ACOUSTIC RADIATION OF CHARGED DROPLETS OSCILLATING IN THE SUPERPOSITION OF GRAVITATIONAL AND ELECTROSTATIC FIELDS

A. I. GRIGOR’EV; Григорьев А. И.; N. YU. KOLBNEVA; Колбнева Н. Ю.; S. O. SHIRYAEVA; Ширяева С. О.

doi:10.31857/S002329122260047X

Акустическое излучение заряженной капли, осциллирующей в суперпозиции гравитационного и электростатического полей

Авторы: Григорьев А.И.¹, Колбнева Н.Ю.², Ширяева С.О.²
Учреждения:
1. Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
2. Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова
Выпуск: Том 85, № 1 (2023)
Страницы: 3-18
Раздел: Статьи
Статья получена: 16.10.2023
Статья опубликована: 01.01.2023
URL: https://bakhtiniada.ru/0023-2912/article/view/137194
DOI: https://doi.org/10.31857/S002329122260047X
EDN: https://elibrary.ru/KENCQR
ID: 137194

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Для заряженных капель в конвективных облаках и приземных туманах, неподвижных в суперпозиции гравитационного и электрического полей, рассчитывается интенсивность акустического излучения и характерные ширины (в зависимости от радиусов и зарядов капель) диапазонов частот, на которые это излучение приходится. Расчеты проводятся методами классической математической физики с учетом двух малых параметров: безразмерной амплитуды осцилляций и равновесной сфероидальной деформации заряженной капли во внешнем электростатическом поле. Все расчеты проводятся на модели идеальной несжимаемой электропроводной жидкости. Выяснилось, что акустическое излучение от облаков и туманов приходится на ультразвуковой диапазон частот, а акустическое излучение крупных капель, которые сформируют дождь, идет в слышимом ухом человека звуковом диапазоне. Граница между ультразвуковым и звуковым излучениями определяется как размерами капель, так и величинами напряженностей электрических полей (в малой окрестности капель) и величиной коэффициента межфазного поверхностного натяжения.

Ключевые слова

заряд, осциллирующая капля, электростатическое поле, акустическое излучение

Список литературы

Калечиц В.И., Нахутин И.Е., Полуэктов П.П. О возможном механизме радиоизлучения конвективных облаков // ДАН СССР. 1982. Т. 262. № 6. С. 1344–1347.
Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Дипольное электромагнитное излучение заряженной капли, осциллирующей в однородном электростатическом поле // Изв. РАН. Серия МЖГ. 2018. № 2. С. 62–76.
Григорьев А.И., Гаибов А.Р. Об излучении звука при осцилляциях заряженной капли // ЖТФ. 2001. № 11. С. 6–11.
Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. Об акустическом излучении слабо заряженных капель, осциллирующих во внешнем однородном электростатическом поле // Изв. РАН. Серия МЖГ. 2022. № 5. С. 80–93.
Rayleigh. On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity // Phil. Mag. 1882. V. 14. P. 184–186.
Липсон Г. Великие эксперименты в физике. М: Мир, 1972. 218 с.
Duft D., Lebbeus H., Huber B.A. Shape oscillations and stability of charged microdroplets // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89. № 8. P. 1–4.
Fong Chee Sheng, Black N.D., Kiefer P.A., Shaw R.A. An experiment on the Rayleigh instability of charged liquid drops // Am. J. Phys. 2007. V. 75. № 6. P. 499–503.
O’Konski C.J., Thacher H.C. The distortion of aerosol droplets by an electric field // J. Phys. Chem. 1953. V. 57. P. 955–958.
Торза С., Кокс Р., Мейсон С. Электродинамическая деформация и разрыв капель // В сб.: Реология суспензий. М.: Мир, 1975. С. 347–350.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1957. 532 с.
Григорьев А.И., Ширяева С.О., Белавина Е.И. Равновесная форма заряженной капли в электрическом и гравитационном полях // ЖТФ. 1989. Т. 59. № 6. С. 27–34.
Taylor G.I. Disintegration of water drops in an electric field // Proc. Roy. Soc., London. 1964. V. A280. P. 383–397.
Френкель Я.И. К теории Тонкса о разрыве поверхности жидкости постоянным электрическим полем в вакууме // ЖЭТФ. 1936. Т. 6. № 4. С. 348–350.
Стерлядкин В.В. Натурные измерения колебаний капель осадков // Изв. АН СССР. Сер. ФАО. 1988. Т. 24. № 6. С. 613–621.
Beard K.V., Tokay A. A field study of small raindrop oscillations // Geophysical Research Letters. 1991. V. 18. № 12. P. 2257–2260.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 733 с.
Найфе А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976. 455 с.
Абрамовиц М., Стиган И. Справочник по специальным функциям. М.: Наука. 1979. 830 с.
Ausman E.L., Brook M. Distortion and disintegration of water drops in strong electric fields // J. Geophys. Res. 1967, V. 72. № 24. P. 6131–6135.
Jones D.M. The shape of raindrops // J. Meteorology. 1959. V. 16. № 5. P. 504–510.
Pruppacher H.R., Piter R.L. A semi-empirical determination of the shape of cloud and rain drop // J. Atm. Sci. 1971. V. 28. № 1. P. 86–94.
Григорьев А.И., Ширяева С.О. Критические условия неустойчивости сплюснутой сфероидальной сильно заряженной капли // ЖТФ. 1999. Т. 69. № 7. С. 10–14.
Щекин А.К., Варшавский В.Б. Равновесная форма, химический потенциал и работа образования диэлектрической капли в электрическом поле диполя ядра конденсации // Коллоидный журнал. 1996. Т. 58. № 4. С. 564–571.
Варшалович Д.А., Москалев А.Н., Херсонский В.К. Квантовая теория углового момента. Л.: Наука, 1975. 436 с.
Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1963. 1108 с.
Григорьев А.И., Ширяева С.О. Критерий неустойчивости заряженной капли в электростатическом подвесе // ЭОМ. 2015. Т. 51. № 3. С. 44–50.
Лепендин Л.Ф. Акустика. М.: Высшая школа, 1978. 448 с.
Мазин И.П., Хргиан А.Х., Имянитов И.М. Облака и облачная атмосфера. Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 647 с.
Мазин И.П., Шметер С.М. Облака. Строение и физика образования. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 280 с.
Тверской П.Н. Курс метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 700 с.
Грин Х., Лейн В. Аэрозоли – пыли, дымы и туманы. Л.: Изд. Химия, 1969. 428 с.