Katika riwaya "Siri ya Bahari Mbili" na katika filamu ya adha ya jina moja, mashujaa walifanya vitu visivyoweza kufikiria na silaha za ultrasonic: waliharibu mwamba, wakaua nyangumi mkubwa, na kuharibu meli yao. maadui. Kazi hiyo ilichapishwa nyuma katika miaka ya 30 ya karne ya XX, na kisha iliaminika kuwa katika siku za usoni kuwepo kwa silaha yenye nguvu ya ultrasonic itawezekana - yote ni kuhusu upatikanaji wa teknolojia. Leo, sayansi inadai kuwa mawimbi ya angavu kama silaha ni ya ajabu.
Kitu kingine ni matumizi ya ultrasound kwa madhumuni ya amani (kusafisha ultrasonic, mashimo ya kuchimba, kusagwa mawe kwenye figo, nk). Ifuatayo, tutaelewa jinsi mawimbi ya acoustic yenye amplitude kubwa na kiwango cha sauti hutenda.
Kipengele cha sauti kali
Kuna dhana ya madoido yasiyo ya mstari. Hizi ni athari za kipekee za kutoshamawimbi yenye nguvu na kulingana na amplitude yao. Katika fizikia, kuna hata sehemu maalum ambayo inasoma mawimbi yenye nguvu - acoustics zisizo za mstari. Mifano michache ya kile anachochunguza ni radi, milipuko ya chini ya maji, mawimbi ya tetemeko la ardhi kutokana na tetemeko la ardhi. Maswali mawili yanaibuka.
- Kwanza: nguvu ya sauti ni nini?
- Pili: madhara yasiyo ya mstari ni yapi, ni nini si ya kawaida kuyahusu, yanatumika wapi?
Mawimbi ya acoustic ni nini
Wimbi la sauti ni sehemu ya mgandamizo-nadra ambayo hutofautiana katikati. Katika maeneo yake yoyote, shinikizo hubadilika. Hii ni kutokana na mabadiliko katika uwiano wa compression. Mabadiliko yaliyowekwa juu ya shinikizo la awali lililokuwa katika mazingira huitwa shinikizo la sauti.
Mtiririko wa nishati ya Sonic
Wimbi lina nishati ambayo huharibu hali ya kati (ikiwa sauti itaenea katika angahewa, basi hii ni nishati ya mgeuko nyumbufu wa hewa). Kwa kuongeza, wimbi lina nishati ya kinetic ya molekuli. Mwelekeo wa mtiririko wa nishati unafanana na ule ambao sauti hutofautiana. Mtiririko wa nishati kupitia eneo la kitengo kwa kila wakati wa kitengo huashiria ukubwa. Na hii inarejelea eneo linaloendana na mwendo wa wimbi.
Kazi
Kazi I na shinikizo la akustisk p hutegemea sifa za kati. Hatutazingatia vitegemezi hivi, tutatoa tu fomula ya kiwango cha sauti inayohusiana na p, I na sifa za kati - msongamano (ρ) na kasi ya sauti katika kati (c):
I=p02/2ρc.
Hapap0 - amplitude ya shinikizo la akustisk.
Kelele kali na dhaifu ni nini? Nguvu (N) kawaida huamua na kiwango cha shinikizo la sauti - thamani ambayo inahusishwa na amplitude ya wimbi. Kizio cha kasi ya sauti ni decibel (dB).
N=20×lg(p/pp), dB.
Hapa pp ni shinikizo la kizingiti lililochukuliwa kwa masharti sawa na 2×10-5 Pa. Shinikizo pp takribani inalingana na nguvu Ip=10-12 W/m2 ni sauti hafifu sana ambayo bado inaweza kutambuliwa na sikio la mwanadamu hewani kwa masafa ya 1000 Hz. Sauti huwa na nguvu kadiri kiwango cha shinikizo la akustika inavyoongezeka.
Volume
Mawazo ya kiutawala kuhusu uimara wa sauti yanahusishwa na dhana ya sauti kubwa, yaani, yanafungamana na masafa ya masafa yanayotambulika na sikio (tazama jedwali).
Na vipi kuhusu wakati frequency iko nje ya safu hii - katika uwanja wa ultrasound? Ni katika hali hii (wakati wa majaribio na ultrasound katika masafa ya utaratibu wa megahertz 1) kwamba ni rahisi kuchunguza madhara yasiyo ya kawaida chini ya hali ya maabara. Tunahitimisha kuwa inaleta maana kuita mawimbi ya akustisk yenye nguvu ambayo athari zake zisizo za mstari huonekana.
