"Ikki okean siri" romanida va xuddi shu nomdagi sarguzasht filmida qahramonlar ultratovushli qurollar yordamida tasavvur qilib bo'lmaydigan ishlarni qilishdi: ular toshni vayron qilishdi, ulkan kitni o'ldirishdi va o'zlarining kemasini vayron qilishdi. dushmanlar. Asar XX asrning 30-yillarida nashr etilgan va keyin yaqin kelajakda kuchli ultratovushli qurolning mavjudligi mumkin bo'ladi, deb ishonishgan - bu texnologiyaning mavjudligi haqida. Bugungi kunda ilm-fan ultratovush to'lqinlari qurol sifatida ajoyib ekanligini da'vo qilmoqda.
Yana bir narsa - ultratovushdan tinch maqsadlarda foydalanish (ultratovush bilan tozalash, teshiklarni burg'ulash, buyrak toshlarini maydalash va boshqalar). Keyinchalik katta amplitudali va tovush intensivligidagi akustik toʻlqinlar qanday harakat qilishini tushunamiz.
Kuchli tovushlar xususiyati
Chiziq bo'lmagan effektlar tushunchasi mavjud. Bu faqat o'ziga xos effektlardirkuchli to'lqinlar va ularning amplitudasiga qarab. Fizikada hatto kuchli to'lqinlarni o'rganadigan maxsus bo'lim - chiziqli bo'lmagan akustika mavjud. U o'rganayotgan narsalarga bir nechta misollar - momaqaldiroq, suv ostidagi portlashlar, zilzilalardan kelib chiqqan seysmik to'lqinlar. Ikkita savol tug'iladi.
- Birinchi: tovushning kuchi nima?
- Ikkinchi: chiziqli bo'lmagan effektlar nima, ularda nima g'ayrioddiy, ular qayerda ishlatiladi?
Akustik toʻlqin nima
Ovoz toʻlqini muhitda ajraladigan siqilish-kamdan-kam uchraydigan qismdir. Uning har qanday joyida bosim o'zgaradi. Bu siqilish nisbati o'zgarishi bilan bog'liq. Atrof-muhitdagi dastlabki bosimga qo'shilgan o'zgarishlar tovush bosimi deb ataladi.
Sonik energiya oqimi
Toʻlqin muhitni deformatsiya qiluvchi energiyaga ega (agar tovush atmosferada tarqalsa, bu havoning elastik deformatsiyasining energiyasidir). Bundan tashqari, to'lqin molekulalarning kinetik energiyasiga ega. Energiya oqimining yo'nalishi tovush tarqaladigan yo'nalishga to'g'ri keladi. Vaqt birligida birlik maydonidan o'tadigan energiya oqimi intensivlikni tavsiflaydi. Bu esa toʻlqin harakatiga perpendikulyar boʻlgan maydonga tegishli.
Intensivlik
Intensivlik I va akustik bosim p muhitning xususiyatlariga bog'liq. Biz bu bog'liqliklar haqida to'xtalmaymiz, biz faqat p, I va muhitning xarakteristikalari - zichlik (r) va tovush tezligi (c) ga tegishli tovush intensivligi formulasini beramiz:
I=p02/2rc.
Bu yerdap0 - akustik bosim amplitudasi.
Kuchli va kuchsiz shovqin nima? Kuch (N) odatda tovush bosimi darajasi bilan belgilanadi - bu to'lqinning amplitudasi bilan bog'liq bo'lgan qiymat. Tovush intensivligi birligi desibel (dB).
N=20×lg(p/pp), dB.
Bu erda pp - shartli ravishda 2×10-5 Pa ga teng qabul qilingan chegara bosimi. Bosim pp taxminan intensivlikka mos keladi Ip=10-12 W/m2 - bu juda zaif tovush bo'lib, u 1000 Gts chastotada havoda inson qulog'i tomonidan hali ham idrok etilishi mumkin. Ovoz kuchliroq bo'lsa, akustik bosim darajasi shunchalik baland bo'lsa.
Ovoz
Ovoz kuchi haqidagi sub'ektiv g'oyalar ovoz balandligi tushunchasi bilan bog'liq, ya'ni ular quloq tomonidan qabul qilinadigan chastota diapazoniga bog'langan (jadvalga qarang).
Va chastota bu diapazondan tashqarida - ultratovush sohasida bo'lsa-chi? Aynan shu vaziyatda (1 megahertz chastotasidagi ultratovush bilan tajribalar paytida) laboratoriya sharoitida nochiziqli ta'sirlarni kuzatish osonroq bo'ladi. Nochiziqli effektlar sezilarli bo'ladigan kuchli akustik to'lqinlarni chaqirish mantiqiy degan xulosaga keldik.
