In die roman "The Secret of Two Oceans" en in die avontuurfilm met dieselfde naam, het die helde ondenkbare dinge met ultrasoniese wapens gedoen: hulle het 'n rots vernietig, 'n groot walvis doodgemaak en die skip van hulle vernietig. vyande. Die werk is in die 30's van die XX eeu gepubliseer, en toe is geglo dat die bestaan van 'n kragtige ultrasoniese wapen in die nabye toekoms moontlik sou wees - dit gaan alles oor die beskikbaarheid van tegnologie. Vandag beweer die wetenskap dat ultrasoniese golwe as wapens fantasties is.
Nog 'n ding is die gebruik van ultraklank vir vreedsame doeleindes (ultrasoniese skoonmaak, gate boor, nierstene vergruis, ens.). Vervolgens sal ons verstaan hoe akoestiese golwe met groot amplitude en klankintensiteit optree.
Kragtige klanke kenmerk
Daar is 'n konsep van nie-lineêre effekte. Dit is effekte wat net eienaardig genoeg issterk golwe en afhangende van hul amplitude. In fisika is daar selfs 'n spesiale afdeling wat kragtige golwe bestudeer - nie-lineêre akoestiek. 'n Paar voorbeelde van wat sy ondersoek is donderweer, onderwater ontploffings, seismiese golwe van aardbewings. Twee vrae ontstaan.
- Eerste: wat is die krag van klank?
- Tweedens: wat is nie-lineêre effekte, wat is ongewoon daaraan, waar word dit gebruik?
Wat is 'n akoestiese golf
'n Klankgolf is 'n gedeelte van kompressie-rarefaksie wat in die medium verskil. Op enige van sy plekke verander die druk. Dit is as gevolg van 'n verandering in die kompressieverhouding. Veranderinge wat bo-op die aanvanklike druk wat in die omgewing was, word klankdruk genoem.
Soniese energievloei
'n Golf het energie wat die medium vervorm (as klank in die atmosfeer voortplant, dan is dit die energie van elastiese vervorming van lug). Daarbenewens het die golf die kinetiese energie van die molekules. Die rigting van die vloei van energie val saam met dié waarin die klank divergeer. Die vloei van energie wat deur 'n eenheidsoppervlakte per eenheid tyd gaan, kenmerk die intensiteit. En dit verwys na die area loodreg op die beweging van die golf.
Intensiteit
Beide intensiteit I en akoestiese druk p hang af van die eienskappe van die medium. Ons sal nie stilstaan by hierdie afhanklikhede nie, ons sal slegs die klankintensiteitsformule gee wat verband hou met p, I en die eienskappe van die medium - die digtheid (ρ) en die spoed van klank in die medium (c):
I=p02/2ρc.
Hierp0 - akoestiese druk amplitude.
Wat is sterk en swak geraas? Die krag (N) word gewoonlik bepaal deur die vlak van klankdruk - 'n waarde wat geassosieer word met die amplitude van die golf. Die eenheid van klankintensiteit is die desibel (dB).
N=20×lg(p/pp), dB.
Hier pp is die drumpeldruk voorwaardelik gelyk aan 2×10-5 Pa. Druk pp stem min of meer ooreen met intensiteit Ip=10-12 W/m2 is 'n baie dowwe klank wat steeds deur die menslike oor in lug waargeneem kan word teen 'n frekwensie van 1000 Hz. Die klank is sterker hoe hoër die akoestiese drukvlak.
Volume
Subjektiewe idees oor die sterkte van klank word geassosieer met die konsep van hardheid, dit wil sê, hulle is gekoppel aan die frekwensiereeks wat deur die oor waargeneem word (sien tabel).
En wat van wanneer die frekwensie buite hierdie reeks lê - op die gebied van ultraklank? Dit is in hierdie situasie (tydens eksperimente met ultraklank by frekwensies van die orde van 1 megahertz) dat dit makliker is om nie-lineêre effekte onder laboratoriumtoestande waar te neem. Ons kom tot die gevolgtrekking dat dit sin maak om kragtige akoestiese golwe te noem waarvoor nie-lineêre effekte sigbaar word.