Madhara yasiyo ya mstari
Inajulikana kuwa wimbi la kawaida (laini), ambalo kiwango chake cha sauti ni kidogo, hueneza kwa wastani bila kubadilisha umbo lake. Katika kesi hii, mikoa yote ya rarefaction na compression huhamia kwenye nafasi kwa kasi sawa - hii ni kasi ya sauti katika kati. Ikiwa chanzohutengeneza wimbi, kisha wasifu wake unabaki katika mfumo wa sinusoid kwa umbali wowote kutoka kwake.
Katika wimbi la sauti kali, picha ni tofauti: maeneo ya mgandamizo (shinikizo la sauti ni chanya) husogea kwa kasi inayozidi kasi ya sauti, na maeneo ya mwonekano nadra - kwa kasi iliyo chini ya kasi ya sauti ndani. kati iliyotolewa. Kama matokeo, wasifu unabadilika sana. Nyuso za mbele huwa mwinuko sana, na nyuma ya wimbi huwa mpole zaidi. Mabadiliko hayo yenye nguvu ya sura ni athari isiyo ya mstari. Kadiri wimbi lilivyo na nguvu, ndivyo ukubwa wake unavyoongezeka, ndivyo wasifu unavyopotoshwa kwa kasi zaidi.
Kwa muda mrefu ilizingatiwa kuwa inawezekana kusambaza msongamano mkubwa wa nishati kwa umbali mrefu kwa kutumia miale ya akustisk. Mfano wa msukumo ulikuwa laser yenye uwezo wa kuharibu miundo, kupiga mashimo, kuwa mbali sana. Inaonekana kwamba uingizwaji wa mwanga na sauti inawezekana. Hata hivyo, kuna matatizo ambayo hufanya isiwezekane kuunda silaha ya ultrasonic.
Inabadilika kuwa kwa umbali wowote kuna thamani ya mpaka kwa ukubwa wa sauti ambayo itafikia lengo. Umbali mkubwa zaidi, chini ya kiwango. Na upungufu wa kawaida wa mawimbi ya acoustic wakati wa kupita katikati hauna uhusiano wowote nayo. Attenuation huongezeka kwa kiasi kikubwa na kuongezeka kwa mzunguko. Walakini, inaweza kuchaguliwa ili upunguzaji wa kawaida (wa mstari) kwenye umbali unaohitajika uweze kupuuzwa. Kwa ishara yenye mzunguko wa 1 MHz katika maji, hii ni 50 m, kwa ultrasound ya amplitude kubwa ya kutosha, inaweza kuwa 10 cm tu.
Hebu fikiria kuwa wimbi linatolewa mahali fulani angani, nguvusauti ambayo ni kwamba athari zisizo za mstari zitaathiri sana tabia yake. Amplitude ya oscillation itapungua kwa umbali kutoka kwa chanzo. Hili litafanyika mapema zaidi, ndivyo amplitude ya awali itakavyokuwa p0. Kwa viwango vya juu sana, kasi ya kuoza kwa wimbi haitegemei thamani ya mawimbi ya awali p0. Utaratibu huu unaendelea hadi kuoza kwa wimbi na athari zisizo za mstari zitaacha. Baada ya hapo, itatofautiana katika hali isiyo ya mstari. Kupunguza zaidi hutokea kwa mujibu wa sheria za acoustics za mstari, yaani, ni dhaifu zaidi na haitegemei ukubwa wa usumbufu wa awali.
Vipi basi ultrasound inatumika kwa mafanikio katika tasnia nyingi: huchimbwa, kusafishwa, n.k. Kwa hila hizi, umbali kutoka kwa mtoaji ni mdogo, kwa hivyo upunguzaji usio na mstari bado haujapata wakati wa kupata kasi.
Kwa nini mawimbi ya mshtuko yana athari kali kwa vizuizi? Inajulikana kuwa milipuko inaweza kuharibu miundo iliyo mbali sana. Lakini wimbi la mshtuko halina mstari, kwa hivyo kiwango cha kuoza lazima kiwe juu zaidi kuliko mawimbi dhaifu zaidi.
Jambo la msingi ni hili: mawimbi moja haifanyi kazi kama ya mara kwa mara. Thamani yake ya kilele hupungua kwa umbali kutoka kwa chanzo. Kwa kuongeza amplitude ya wimbi (kwa mfano, nguvu ya mlipuko), inawezekana kufikia shinikizo kubwa kwenye kizuizi kwa umbali fulani (hata ikiwa ni mdogo) na hivyo kuiharibu.
