"Эки океандын сыры" романында жана ушул эле аталыштагы укмуштуу окуялуу фильмде баатырлар ультраүн куралы менен ойго келбеген нерселерди жасашкан: ташты талкалап, килейген китти өлтүрүшкөн жана өздөрүнүн кемесин талкалашкан. душмандар. Иш 20-кылымдын 30-жылдарында жарык көргөн, андан кийин жакынкы келечекте күчтүү ультра үн курал болушу мүмкүн деп ишенишкен - бул технологиянын болушу жөнүндө. Бүгүнкү күндө илим ультраүн толкундары курал катары керемет деп ырастоодо.
Дагы бир нерсе - УЗИди тынчтык максатта колдонуу (ультраүн тазалоо, тешиктерди тешүү, бөйрөктөгү таштарды майдалоо ж.б.). Андан кийин, биз чоң амплитудасы жана үн интенсивдүүлүгү менен акустикалык толкундар кандай иштээрин түшүнөбүз.
Күчтүү үн өзгөчөлүгү
Сызыктуу эмес эффекттер деген түшүнүк бар. Бул жетиштүү гана өзгөчө таасирлерикүчтүү толкундар жана алардын амплитудасына жараша. Физикада күчтүү толкундарды изилдеген атайын бөлүм бар - сызыктуу эмес акустика. Ал изилдеген нерселердин бир нече мисалы - күн күркүрөөсү, суу астындагы жарылуулар, жер титирөөлөрдөн сейсмикалык толкундар. Эки суроо туулат.
- Биринчи: үндүн күчү эмнеде?
- Экинчи: сызыктуу эмес эффекттер деген эмне, алардын эмнеси адаттан тыш, алар кайда колдонулат?
Акустикалык толкун деген эмне
Үн толкуну – бул чөйрөдө диверсацияланган кысуу-сейрек кездешүүнүн бир бөлүгү. Анын каалаган жеринде басым өзгөрөт. Бул кысуу катышынын өзгөрүшүнө байланыштуу. Айлана-чөйрөдө болгон алгачкы басымга үстөмдүк кылган өзгөрүүлөр үн басымы деп аталат.
Укук энергиясынын агымы
Толкун чөйрөнү деформациялоочу энергияга ээ (эгерде үн атмосферада таралса, анда бул абанын серпилгич деформациясынын энергиясы). Мындан тышкары, толкун молекулалардын кинетикалык энергиясына ээ. Энергиянын агымынын багыты үндүн айырмаланган багыты менен дал келет. Убакыттын бирдигине бирдик аянты аркылуу өткөн энергия агымы интенсивдүүлүктү мүнөздөйт. Бул толкундун кыймылына перпендикуляр болгон аймакты билдирет.
Интенсивдүүлүк
Интенсивдүүлүк I жана акустикалык басым p экөө тең чөйрөнүн касиеттеринен көз каранды. Биз бул көз карандылыктарга токтолбойбуз, р, I жана чөйрөнүн мүнөздөмөлөрү - чөйрөдөгү үндүн тыгыздыгы (ρ) жана ылдамдыгы (c) менен байланышкан үн интенсивдүүлүгүнүн формуласын гана беребиз:
I=p02/2ρc.
Бул жердеp0 - акустикалык басымдын амплитудасы.
Күчтүү жана алсыз ызы-чуу деген эмне? Күч (N) адатта үн басымынын деңгээли менен аныкталат - бул толкундун амплитудасы менен байланышкан чоңдук. Үн интенсивдүүлүгүнүн бирдиги децибел (дБ).
N=20×lg(p/pp), дБ.
Бул жерде pp шарттуу түрдө 2×10-5 Па барабар алынган босого басым. Басым pp болжолдуу түрдө интенсивдүүлүккө туура келет Ip=10-12 W/m2 - 1000 Гц жыштыктагы абада адамдын кулагы тарабынан дагы эле кабыл алынуучу өтө алсыз үн. Үн күчтүүрөөк болсо, акустикалык басымдын деңгээли жогору болсо.
Көлөм
Үндүн күчү жөнүндөгү субъективдүү ойлор үндүн катуулугу түшүнүгү менен байланышкан, башкача айтканда, алар кулак тарабынан кабыл алынган жыштык диапазонуна байланган (таблицаны караңыз).
Ал эми жыштык бул диапазондон тышкары болгондо - УЗИ тармагында эмне болот? Дал ушул жагдайда (1 мегагерц тартибиндеги жыштыктагы УЗИ менен эксперименттер учурунда) лабораториялык шарттарда сызыктуу эмес эффекттерди байкоо оңой болот. Биз сызыктуу эмес эффекттер байкалып кала турган күчтүү акустикалык толкундарды чакыруунун мааниси бар деген жыйынтыкка келдик.
