Диск Рэле́я (по имени английского физика Дж. У. Рэлея ) — прибор для измерения колебательной скорости частиц в звуковой волне и силы звука .

Представляет собой тонкую круглую пластинку из слюды или металла, подвешенную на тонкой (обычно кварцевой) нити . Угол поворота вокруг вертикальной оси определяется при помощи зеркальца. Поворот диска Рэлея в звуковой волне вызывается действием средних по времени гидродинамических сил при обтекании потоком. Вращающий момент, действующий на диск, определяется как :

${\displaystyle M={\frac {4}{3}}\rho a^{3}v^{2}\sin \theta ,}$

где ρ - плотность среды; a - радиус диска, v - скорость в потоке за пределами искажения, вносимого диском, θ - угол между нормалью к диску и направлением потока.

Диском Рэлея пользуются как крутильными весами, помещая его обычно под углом θ =45° к направлению колебаний частиц среды, в положении наибольшей чувствительности. Квадратичная зависимость от скорости потока приводит к тому, что диск чувствителен как к постоянному, так и к переменному обтеканию. При распространении звуковых волн диск стремится стать перпендикулярно к направлению колебаний. Это происходит из-за того, что при обтекании пластинки давление по закону Бернулли больше с той стороны диска, где скорость меньше. Силы давления образуют вращающий момент, который уравновешивается за счёт упругости нити. При этом диск устанавливается к направлению потока под углом большим, чем 45°. По углу поворота диска определяют силу звука. В постоянном потоке угол поворота диск Рэлея пропорционален квадрату скорости, при звуковых колебаниях — квадрату амплитуды скорости, причём этот угол не зависит от частоты.

Применяется для измерений звука не только в газах, но и в воде. В этом случае следует учесть поправку на присоединённую массу и на увлечение диска потоком, зависящее от соотношения плотностей среды и диска. При этом массу диска и его момент инерции относительно вертикали следует заменить разностью между этими величинами и массой или моментом инерции среды в объёме диска . Недостатком диска Рэлея является чувствительность к конвекционным течениям .

Примечания