Nochiziqli effektlar
Ma'lumki, tovush intensivligi past bo'lgan oddiy (chiziqli) to'lqin o'z shaklini o'zgartirmasdan muhitda tarqaladi. Bunday holda, kamdan-kam uchraydigan va siqilish mintaqalari kosmosda bir xil tezlikda harakat qiladi - bu muhitdagi tovush tezligi. Agar manbato‘lqin hosil qiladi, keyin uning profili undan istalgan masofada sinusoid shaklida qoladi.
Kuchli tovush toʻlqinida rasm boshqacha boʻladi: siqilish joylari (tovush bosimi musbat) tovush tezligidan oshib ketadigan tezlikda, kam uchraydigan joylar esa tovush tezligidan past tezlikda harakatlanadi. berilgan vosita. Natijada, profil juda ko'p o'zgaradi. Old yuzalar juda tik bo'lib, to'lqinning orqa qismi yumshoqroq bo'ladi. Bunday kuchli shakl o'zgarishlari chiziqli bo'lmagan ta'sirdir. To'lqin qanchalik kuchli bo'lsa, uning amplitudasi shunchalik katta bo'lsa, profil shunchalik tez buziladi.
Uzoq vaqt davomida akustik nur yordamida uzoq masofalarga yuqori energiya zichligini uzatish mumkin deb hisoblangan. Ilhomlantiruvchi misol - bu tuzilmalarni yo'q qilishga, teshiklarni ochishga, uzoq masofada bo'lishga qodir lazer. Ko'rinib turibdiki, yorug'likni tovush bilan almashtirish mumkin. Biroq, ultratovushli qurol yaratishni imkonsiz qiladigan qiyinchiliklar mavjud.
Ma'lum bo'lishicha, har qanday masofa uchun nishonga yetadigan tovush intensivligi uchun chegara qiymati mavjud. Masofa qanchalik katta bo'lsa, intensivlik shunchalik past bo'ladi. Va muhitdan o'tayotganda akustik to'lqinlarning odatiy susayishi bunga hech qanday aloqasi yo'q. Chastotaning ortishi bilan zaiflashuv sezilarli darajada oshadi. Biroq, kerakli masofalarda odatiy (chiziqli) zaiflashuvni e'tiborsiz qoldiradigan tarzda tanlanishi mumkin. Suvda 1 MGts chastotali signal uchun bu 50 m, etarlicha katta amplitudali ultratovush uchun u atigi 10 sm bo'lishi mumkin.
Tasavvur qilaylik, toʻlqin fazoning qaysidir joyida hosil boʻladi, intensivliktovushi shundayki, chiziqli bo'lmagan effektlar uning xatti-harakatlariga sezilarli darajada ta'sir qiladi. Tebranish amplitudasi manbadan masofa bilan kamayadi. Bu qanchalik tez sodir bo'lsa, p0 boshlang'ich amplitudasi shunchalik katta bo'ladi. Juda yuqori qiymatlarda to'lqinning parchalanish tezligi p0 boshlang'ich signalining qiymatiga bog'liq emas. Bu jarayon to'lqin yemirilguncha va chiziqli bo'lmagan effektlar to'xtaguncha davom etadi. Shundan so'ng, u chiziqli bo'lmagan rejimda ajralib chiqadi. Keyinchalik zaiflashuv chiziqli akustika qonunlariga muvofiq sodir bo'ladi, ya'ni u ancha zaifroq va dastlabki buzilishning kattaligiga bog'liq emas.
Ultratovush qanday qilib ko'plab sohalarda muvaffaqiyatli qo'llaniladi: ular burg'ulanadi, tozalanadi va hokazo. Ushbu manipulyatsiyalar bilan emitentdan masofa kichik, shuning uchun chiziqli bo'lmagan susaytirish hali kuchayishga ulgurmagan.
Nega zarba toʻlqinlari toʻsiqlarga shunday kuchli taʼsir koʻrsatadi? Ma'lumki, portlashlar ancha uzoqda joylashgan tuzilmalarni buzishi mumkin. Ammo zarba to‘lqini chiziqli emas, shuning uchun parchalanish tezligi kuchsizroq to‘lqinlarnikidan yuqori bo‘lishi kerak.
Xulosa shu: bitta signal davriy signal kabi ishlamaydi. Uning eng yuqori qiymati manbadan masofa bilan kamayadi. To'lqinning amplitudasini (masalan, portlash kuchini) oshirish orqali ma'lum (kichik bo'lsa ham) masofadagi to'siqda katta bosimga erishish va shu bilan uni yo'q qilish mumkin.
