Ультразвук - упругие
волны с частотами прибл. от (1,5-2)·104 Гц (15-20 кГц) до 109
Гц (1 ГГц); область частот упругих волн от 10 до 1012-1013
Гц принято называть гиперзвуком .По частоте У. удобно подразделять на
3 диапазона: У. низких частот (1,5·104-105 Гц), У. средних
частот (105-107 Гц), область высоких частот У. (107
- 109 Гц). Каждый из этих диапазонов характеризуется своими специфич.
особенностями генерации, приёма, распространения и применения.
По физ. природе У. представляет собой
упругие волны, и в этом он не отличается от звука, поэтому частотная граница
между звуковыми и УЗ-волнами условна. Однако благодаря более высоким частотам
и, следовательно, малым длинам волн (так, длины волн У. высоких частот в воздухе
составляют 3,4·10-3-3,4·10-5см, в воде-1,5·10-2-1,5·10-4см,
в стали - 5·10-2- 5·10-4см) имеет место ряд особенностей
распространения У.
Малая длина УЗ-волн позволяет
в ряде случаев исследовать их распространение методами геометрической акустики. Это даёт возможность рассматривать отражение, преломление, а также фокусировку
с помощью лучевой картины.
Ввиду малой длины волны
У. характер его распространения определяется в первую очередь молекулярной структурой
среды, поэтому, измеряя скорость с и коэф. затухания а, можно судить
о молекулярных свойствах вещества (см. Молекулярная акустика ).Характерная
особенность распространения У. в многоатомных газах и во MH. жидкостях-существование
областей дисперсии звука, сопровождающейся сильным возрастанием его поглощения.
Эти эффекты объясняются процессами релаксации (см. Релаксация акустическая). У. в газах, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием
(см. Поглощение звука ).Жидкости и твёрдые тела (особенно монокристаллы)
представляют собой, как правило, хорошие проводники У., затухание в них значительно
меньше. Поэтому области использования У. средних и высоких частот относятся
почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют
только У. низких частот.
Др. особенность У.- возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, т. к. при данной амплитуде плотность потока энергии пропорц. квадрату частоты. УЗ-волны большой интенсивности сопровождаются рядом нелинейных эффектов. Так, для интенсивных плоских УЗ-волн при малом поглощении среды (особенно в жидкостях, твёрдых телах) синусоидальная у излучателя волна превращается по мере её распространения в слабую периодич. ударную волну (пилообразной формы); поглощение таких волн оказывается значительно больше (т. н. нелинейное поглощение), чем волн малой амплитуды. Распространению УЗ-волн в газах и жидкостях сопутствует движение среды, т. н. акустическое течение, скорость к-рого зависит от вязкости среды, интенсивности У. и его частоты; вообще говоря, она мала и составляет долю % от скорости У. К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного У. в жидкостях, относится акустич. кавитация. Интенсивность, соответствующая порогу кавитации, зависит от рода жидкости и степени её чистоты, частоты звука, температуры и др. факторов; в водопроводной воде, содержащей пузырьки воздуха, на частоте 20 кГц она составляет доли Вт/см2. На частотах диапазона У. средних частот в УЗ-поле с интенсивностью начиная с неск. Вт/см2 могут возникнуть фонтанирование жидкости и распыление её с образованием весьма мелкодисперсного тумана. Акустич. кавитация широко применяется в технол. процессах; при этом пользуются У. низких частот.
Для излучения У. служат разнообразные устройства, к-рые могут быть разделены
на 2 группы-механические и эл--механические. Механич. излучатели У. (воздушные
и жидкостные свистки и сирены) отличаются простотой устройства и эксплуатации,
не требуют дорогостоящей электрич. энергии высокой частоты. Их недостатки-широкий
спектр излучаемых частот и нестабильность частоты и амплитуды, что не позволяет
использовать их для контрольно-измерит. целей; они применяются гл. обр. в промышленной
УЗ-технологии и частично как средства сигнализации.
Осн. излучателями У. являются
эл--механические, преобразующие электрич. колебания в механические. В диапазоне
У. низких частот возможно использование эл--динамич. и эл--статич. излучателей.
Широкое применение в этом диапазоне частот нашли магнитострикционные преобразователи,
основанные на эффекте магнитострикции. Для излучения У. средних и высоких
частот служат гл. обр. пьезоэлектрич. преобразователи, использующие явление
пьезоэлектричества. Для увеличения амплитуды колебаний и излучаемой в среду
мощности, как правило, применяются резонансные колебания магнитострикционных
и пьезоэлектрич. элементов на их собств. частоте.
Предельная интенсивность
излучения У. определяется прочностными и нелинейными свойствами материала излучателей,
а также особенностями использования излучателей. Диапазон интенсивности при
генерации У. в области ср. частот чрезвычайно широк; интенсивности от 10-14-10-15Вт/см2
до 0,1 Вт/см2 считаются малыми. Для достижения больших интенсивностей,
к-рые могут быть получены с поверхности излучателя, пользуются фокусировкой
У. (см. Фокусировка звука ).Так, в фокусе параболоида, внутр. стенки
к-рого выполнены из мозаики кварцевых пластинок или из пьезокерамики, на частоте
0,5 МГц удаётся получать в воде интенсивности У. > 105 Вт/см2.
