Теоретический анализ зависимости радиационной силы, оказываемой акустическим пучком на твердотельный сферический рассеиватель, от соотношения ширины пучка и диаметра рассеивателя

В работе теоретически решается задача повышения эффективности метода дистанционного перемещения небольших объектов под действием радиационной силы путем выбора оптимальных параметров ультразвукового пучка. Рассматривается расположенный в жидкости твердотельный сферический рассеиватель, на который падает фокусированный ультразвуковой пучок. Одним из практически важных является вопрос о том, как радиационная сила зависит от соотношения между поперечной шириной пучка и диаметром рассеивателя. Как показали расчеты для пучка с квазигауссовским поперечным распределением, зависимость имеет четко выраженный максимум при близости поперечных размеров пучка и рассеивателя. Аналогичный результат был получен и при использовании более приближённого к практике поршневого фокусирующего излучателя. Была высказана гипотеза, что физической причиной указанного эффекта является резонансное возбуждение сдвиговых волн акустической волной, распространяющейся вдоль поверхности камня в воде. Для проверки были проведены вычисления силы для двух материалов рассеивателя: моногидрата оксалата кальция (материал одного из типов почечных камней) и гипсового цемента марки U-30. При расчётах скорость продольной волны фиксировалась, а скорость поперечной волны изменялась в широком диапазоне. Оказалось, что наибольшая радиационная сила действительно достигалась при близости скорости поперечных волн в камне к скорости звука в жидкости.