რომანში "ორი ოკეანის საიდუმლო" და ამავე სახელწოდების სათავგადასავლო ფილმში, გმირებმა წარმოუდგენელი რამ გააკეთეს ულტრაბგერითი იარაღით: გაანადგურეს კლდე, მოკლეს უზარმაზარი ვეშაპი და გაანადგურეს მათი გემი. მტრები. ნამუშევარი გამოიცა ჯერ კიდევ XX საუკუნის 30-იან წლებში, შემდეგ კი ითვლებოდა, რომ უახლოეს მომავალში შესაძლებელი გახდებოდა ძლიერი ულტრაბგერითი იარაღის არსებობა - ეს ყველაფერი ტექნოლოგიის ხელმისაწვდომობაზეა. დღეს მეცნიერება ამტკიცებს, რომ ულტრაბგერითი ტალღები, როგორც იარაღი, ფანტასტიკურია.
სხვა საქმეა ულტრაბგერის გამოყენება მშვიდობიანი მიზნებისთვის (ულტრაბგერითი წმენდა, ხვრელების გაბურღვა, თირკმლის ქვების დამსხვრევა და ა.შ.). შემდეგი, ჩვენ გავიგებთ, როგორ იქცევიან აკუსტიკური ტალღები დიდი ამპლიტუდით და ხმის ინტენსივობით.
მძლავრი ხმების ფუნქცია
არსებობს არაწრფივი ეფექტების კონცეფცია. ეს მხოლოდ საკმარისად თავისებური ეფექტებიაძლიერი ტალღები და მათი ამპლიტუდის მიხედვით. ფიზიკაში არის სპეციალური განყოფილებაც კი, რომელიც სწავლობს ძლიერ ტალღებს - არაწრფივი აკუსტიკა. რამდენიმე მაგალითი იმისა, რასაც ის იკვლევს, არის ჭექა-ქუხილი, წყალქვეშა აფეთქებები, მიწისძვრების სეისმური ტალღები. ჩნდება ორი კითხვა.
- პირველი: რა არის ბგერის ძალა?
- მეორე: რა არის არაწრფივი ეფექტები, რა არის მათში უჩვეულო, სად გამოიყენება?
რა არის აკუსტიკური ტალღა
ხმოვანი ტალღა არის შეკუმშვის-იშვიათობის განყოფილება, რომელიც განსხვავდება საშუალოში. მის ნებისმიერ ადგილას წნევა იცვლება. ეს გამოწვეულია შეკუმშვის კოეფიციენტის ცვლილებით. გარემოში არსებულ საწყის წნევაზე ზედმეტ ცვლილებებს ხმის წნევა ეწოდება.
ბგერითი ენერგიის ნაკადი
ტალღას აქვს ენერგია, რომელიც დეფორმირებს გარემოს (თუ ბგერა ვრცელდება ატმოსფეროში, მაშინ ეს არის ჰაერის ელასტიური დეფორმაციის ენერგია). გარდა ამისა, ტალღას აქვს მოლეკულების კინეტიკური ენერგია. ენერგიის ნაკადის მიმართულება ემთხვევა იმ მიმართულებას, რომელშიც ბგერა განსხვავდება. ენერგიის ნაკადი, რომელიც გადის ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე, ახასიათებს ინტენსივობას. და ეს ეხება ტალღის მოძრაობის პერპენდიკულარულ ფართობს.
ინტენსივობა
ინტენსივობა I და აკუსტიკური წნევა p დამოკიდებულია გარემოს თვისებებზე. ჩვენ არ შევჩერდებით ამ დამოკიდებულებებზე, მივცემთ მხოლოდ ბგერის ინტენსივობის ფორმულას p, I-ს და საშუალო მახასიათებლებს - სიმკვრივეს (ρ) და ხმის სიჩქარეს (c):.
I=p02/2ρc.
აქp0 - აკუსტიკური წნევის ამპლიტუდა.
რა არის ძლიერი და სუსტი ხმაური? ძალა (N) ჩვეულებრივ განისაზღვრება ხმის წნევის დონით - მნიშვნელობა, რომელიც დაკავშირებულია ტალღის ამპლიტუდასთან. ხმის ინტენსივობის ერთეული არის დეციბელი (დბ).
N=20×lg (p/pp), dB.
აქ pp არის ზღვრული წნევა პირობითად აღებული ტოლი 2×10-5 Pa. წნევა pp უხეშად შეესაბამება ინტენსივობას Ip=10-12 ვ/მ2 არის ძალიან სუსტი ხმა, რომელიც ჯერ კიდევ შეიძლება აღიქვას ადამიანის ყურს ჰაერში 1000 ჰც სიხშირით. ხმა უფრო ძლიერია, რაც უფრო მაღალია აკუსტიკური წნევის დონე.
ტომი
სუბიექტური იდეები ბგერის სიძლიერის შესახებ ასოცირდება ხმის ცნებასთან, ანუ ისინი დაკავშირებულია ყურის მიერ აღქმულ სიხშირის დიაპაზონთან (იხ. ცხრილი).
და რა შეიძლება ითქვას, როცა სიხშირე დევს ამ დიაპაზონის მიღმა - ულტრაბგერის სფეროში? ამ სიტუაციაში (ულტრაბგერითი ექსპერიმენტების დროს 1 მეგაჰერცის რიგის სიხშირეზე) უფრო ადვილია არაწრფივი ეფექტების დაკვირვება ლაბორატორიულ პირობებში. ჩვენ ვასკვნით, რომ აზრი აქვს გამოვიძახოთ ძლიერი აკუსტიკური ტალღები, რომლებისთვისაც შესამჩნევი ხდება არაწრფივი ეფექტები.
