"İki okeanın sirri" romanında və eyniadlı macəra filmində qəhrəmanlar ultrasəs silahları ilə ağlasığmaz işlər gördülər: qayanı dağıdıb, nəhəng balinanı öldürdülər və özlərinin gəmisini məhv etdilər. düşmənlər. Əsər XX əsrin 30-cu illərində nəşr olundu və sonra güman edilirdi ki, yaxın gələcəkdə güclü ultrasəs silahının mövcudluğu mümkün olacaq - hər şey texnologiyanın mövcudluğundan gedir. Bu gün elm ultrasəs dalğalarının silah kimi fantastik olduğunu iddia edir.
Başqa bir şey ultrasəsin dinc məqsədlər üçün istifadəsidir (ultrasəslə təmizləmə, deşiklər açmaq, böyrək daşlarını əzmək və s.). Sonra, böyük amplituda və səs intensivliyinə malik akustik dalğaların necə davrandığını anlayacağıq.
Güclü səslər xüsusiyyəti
Qeyri-xətti effektlər anlayışı var. Bunlar yalnız kifayət qədər özünəməxsus təsirlərdirgüclü dalğalar və onların amplitudasından asılı olaraq. Fizikada hətta güclü dalğaları öyrənən xüsusi bölmə var - qeyri-xətti akustika. Onun araşdırdığı bir neçə nümunə ildırım, su altı partlayışlar, zəlzələlərdən yaranan seysmik dalğalardır. İki sual yaranır.
- Birinci: səsin gücü nədir?
- İkinci: qeyri-xətti effektlər nədir, onların qeyri-adi cəhəti nədir, harada istifadə olunur?
Akustik dalğa nədir
Səs dalğası mühitdə bir-birindən ayrılan sıxılma-nadirlənmənin bir hissəsidir. Onun hər hansı bir yerində təzyiq dəyişir. Bu, sıxılma nisbətinin dəyişməsi ilə əlaqədardır. Ətraf mühitdə olan ilkin təzyiqə əlavə edilən dəyişikliklərə səs təzyiqi deyilir.
Səs enerjisi axını
Dalğa mühiti deformasiya edən enerjiyə malikdir (əgər səs atmosferdə yayılırsa, bu, havanın elastik deformasiyasının enerjisidir). Bundan əlavə, dalğa molekulların kinetik enerjisinə malikdir. Enerji axınının istiqaməti səsin ayrıldığı istiqamətlə üst-üstə düşür. Vahid ərazidən keçən enerji axını intensivliyi xarakterizə edir. Bu, dalğanın hərəkətinə perpendikulyar olan sahəyə aiddir.
İntensivlik
Həm intensivlik I, həm də akustik təzyiq p mühitin xüsusiyyətlərindən asılıdır. Biz bu asılılıqlar üzərində dayanmayacağıq, yalnız p, I və mühitin xüsusiyyətlərinə - sıxlığa (ρ) və səsin sürətinə (c) aid olan səs intensivliyi düsturu verəcəyik:
I=p02/2ρc.
Buradap0 - akustik təzyiq amplitudası.
Güclü və zəif səs-küy nədir? Güc (N) adətən səs təzyiqinin səviyyəsi ilə müəyyən edilir - dalğanın amplitudası ilə əlaqəli bir dəyər. Səsin intensivliyinin vahidi desibeldir (dB).
N=20×lg(p/pp), dB.
Burada pp şərti olaraq 2×10-5 Pa-a bərabər götürülmüş hədd təzyiqidir. Təzyiq pp təxminən intensivliyə uyğundur Ip=10-12 W/m2 1000 Hz tezliyində havada insan qulağı tərəfindən hələ də qəbul edilə bilən çox zəif səsdir. Səs daha güclüdürsə, akustik təzyiq səviyyəsi bir o qədər yüksəkdir.
Həcm
Səsin gücü ilə bağlı subyektiv fikirlər ucalıq anlayışı ilə əlaqələndirilir, yəni qulağın qəbul etdiyi tezlik diapazonuna bağlıdır (cədvələ bax).
Bəs tezlik bu diapazondan kənarda - ultrasəs sahəsində olduqda necə? Məhz bu vəziyyətdə (1 meqahers nizamlı tezliklərdə ultrasəs ilə təcrübələr zamanı) laboratoriya şəraitində qeyri-xətti effektləri müşahidə etmək daha asandır. Biz belə nəticəyə gəldik ki, qeyri-xətti təsirlərin nəzərə çarpan güclü akustik dalğaları adlandırmağın mənası var.
