| Journal: | Anais da Academia Brasileira de Ciencias |
| Database: | PERIÓDICA |
| System number: | 000395415 |
| ISSN: | 0001-3765 |
| Authors: | Simao, Andre G1 Guimaraes, Luiz G2 |
| Institutions: | 1Instituto Federal de Educacao, Ciencia e Tecnologia do Sudeste de Minas Gerais, Nucleo de Fisica, Juiz de Fora, Minas Gerais. Brasil 2Universidade Federal do Rio de Janeiro, Centro de Tecnologia, Rio de Janeiro. Brasil |
| Year: | 2016 |
| Season: | Jun |
| Volumen: | 88 |
| Number: | 2 |
| Pages: | 765-790 |
| Country: | Brasil |
| Language: | Inglés |
| Document type: | Artículo |
| Approach: | Experimental, aplicado |
| English abstract | The problem of acoustic scattering of a gaseous spherical bubble immersed within unbounded liquid surrounding is considered in this work. The theory of partial wave expansion related to this problem is revisited. A physical model based on the analogy between acoustic scattering and potential scattering in quantum mechanics is proposed to describe and interpret the acoustical natural oscillation modes of the bubble, namely, the resonances. In this context, a physical model is devised in order to describe the air water interface and the implications of the high density contrast on the various regimes of the scattering resonances. The main results are presented in terms of resonance lifetime periods and quality factors. The explicit numerical calculations are undertaken through an asymptotic analysis considering typical bubble dimensions and underwater sound wavelengths. It is shown that the resonance periods are scaled according to the Minnaert’s period, which is the short lived resonance mode, called breathing mode of the bubble. As expected, resonances with longer lifetimes lead to impressive cavity quality Q-factor ranging from 1010 to 105. The present theoretical findings lead to a better understanding of the energy storage mechanism in a bubbly medium |
| Portuguese abstract | O problema tratado neste trabalho é o espalhamento ressonante do som por uma bolha de ar imersa na água. O formalismo do espalhamento acústico em ondas parciais, relacionado ao problema proposto, é revisitado. Com base na analogia entre o espalhamento de partículas na mecânica quântica e o espalhamento acústico, os modos de vibração naturais da bolha, denominados de ressonâncias, são descritos e interpretados. Dentro deste contexto, um modelo foi elaborado para descrever fisicamente a interface ar-água e as implicações do grande contraste entre as densidades nos vários regimes dos modos naturais de oscilação da bolha. Os resultados principais estão apresentados em termos dos períodos relacionados aos tempos de vida das ressonâncias e nos fatores de qualidade da cavidade. Considerando as dimensões típicas das bolhas e os comprimentos de ondas sonoras em água, foram executados cálculos numéricos esplícitos utilizando a análise assintótica. É demonstrado que os períodos de duração de vida das ressonâncias obedecem uma escala de acordo com o período de Minnaert, que é o menor tempo de vida de uma ressonância, denominado de modo de respiração da bolha. Como esperado, as ressonâncias de maior tempo de vida resultam em fatores de qualidades de cavidade QQ muito expressivos que variam entre 1010 a 105. As descobertas teóricas aqui expressas indicam uma melhor compreensão do mecanismo de acúmulo de energia existente em um meio repleto de bolhas |
| Disciplines: | Física y astronomía |
| Keyword: | Acústica, Física, Dispersión acústica, Resonancia de Minnaert, Burbujas, Métodos semi-clásicos |
| Keyword: | Physics and astronomy, Acoustics, Physics, Acoustic scattering, Minnaert resonance, Bubbles, Semi-classic methods |
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