Nie-lineêre effekte
Dit is bekend dat 'n gewone (lineêre) golf, waarvan die klankintensiteit laag is, in 'n medium voortplant sonder om sy vorm te verander. In hierdie geval beweeg beide rarfaksie- en kompressiestreke teen dieselfde spoed in die ruimte - dit is die spoed van klank in die medium. As die brongenereer 'n golf, dan bly sy profiel in die vorm van 'n sinusoïed op enige afstand daarvan.
In 'n intense klankgolf is die prentjie anders: areas van kompressie (klankdruk is positief) beweeg teen 'n spoed wat die spoed van klank oorskry, en areas van rarfaksie - teen 'n spoed minder as die spoed van klank in 'n gegewe medium. Gevolglik verander die profiel baie. Die voorste oppervlaktes word baie steil, en die agterkant van die golf word sagter. Sulke sterk vormveranderinge is die nie-lineêre effek. Hoe sterker die golf, hoe groter sy amplitude, hoe vinniger word die profiel verwring.
Vir 'n lang tyd is dit as moontlik beskou om hoë energiedigthede oor lang afstande deur 'n akoestiese straal te gebruik. 'n Inspirerende voorbeeld was 'n laser wat in staat was om strukture te vernietig, gate te slaan, op 'n groot afstand te wees. Dit blyk dat die vervanging van lig met klank moontlik is. Daar is egter probleme wat dit onmoontlik maak om 'n ultrasoniese wapen te skep.
Dit blyk dat daar vir enige afstand 'n grenswaarde is vir die intensiteit van die klank wat die teiken sal bereik. Hoe groter die afstand, hoe laer die intensiteit. En die gewone verswakking van akoestiese golwe wanneer dit deur die medium gaan, het niks daarmee te doen nie. Verswakking neem merkbaar toe met toenemende frekwensie. Dit kan egter so gekies word dat die gewone (lineêre) verswakking op die vereiste afstande afgeskeep kan word. Vir 'n sein met 'n frekwensie van 1 MHz in water is dit 50 m, vir ultraklank van 'n voldoende groot amplitude kan dit slegs 10 cm wees.
Kom ons stel ons voor dat 'n golf op een of ander plek in die ruimte gegenereer word, die intensiteitwaarvan die klank sodanig is dat nie-lineêre effekte sy gedrag aansienlik sal beïnvloed. Die ossillasie-amplitude sal afneem met afstand vanaf die bron. Dit sal gebeur hoe gouer, hoe groter is die aanvanklike amplitude p0. By baie hoë waardes hang die verv altempo van die golf nie af van die waarde van die aanvanklike sein p0 nie. Hierdie proses duur voort totdat die golf verval en die nie-lineêre effekte stop. Daarna sal dit in 'n nie-lineêre modus afwyk. Verdere verswakking vind plaas volgens die wette van lineêre akoestiek, dit wil sê, dit is baie swakker en hang nie af van die grootte van die aanvanklike versteuring nie.
Hoe word ultraklank dan suksesvol in baie nywerhede gebruik: hulle word geboor, skoongemaak, ens. Met hierdie manipulasies is die afstand vanaf die uitstraler klein, dus het die nie-lineêre verswakking nog nie tyd gehad om momentum te kry nie.
Hoekom het skokgolwe so 'n sterk uitwerking op hindernisse? Dit is bekend dat ontploffings strukture wat redelik ver geleë is, kan vernietig. Maar die skokgolf is nie-lineêr, so die verv altempo moet hoër wees as dié van swakker golwe.
Die kern van die saak is dit: 'n enkele sein tree nie op soos 'n periodieke een nie. Die piekwaarde daarvan neem af met afstand vanaf die bron. Deur die amplitude van die golf te verhoog (byvoorbeeld die sterkte van die ontploffing), is dit moontlik om groot drukke op die hindernis op 'n gegewe (al is dit klein) afstand te bereik en dit daardeur te vernietig.