Сызыктуу эмес эффекттер
Үндүн интенсивдүүлүгү аз болгон кадимки (сызыктуу) толкун өзүнүн формасын өзгөртпөстөн чөйрөдө тарала тургандыгы белгилүү. Мында сейрек кездешүү жана кысуу аймактары мейкиндикте бирдей ылдамдыкта кыймылдашат - бул чөйрөдөгү үндүн ылдамдыгы. Булак болсотолкунду жаратат, андан кийин анын профили андан каалаган аралыкта синусоид түрүндө кала берет.
Интенсивдүү үн толкунунда сүрөт башкача болот: кысуу аймактары (үн басымы оң) үндүн ылдамдыгынан ашкан ылдамдыкта, ал эми сейрек кездешүүчү аймактар - үн ылдамдыгынан азыраак ылдамдыкта жылат. берилген орто. Натыйжада профиль бир топ өзгөрөт. Алдыңкы беттери абдан тик болуп, толкундун арткы беттери жумшак болуп калат. Мындай күчтүү форма өзгөртүүлөр сызыктуу эмес эффект болуп саналат. Толкун канчалык күчтүү болсо, анын амплитудасы ошончолук чоңойсо, профиль ошончолук тез бурмаланат.
Узак убакыт бою акустикалык нурдун жардамы менен энергиянын жогорку тыгыздыгын узак аралыкка өткөрүү мүмкүн деп эсептелген. Бир шыктандыруучу мисал, конструкцияларды бузуп, тешиктерди тешип, чоң аралыкта турган лазер болду. Жарыкты үн менен алмаштыруу мүмкүн окшойт. Бирок ультраүн куралды жасоо мүмкүн эмес болгон кыйынчылыктар бар.
Көрсө, каалаган аралыкта бутага жете турган үндүн интенсивдүүлүгү үчүн чектик маани бар экен. Аралык канчалык чоң болсо, интенсивдүүлүк ошончолук төмөн болот. Ал эми чөйрө аркылуу өткөндө кадимки акустикалык толкундардын басаңдашы менен эч кандай байланышы жок. Жыштыктын өсүшү менен алсыздануу байкаларлык көбөйөт. Бирок, аны талап кылынган аралыктардагы кадимки (сызыктуу) солгундоону этибар албай тургандай кылып тандоого болот. Сууда 1 МГц жыштыгы бар сигнал үчүн бул 50 м, жетишерлик чоң амплитудадагы УЗИ үчүн 10 см гана болушу мүмкүн.
Келгиле, толкун мейкиндиктин кайсы бир жеринде пайда болгонун элестетели, интенсивдүүлүканын үнү сызыктуу эмес эффекттер анын жүрүм-турумуна олуттуу таасир эте тургандай. Термелүү амплитудасы булактан алыстаган сайын азаят. Бул канчалык эртерээк ишке ашса, p0 баштапкы амплитудасы ошончолук чоң болот. Өтө жогорку маанилерде толкундун ажыроо ылдамдыгы p0 баштапкы сигналынын маанисине көз каранды эмес. Бул процесс толкун ажыроо жана сызыктуу эмес эффекттер токтогонго чейин уланат. Андан кийин, ал сызыктуу эмес режимде бөлүнөт. Андан ары басаңдатуу сызыктуу акустиканын мыйзамдарына ылайык ишке ашат, б.а., ал алда канча алсызыраак жана баштапкы бузулуунун чоңдугуна көз каранды эмес.
Кантип УЗИ көптөгөн тармактарда ийгиликтүү колдонулат: аларды бургулоо, тазалоо ж.б.у.с. Бул манипуляциялар менен эмитенттен алыстык анча чоң эмес, андыктан сызыктуу эмес басаңдоо күч алганга үлгүрө элек.
Эмне үчүн сокку толкундары тоскоолдуктарга мынчалык күчтүү таасир этет? Белгилүү болгондой, жарылуулар бир топ алыс жайгашкан курулуштарды талкалашы мүмкүн. Бирок сокку толкуну сызыктуу эмес, андыктан ажыроо ылдамдыгы алсызыраак толкундарга караганда жогору болушу керек.
Эң негизгиси бул: бир сигнал мезгилдүү болуп иштебейт. Анын эң жогорку мааниси булактан алыстаган сайын төмөндөйт. Толкундун амплитудасын жогорулатуу менен (мисалы, жарылуунун күчү) берилген (кичине болсо да) аралыкта тоскоолдукка чоң басым жасоого жана ошону менен аны жок кылууга болот.