Qeyri-xətti effektlər
Məlumdur ki, səs intensivliyi az olan adi (xətti) dalğa öz formasını dəyişmədən mühitdə yayılır. Bu zaman həm nadirləşmə, həm də sıxılma bölgələri kosmosda eyni sürətlə hərəkət edir - bu, mühitdəki səs sürətidir. Əgər mənbədalğa yaradır, sonra onun profili ondan istənilən məsafədə sinusoid şəklində qalır.
Güclü səs dalğasında şəkil fərqlidir: sıxılma sahələri (səs təzyiqi müsbətdir) səs sürətini aşan sürətlə hərəkət edir, nadir hallarda isə səsin sürətindən aşağı sürətlə hərəkət edir. verilmiş mühit. Nəticədə profil çox dəyişir. Ön səthlər çox dik olur və dalğanın arxaları daha yumşaq olur. Belə güclü forma dəyişiklikləri qeyri-xətti təsirdir. Dalğa nə qədər güclüdürsə, onun amplitudu bir o qədər böyükdürsə, profil bir o qədər tez təhrif olunur.
Uzun müddət akustik şüadan istifadə etməklə yüksək enerji sıxlığını uzun məsafələrə ötürmək mümkün hesab edilirdi. İlham verən bir nümunə, strukturları məhv edə bilən, deşiklər açan, böyük məsafədə olan bir lazer idi. Görünür, işığın səslə əvəzlənməsi mümkündür. Bununla belə, ultrasəs silahı yaratmağı qeyri-mümkün edən çətinliklər var.
Belə çıxır ki, istənilən məsafə üçün hədəfə çatacaq səsin intensivliyi üçün bir sərhəd dəyəri var. Məsafə nə qədər böyükdürsə, intensivlik də bir o qədər aşağı olur. Və mühitdən keçərkən akustik dalğaların adi zəifləməsinin bununla heç bir əlaqəsi yoxdur. Artan tezliklə zəifləmə nəzərəçarpacaq dərəcədə artır. Bununla belə, tələb olunan məsafələrdə adi (xətti) zəifləməyə laqeyd yanaşmaq üçün seçilə bilər. Suda 1 MHz tezliyi olan siqnal üçün bu 50 m, kifayət qədər böyük amplitudalı ultrasəs üçün isə yalnız 10 sm ola bilər.
Təsəvvür edək ki, dalğa kosmosda hansısa yerdə yaranır, intensivliksəsi elədir ki, qeyri-xətti effektlər onun davranışına əhəmiyyətli dərəcədə təsir edəcək. Mənbədən uzaqlaşdıqca rəqsin amplitudası azalacaq. Bu, nə qədər tez baş verəcəksə, ilkin amplituda p0 bir o qədər çox olar. Çox yüksək dəyərlərdə dalğanın çürümə sürəti p0 ilkin siqnalın qiymətindən asılı deyil. Bu proses dalğa parçalanana və qeyri-xətti təsirlər dayanana qədər davam edir. Bundan sonra o, qeyri-xətti rejimdə ayrılacaq. Sonrakı zəifləmə xətti akustika qanunlarına uyğun olaraq baş verir, yəni daha zəifdir və ilkin pozğunluğun miqyasından asılı deyil.
Bundan sonra ultrasəs bir çox sənaye sahələrində necə uğurla istifadə olunur: onlar qazılır, təmizlənir və s. Bu manipulyasiyalarla emitentdən məsafə kiçikdir, ona görə də qeyri-xətti zəifləmənin hələ sürət qazanmağa vaxtı olmayıb.
Şok dalğalarının maneələrə niyə belə güclü təsiri var? Məlumdur ki, partlayışlar kifayət qədər uzaqda yerləşən strukturları məhv edə bilər. Lakin zərbə dalğası qeyri-xəttidir, ona görə də çürümə sürəti zəif dalğalarınkından yüksək olmalıdır.
Əsas nəticə budur: tək bir siqnal dövri siqnal kimi fəaliyyət göstərmir. Onun pik dəyəri mənbədən uzaqlaşdıqca azalır. Dalğanın amplitudasını (məsələn, partlayışın gücünü) artırmaqla, verilmiş (kiçik də olsa) məsafədə maneə üzərində böyük təzyiqlərə nail olmaq və bununla da onu məhv etmək mümkündür.