Для увеличения амплитуды колебаний твёрдых тел в диапазоне У. низких частот
часто пользуются стержневыми УЗ-концентраторами (см. Концентратор а к
у с т и ч е с к и й), позволяющими получать амплитуды смещения 10-4
см.
Вследствие обратимости электрич. и пьезоэлектрич. эффектов
эти преобразователи используются и для приёма У. Для изучения УЗ-поля можно
пользоваться и оптич. методами; У., распространяясь в к--л. среде, вызывает
изменение её оптич. показателя преломления, что позволяет визуализировать звуковое
поле, если среда прозрачна для света. Совокупность уплотнений и разрежений,
сопровождающая распространение УЗ-волны, представляет собой своеобразную решётку,
дифракцию световых волн на к-рой можно наблюдать в оптически прозрачных телах.
Дифракция света на ультразвуке лежит в основе смежной области акустики
и оптики- акустооптики, к-рая получила развитие после возникновения газовых
лазеров непрерывного действия.
УЗ-методы используются в физике твёрдого тела, в частности в физике
полупроводников, в результате чего возникла новая область акустики -
аку-стоэлектроника. На основе её достижений разрабатываются приборы для
обработки сигнальной информации в микрорадиоэлектронике. У. играет большую роль
в изучении структуры вещества. Наряду с методами молекулярной акустики для жидкостей
и газов измерение скорости с и ко-эф. поглощения a используется для определения
модулей упругости и диссипативных характеристик твёрдых тел. Получила развитие
квантовая акустика, изучающая взаимодействие фононов с электронами проводимости,
маг-нонами и др. квазичастицами в твёрдых телах.
Ультразвук широко применяется в
технике. По данным измерений с и a во многих техн. задачах осуществляется
контроль за протеканием того или иного процесса (контроль концентрации смеси
газов, состава разл. жидкостей и т. п.). Используя отражение У. на границе разл.
сред, с помощью УЗ-приборов измеряют размеры изделий (напр., УЗ-тол-щиномеры),
определяют уровни жидкостей в ёмкостях, недоступных для прямого измерения. У.
сравнительно малой
интенсивности (~0,1 Вт/см2) применяется в дефектоскопии для неразрушающего
контроля изделий из твёрдых материалов (рельсов, крупных отливок, качественного
проката и т. д.). При помощи У. осуществляется звукови-дение: преобразуя УЗ-колебания
в электрические, а последние в световые, оказывается возможным при помощи У.
видеть те или иные предметы в непрозрачной для света среде. Для получения увеличенных
изображений предмета с помощью У. высокой частоты создан акустич. микроскоп,
аналогичный обычному микроскопу, преимущества к-рого перед оптическим - высокая
контрастность и возможность получать изображения оптически непрозрачных объектов.
Развитие голографии привело к определ. успехам, в области УЗ-голографии
(см. также Голография акустическая ).Важную роль У. играет в гидроакустике, поскольку упругие волны являются единств. видом волн, хорошо распространяющихся
в морской воде. На принципе отражения УЗ-импульсов от препятствий, возникающих
на пути их распространения, строится работа эхолота, гидролокатора и
др.
Ультразвук большой интенсивности
(гл. обр. диапазон низких частот) применяется в технике, оказывая воздействие
на протекание технол. процессов посредством нелинейных эффектов- кавитации,
акустич. потоков и др. Так, при помощи мощного У. ускоряется ряд процессов тепло-
и массо-обмена в металлургии. Воздействие УЗ-колебаний непосредственно на расплавы
позволяет получить более мелкокристаллич. и однородную структуру металла. УЗ-кавитация
используется для очистки от загрязнений как мелких (часовое произ-во, приборостроение,
электронная техника), так и крупных производств. деталей (трансформаторное железо,
прокат и др.). С помощью У. удаётся осуществить пайку алюминиевых изделий, приварку
тонких проводников к напылённым металлич. плёнкам и непосредственно к полупроводникам,
сварку пластмассовых деталей, соединение полимерных плёнок и синтетич. тканей.
У. позволяет обрабатывать хрупкие детали, а также детали сложной конфигурации.
Ультразвук применяется в биологии
и медицине. При действии У. на биол. объекты происходит поглощение и преобразование
акустич. энергии в тепловую. Локальный нагрев тканей на доли и единицы градусов,
как правило, способствует жизнедеятельности биол. объектов, повышая интенсивность
процессов обмена веществ. Однако более интенсивные и длит. воздействия могут
привести к перегреву биол. структур и к их разрушению.
В медицине ультразвук используется для диагностики, терапев-тич. и хирургич. лечения. Способность У. без существенного поглощения проникать в мягкие ткани организма и отражаться от акустич. неоднородностей применяется при исследовании внутр. органов. Микромассаж тканей, активация процессов обмена и локальное нагревание тканей под действием У. используются для терапевтич. целей. УЗ-хирургия подразделяется на две разновидности, одна из к-рых связана с разрушением тканей собственно звуковыми колебаниями, вторая-с наложением УЗ-колебаний на хирургич. инструмент.
В. А. Красильников
1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")
2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.
3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.
4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
