«Երկու օվկիանոսների գաղտնիքը» վեպում և համանուն արկածային ֆիլմում հերոսները ուլտրաձայնային զենքերով աներևակայելի բաներ են արել. նրանք ոչնչացրել են ժայռ, սպանել հսկայական կետ և ոչնչացրել իրենց նավը։ թշնամիներ. Աշխատանքը հրատարակվել է դեռևս 20-րդ դարի 30-ական թվականներին, և այն ժամանակ ենթադրվում էր, որ մոտ ապագայում հնարավոր կլինի հզոր ուլտրաձայնային զենքի գոյությունը. ամեն ինչ տեխնոլոգիայի առկայության մասին է։ Այսօր գիտությունը պնդում է, որ ուլտրաձայնային ալիքները որպես զենք ֆանտաստիկ են։
Մեկ այլ բան է ուլտրաձայնի օգտագործումը խաղաղ նպատակներով (ուլտրաձայնային մաքրում, անցքեր փորում, երիկամների քարերի ջարդում և այլն): Հաջորդիվ մենք կհասկանանք, թե ինչպես են իրենց պահում մեծ ամպլիտուդով և ձայնի ինտենսիվությամբ ակուստիկ ալիքները։
Հզոր հնչյունների հատկություն
Գոյություն ունի ոչ գծային էֆեկտների հասկացություն: Սրանք միայն բավական յուրահատուկ էֆեկտներ ենուժեղ ալիքներ և կախված դրանց ամպլիտուդից: Ֆիզիկայի մեջ կա նույնիսկ հատուկ բաժին, որն ուսումնասիրում է հզոր ալիքները՝ ոչ գծային ակուստիկա։ Նրա ուսումնասիրածի մի քանի օրինակներ են ամպրոպը, ստորջրյա պայթյունները, երկրաշարժերի սեյսմիկ ալիքները: Երկու հարց է ծագում։
- Առաջին. ո՞րն է ձայնի ուժը:
- Երկրորդ. որո՞նք են ոչ գծային էֆեկտները, ի՞նչն է դրանցում անսովոր, որտեղ են դրանք օգտագործվում:
Ինչ է ակուստիկ ալիքը
Ձայնային ալիքը սեղմման-հազվադեպության մի հատված է, որը շեղվում է միջավայրում: Նրա ցանկացած վայրում ճնշումը փոխվում է։ Դա պայմանավորված է սեղմման հարաբերակցության փոփոխությամբ: Շրջակա միջավայրում եղած սկզբնական ճնշման վրա դրված փոփոխությունները կոչվում են ձայնային ճնշում:
Ձայնային էներգիայի հոսք
Ալիքն ունի էներգիա, որը դեֆորմացնում է միջավայրը (եթե ձայնը տարածվում է մթնոլորտում, ապա դա օդի առաձգական դեֆորմացիայի էներգիան է): Բացի այդ, ալիքն ունի մոլեկուլների կինետիկ էներգիա: Էներգիայի հոսքի ուղղությունը համընկնում է ձայնի շեղման հետ: Էներգիայի հոսքը, որն անցնում է միավոր տարածքով մեկ միավոր ժամանակում, բնութագրում է ինտենսիվությունը: Եվ սա վերաբերում է ալիքի շարժմանը ուղղահայաց տարածքին։
Ինտենսիվություն
Եվ I ինտենսիվությունը, և ակուստիկ ճնշումը p կախված են միջավայրի հատկություններից: Մենք չենք անդրադառնա այս կախվածությունների վրա, մենք կտանք միայն ձայնի ինտենսիվության բանաձևը, որը վերաբերում է p, I-ին և միջավայրի բնութագրերին՝ խտությունը (ρ) և ձայնի արագությունը միջավայրում (c)::
I=p02/2ρc.
Ահաp0 - ակուստիկ ճնշման ամպլիտուդ:
Ի՞նչ է ուժեղ և թույլ աղմուկը: Ուժը (N) սովորաբար որոշվում է ձայնային ճնշման մակարդակով - արժեք, որը կապված է ալիքի ամպլիտուդի հետ: Ձայնի ինտենսիվության միավորը դեցիբելն է (դԲ):
N=20×lg (p/pp), դԲ.