არაწრფივი ეფექტები
ცნობილია, რომ ჩვეულებრივი (წრფივი) ტალღა, რომლის ხმის ინტენსივობა დაბალია, გავრცელდება საშუალოზე ფორმის შეცვლის გარეშე. ამ შემთხვევაში, როგორც იშვიათი, ასევე შეკუმშვის რეგიონები სივრცეში მოძრაობენ ერთი და იგივე სიჩქარით - ეს არის ხმის სიჩქარე საშუალოში. თუ წყაროწარმოქმნის ტალღას, შემდეგ მისი პროფილი რჩება სინუსოიდის სახით მისგან ნებისმიერ მანძილზე.
ინტენსიური ბგერის ტალღაში სურათი განსხვავებულია: შეკუმშვის უბნები (ბგერითი წნევა დადებითია) მოძრაობს სიჩქარით, რომელიც აღემატება ბგერის სიჩქარეს, ხოლო იშვიათი უბნები - ბგერის სიჩქარეზე ნაკლები სიჩქარით. მოცემული საშუალო. შედეგად, პროფილი ძალიან იცვლება. წინა ზედაპირები ხდება ძალიან ციცაბო, ხოლო ტალღის უკანა მხარე უფრო ნაზი ხდება. ფორმის ასეთი ძლიერი ცვლილებები არის არაწრფივი ეფექტი. რაც უფრო ძლიერია ტალღა, მით მეტია მისი ამპლიტუდა, მით უფრო სწრაფად ხდება პროფილის დამახინჯება.
დიდი ხნის განმავლობაში შესაძლებლად ითვლებოდა მაღალი ენერგიის სიმკვრივის გადაცემა დიდ დისტანციებზე აკუსტიკური სხივის გამოყენებით. შთამაგონებელი მაგალითი იყო ლაზერი, რომელსაც შეუძლია სტრუქტურების განადგურება, ხვრელების გატეხვა, დიდ მანძილზე ყოფნა. როგორც ჩანს, სინათლის ჩანაცვლება ხმით შესაძლებელია. თუმცა არის სირთულეები, რომლებიც შეუძლებელს ხდის ულტრაბგერითი იარაღის შექმნას.
გამოდის, რომ ნებისმიერი დისტანციისთვის არსებობს ბგერის ინტენსივობის სასაზღვრო მნიშვნელობა, რომელიც მიაღწევს სამიზნეს. რაც უფრო დიდია მანძილი, მით ნაკლებია ინტენსივობა. და საშუალოზე გავლისას აკუსტიკური ტალღების ჩვეულებრივი შესუსტება არაფერ შუაშია. შესუსტება მკვეთრად იზრდება სიხშირის მატებასთან ერთად. თუმცა, ის შეიძლება ისე შეირჩეს, რომ საჭირო დისტანციებზე ჩვეულებრივი (წრფივი) შესუსტება შეიძლება უგულებელყო. წყალში 1 MHz სიხშირის სიგნალისთვის ეს არის 50 მ, საკმარისად დიდი ამპლიტუდის ულტრაბგერითი შეიძლება იყოს მხოლოდ 10 სმ.
მოდით წარმოვიდგინოთ, რომ ტალღა წარმოიქმნება კოსმოსში რაღაც ადგილას, ინტენსივობითრომლის ხმა ისეთია, რომ არაწრფივი ეფექტები მნიშვნელოვნად იმოქმედებს მის ქცევაზე. რხევის ამპლიტუდა შემცირდება წყაროდან დაშორებით. ეს მოხდება რაც უფრო ადრე, მით მეტი იქნება საწყისი ამპლიტუდა p0. ძალიან მაღალ მნიშვნელობებზე, ტალღის დაშლის სიჩქარე არ არის დამოკიდებული საწყისი სიგნალის მნიშვნელობაზე p0. ეს პროცესი გრძელდება მანამ, სანამ ტალღა არ გაფუჭდება და არ შეჩერდება არაწრფივი ეფექტები. ამის შემდეგ, ის განსხვავდება არაწრფივი რეჟიმში. შემდგომი შესუსტება ხდება ხაზოვანი აკუსტიკის კანონების მიხედვით, ანუ ის გაცილებით სუსტია და არ არის დამოკიდებული საწყისი დარღვევის სიდიდეზე.
როგორ გამოიყენება ულტრაბგერა წარმატებით მრავალ ინდუსტრიაში: ბურღობენ, წმენდენ და ა.შ. ამ მანიპულაციებით მანძილი ემიტერიდან მცირეა, ამიტომ არაწრფივ შესუსტებას ჯერ არ მოუღწევია იმპულსის მოპოვებისთვის.
რატომ მოქმედებს დარტყმითი ტალღები დაბრკოლებებზე ასე ძლიერად? ცნობილია, რომ აფეთქებებს შეუძლიათ გაანადგურონ საკმაოდ შორს მდებარე სტრუქტურები. მაგრამ დარტყმითი ტალღა არაწრფივია, ამიტომ დაშლის სიჩქარე უფრო მაღალი უნდა იყოს ვიდრე სუსტი ტალღების.
ბოლო ხაზი ასეთია: ერთი სიგნალი არ მოქმედებს პერიოდული სიგნალის მსგავსად. მისი პიკური მნიშვნელობა მცირდება წყაროდან დაშორებით. ტალღის ამპლიტუდის გაზრდით (მაგალითად, აფეთქების სიძლიერე) შესაძლებელია დაბრკოლებაზე დიდი წნევის მიღწევა მოცემულ (თუნდაც მცირე) მანძილზე და ამით გაანადგუროს იგი.
