«Екі мұхиттың құпиясы» романында және осы аттас шытырман оқиғалы фильмде кейіпкерлер ультрадыбыстық қарумен елестетуге келмейтін нәрселерді жасады: олар тасты қиратты, үлкен китті өлтірді және өздерінің кемесін қиратты. жаулар. Жұмыс ХХ ғасырдың 30-жылдарында жарық көрді, содан кейін жақын болашақта қуатты ультрадыбыстық қарудың болуы мүмкін болады деп есептелді - бұл технологияның болуы туралы. Бүгінде ғылым ультрадыбыстық толқындардың қару ретінде керемет екенін айтады.
Тағы бір нәрсе - УДЗ-ны бейбіт мақсатта қолдану (ультрадыбыстық тазалау, тесіктерді бұрғылау, бүйрек тастарын ұсақтау және т.б.). Содан кейін біз үлкен амплитудасы мен дыбыс қарқындылығы бар акустикалық толқындардың қалай әрекет ететінін түсінеміз.
Қуатты дыбыстар мүмкіндігі
Сызықты емес әсерлер деген ұғым бар. Бұл ерекше әсерлер жеткіліктікүшті толқындар және олардың амплитудасына байланысты. Физикада тіпті күшті толқындарды зерттейтін арнайы бөлім бар - сызықты емес акустика. Ол зерттейтін нәрселердің бірнеше мысалы - күн күркіреуі, су астындағы жарылыстар, жер сілкіністерінің сейсмикалық толқындары. Екі сұрақ туындайды.
- Бірінші: дыбыстың күші қандай?
- Екіншіден: сызықты емес әсерлер дегеніміз не, оларда не ерекше, олар қайда қолданылады?
Акустикалық толқын дегеніміз не
Дыбыс толқыны – ортада алшақтайтын қысылу-сирек бөліну бөлімі. Оның кез келген жерінде қысым өзгереді. Бұл қысу коэффициентінің өзгеруіне байланысты. Қоршаған ортадағы бастапқы қысымға үстемеленген өзгерістер дыбыс қысымы деп аталады.
Дыбыстық энергия ағыны
Толқынның ортаны деформациялайтын энергиясы бар (егер дыбыс атмосферада таралса, бұл ауаның серпімді деформациясының энергиясы). Сонымен қатар, толқын молекулалардың кинетикалық энергиясына ие. Энергия ағынының бағыты дыбыстың ауытқуымен сәйкес келеді. Уақыт бірлігінде бірлік аудан арқылы өтетін энергия ағыны қарқындылықты сипаттайды. Бұл толқын қозғалысына перпендикуляр аумақты білдіреді.
Қарқындылық
Қарқындылық I де, дыбыстық қысым p да ортаның қасиеттеріне байланысты. Біз бұл тәуелділіктерге тоқталмаймыз, біз тек p, I және ортаның сипаттамаларына қатысты дыбыс қарқындылығының формуласын береміз - ортадағы дыбыстың тығыздығы (ρ) және жылдамдығы (c):
I=p02/2ρc.
Осындаp0 - акустикалық қысым амплитудасы.
Күшті және әлсіз шу деген не? Күш (N) әдетте дыбыс қысымының деңгейімен анықталады - бұл толқынның амплитудасымен байланысты мән. Дыбыс қарқындылығының өлшем бірлігі децибел (дБ).
N=20×lg(p/pp), дБ.
Мұнда pp - 2×10-5 Па тең шартты түрде қабылданған шекті қысым. Қысым pp шамамен қарқындылыққа сәйкес келеді Ip=10-12 W/m2 - ауада 1000 Гц жиілікте адам құлағы әлі де қабылдай алатын өте әлсіз дыбыс. Дыбыс неғұрлым күшті болса, соғұрлым акустикалық қысым деңгейі жоғары болады.
Дыбыс
Дыбыс күші туралы субъективті идеялар дыбыс қаттылығы ұғымымен байланысты, яғни олар құлақпен қабылданатын жиілік диапазонымен байланысты (кестені қараңыз).
Ал жиілік осы диапазоннан тыс – ультрадыбыс саласында болғанда ше? Дәл осы жағдайда (1 мегагерц ретті жиіліктегі ультрадыбыспен эксперименттер кезінде) зертханалық жағдайларда сызықтық емес әсерлерді байқау оңайырақ. Сызықты емес әсерлер байқалатын күшті акустикалық толқындарды атаған дұрыс деген қорытындыға келдік.