Այստեղ pp-ը պայմանականորեն վերցված ճնշման շեմն է, որը հավասար է 2×10-5 Պա: Ճնշումը pp մոտավորապես համապատասխանում է ինտենսիվությանը Ip=10-12 Վտ/մ2-ը շատ թույլ ձայն է, որը դեռևս կարող է ընկալվել մարդու ականջի կողմից օդում 1000 Հց հաճախականությամբ: Ձայնն ավելի ուժեղ է, որքան բարձր է ակուստիկ ճնշման մակարդակը:
հատոր
Ձայնի ուժգնության մասին սուբյեկտիվ պատկերացումները կապված են բարձրության հասկացության հետ, այսինքն՝ կապված են ականջի կողմից ընկալվող հաճախականության տիրույթի հետ (տես աղյուսակը):
Իսկ ի՞նչ կասեք, երբ հաճախականությունը գտնվում է այս միջակայքից դուրս՝ ուլտրաձայնային ոլորտում: Հենց այս իրավիճակում (1 մեգահերց կարգի հաճախականությամբ ուլտրաձայնային փորձարկումների ժամանակ) լաբորատոր պայմաններում ավելի հեշտ է դիտարկել ոչ գծային ազդեցությունները: Մենք եզրակացնում ենք, որ իմաստ ունի անվանել հզոր ակուստիկ ալիքներ, որոնց համար նկատելի են դառնում ոչ գծային ազդեցությունները։
Ոչ գծային էֆեկտներ
Հայտնի է, որ սովորական (գծային) ալիքը, որի ձայնի ինտենսիվությունը ցածր է, տարածվում է միջավայրում՝ չփոխելով իր ձևը։ Այս դեպքում և՛ հազվադեպ, և՛ սեղմման շրջանները տարածության մեջ շարժվում են նույն արագությամբ՝ սա միջավայրում ձայնի արագությունն է: Եթե աղբյուրըառաջացնում է ալիք, այնուհետև նրա պրոֆիլը մնում է սինուսոիդի տեսքով՝ դրանից ցանկացած հեռավորության վրա։
Ինտենսիվ ձայնային ալիքի դեպքում պատկերն այլ է. սեղմման տարածքները (ձայնային ճնշումը դրական է) շարժվում են ձայնի արագությունից գերազանցող արագությամբ, իսկ հազվագյուտ հատվածները՝ ձայնի արագությունից փոքր արագությամբ: տրված միջավայր. Արդյունքում պրոֆիլը շատ է փոխվում։ Առջևի մակերեսները դառնում են շատ կտրուկ, իսկ ալիքի հետևները՝ ավելի նուրբ։ Նման ուժեղ ձևի փոփոխությունները ոչ գծային էֆեկտն են: Որքան ուժեղ է ալիքը, այնքան մեծ է դրա ամպլիտուդը, այնքան ավելի արագ է աղավաղվում պրոֆիլը:
Երկար ժամանակ հնարավոր էր համարվում բարձր էներգիայի խտություններ փոխանցել երկար հեռավորությունների վրա՝ օգտագործելով ակուստիկ ճառագայթ։ Ոգեշնչող օրինակ էր լազերը, որն ընդունակ էր քանդել կառույցները, անցքեր անել, լինել մեծ հեռավորության վրա։ Թվում է, թե լույսի փոխարինումը ձայնով հնարավոր է։ Այնուամենայնիվ, կան դժվարություններ, որոնք անհնարին են դարձնում ուլտրաձայնային զենքի ստեղծումը։
Պարզվում է, որ ցանկացած հեռավորության համար սահմանային արժեք կա այն ձայնի ինտենսիվության համար, որը կհասնի թիրախին: Որքան մեծ է հեռավորությունը, այնքան ցածր է ինտենսիվությունը: Իսկ միջին միջով անցնելիս ակուստիկ ալիքների սովորական թուլացումը դրա հետ կապ չունի։ Թուլացումը զգալիորեն աճում է հաճախականության աճով: Այնուամենայնիվ, այն կարելի է ընտրել այնպես, որ սովորական (գծային) թուլացումը հնարավոր լինի անտեսել պահանջվող հեռավորությունների վրա: Ջրի մեջ 1 ՄՀց հաճախականությամբ ազդանշանի համար սա 50 մ է, բավականաչափ մեծ ամպլիտուդով ուլտրաձայնի դեպքում այն կարող է լինել ընդամենը 10 սմ։
Եկեք պատկերացնենք, որ տարածության ինչ-որ տեղ ալիք է առաջանում, ինտենսիվությունըորի ձայնն այնպիսին է, որ ոչ գծային էֆեկտները զգալիորեն կազդեն նրա վարքի վրա: Տատանումների ամպլիտուդը կնվազի աղբյուրից հեռավորության հետ: Դա տեղի կունենա որքան շուտ, այնքան մեծ կլինի սկզբնական ամպլիտուդը p0: Շատ բարձր արժեքների դեպքում ալիքի քայքայման արագությունը կախված չէ սկզբնական ազդանշանի արժեքից p0: Այս գործընթացը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև ալիքը քայքայվի և ոչ գծային ազդեցությունները դադարեն: Դրանից հետո այն կշեղվի ոչ գծային ռեժիմով: Հետագա թուլացումը տեղի է ունենում գծային ակուստիկայի օրենքների համաձայն, այսինքն, այն շատ ավելի թույլ է և կախված չէ սկզբնական խանգարման մեծությունից:
Ինչպե՞ս է այդ դեպքում ուլտրաձայնը հաջողությամբ օգտագործվում բազմաթիվ ոլորտներում. դրանք փորվում են, մաքրվում և այլն: Այս մանիպուլյացիաների դեպքում հեռավորությունը արտանետիչից փոքր է, ուստի ոչ գծային թուլացումը դեռ չի հասցրել թափ հավաքել:
Ինչու՞ են հարվածային ալիքներն այդքան ուժեղ ազդեցություն ունենում խոչընդոտների վրա: Հայտնի է, որ պայթյունները կարող են ոչնչացնել բավականին հեռու գտնվող կառույցները։ Բայց հարվածային ալիքը ոչ գծային է, ուստի քայքայման արագությունը պետք է ավելի բարձր լինի, քան ավելի թույլ ալիքների:
Վերջին գիծը հետևյալն է. մեկ ազդանշանը պարբերական ազդանշանի պես չի գործում: Նրա գագաթնակետային արժեքը նվազում է աղբյուրից հեռավորության հետ: Մեծացնելով ալիքի ամպլիտուդությունը (օրինակ՝ պայթյունի ուժգնությունը) հնարավոր է որոշակի (թեկուզ փոքր) հեռավորության վրա հասնել խոչընդոտի վրա մեծ ճնշումների և դրանով իսկ ոչնչացնել այն։
