización acústica cercana al límite.

El orden de magnitud de las velocidades de transmisión son:

  • cerca de un límite (fuera de la capa límite):

con la velocidad de vibración del sonido y a lo largo del límite de la pared. El flujo se dirige hacia la disminución de las vibraciones del sonido (nodos de vibración).

  • cerca de una burbuja vibrante de radio de reposo a, cuyo radio pulsa con amplitud relativa (o ), y cuyo centro de masa también se traslada periódicamente con amplitud relativa (o ). con un cambio de fase
  • lejos de las paredes lejos del origen del flujo (con la potencia acústica, la viscosidad dinámica y la celeridad del sonido). Más cerca del origen del flujo, la velocidad se escala como la raíz de .
  • Se ha demostrado que incluso las especies biológicas, por ejemplo, las células adherentes, también pueden exhibir un flujo de flujo acústico cuando se exponen a ondas acústicas. Las células adheridas a una superficie pueden generar un flujo de flujo acústico del orden de mm / s sin separarse de la superficie.

Referencias