Сызықты емес әсерлер
Дыбыс қарқындылығы төмен кәдімгі (сызықты) толқын өзінің пішінін өзгертпей ортада таралатыны белгілі. Бұл жағдайда сиректеу және қысу аймақтары кеңістікте бірдей жылдамдықпен қозғалады - бұл ортадағы дыбыс жылдамдығы. Егер дереккөзтолқын жасайды, содан кейін оның профилі одан кез келген қашықтықта синусоид түрінде қалады.
Қарқынды дыбыс толқынында сурет басқаша болады: қысу аймақтары (дыбыс қысымы оң) дыбыс жылдамдығынан асатын жылдамдықпен, ал сиректеу аймақтары - дыбыс жылдамдығынан аз жылдамдықпен қозғалады. берілген орта. Нәтижесінде профиль көп өзгереді. Алдыңғы беттер өте тік болады, ал толқынның артқы жағы жұмсақ болады. Мұндай күшті пішін өзгерістері сызықты емес әсер болып табылады. Толқын неғұрлым күшті болса, оның амплитудасы соғұрлым жоғары болса, профиль соғұрлым тез бұрмаланады.
Ұзақ уақыт бойы акустикалық сәуленің көмегімен үлкен энергия тығыздығын ұзақ қашықтыққа жіберу мүмкін деп саналды. Шабыттандыратын мысал құрылымдарды бұзатын, тесіктерді тесіп, үлкен қашықтықта бола алатын лазер болды. Жарықты дыбыспен алмастыруға болатын сияқты. Дегенмен, ультрадыбыстық қару жасау мүмкін болмайтын қиындықтар бар.
Кез келген қашықтық үшін нысанаға жететін дыбыс қарқындылығының шекаралық мәні бар екені белгілі болды. Қашықтық неғұрлым үлкен болса, қарқындылық соғұрлым төмен болады. Ал орта арқылы өткенде акустикалық толқындардың әдеттегі әлсіреуі оған ешқандай қатысы жоқ. Жиіліктің артуымен әлсіреу айтарлықтай артады. Дегенмен, оны қажетті қашықтықтарда әдеттегі (сызықты) әлсіретуді елемеуге болатындай етіп таңдауға болады. Судағы 1 МГц жиілігі бар сигнал үшін бұл 50 м, жеткілікті үлкен амплитудасы бар ультрадыбыстық үшін ол тек 10 см болуы мүмкін.
Кеңістіктің бір жерінде толқын пайда болады деп елестетейік, қарқындылығыдыбысы сызықтық емес әсерлер оның мінез-құлқына айтарлықтай әсер ететіндей. Тербеліс амплитудасы көзден қашықтыққа қарай азаяды. Бұл неғұрлым ертерек орын алса, p0 бастапқы амплитудасы соғұрлым көп болады. Өте жоғары мәндерде толқынның ыдырау жылдамдығы p0 бастапқы сигналының мәніне байланысты емес. Бұл процесс толқын ыдырап, сызықты емес әсерлер тоқтағанша жалғасады. Осыдан кейін ол сызықты емес режимде бөлінеді. Әрі қарай әлсіреу сызықтық акустика заңдарына сәйкес жүреді, яғни ол әлдеқайда әлсіз және бастапқы бұзылыстың шамасына тәуелді емес.
Олай болса, ультрадыбысты көптеген салаларда қалай сәтті қолданады: олар бұрғыланады, тазартылады және т.б. Бұл манипуляциялар арқылы эмитенттен қашықтық аз, сондықтан сызықты емес әлсіреу әлі қарқын алып үлгермеді.
Соққы толқындары неге кедергілерге қатты әсер етеді? Жарылыстардың айтарлықтай алыс орналасқан құрылымдарды бұзуы мүмкін екені белгілі. Бірақ соққы толқыны сызықты емес, сондықтан ыдырау жылдамдығы әлсіз толқындарға қарағанда жоғары болуы керек.
Төменгі сызық мынада: бір сигнал мерзімді сигнал сияқты әрекет етпейді. Оның ең жоғары мәні көзден қашықтығымен төмендейді. Толқынның амплитудасын арттыру арқылы (мысалы, жарылыс күші) берілген (кіші болса да) қашықтықта кедергіге үлкен қысым жасауға және сол арқылы оны жоюға болады.
