Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

рые уже легко улавливаются фильтрами или просто оседают под действием силы тяжести. Если сфокусированный вогнутым излуча­телем пучок ультразвуковых волн с частотой от 0,8 до 2 Мгц направить из жидкости вверх, произойдет интересное явление. Мы уже знаем, звуковые волны не могут перейти из более плотной среды (воды) в менее плотную (воз­дух) — они полностью отразятся от поверх­ности раздела. При отражении поверхность воды будет испытывать давление. Стена, на­пример, тоже, отражая мяч, испытывает дав­ление. Возникает так называемое давление звукового излучения (не смешивать со звуко­вым давлением). Оно в сотни и тысячи раз мень­ше звукового давления, и природа его совер­шенно другая. Звуковое давление изменяется в каждой точке и распространяется радиально; давление звукового излучения всегда действует в одну сторону, и величина его неизменна, если не меняется сила звука. Давление излу­чения звука образует на поверхности жидкости своеобразный холм или горб высотой до 50 см (при помощи ультразвука интенсивностью в 50 вт/см2). При этом некоторые жидкости интенсивно распыляются, образуя плотное об­лако тумана. Жидкость будто кипит. Сущность этого явления очень сложна и связана с обра­зованием капиллярных волн на поверхности жидкости; они подобны морским волнам, толь­ко размеры их в миллионы раз меньше — доли микрона. Из гребней этих волн и образуются мельчайшие частички «ультразвукового тумана».

 

 

КАВИТАЦИЯ

Применение ультразвука значительно рас­ширилось после того, как было открыто явле­ние кавитации. Уже давно было замечено, что гребные винты морских судов быстро изна­шиваются при увеличении числа оборотов. Поверхность хорошо отполированного, не под­дающегося ржавлению винта покрывалась мел­кими щербинками. Гидродинамические свой­ства винта, т. е. способность его приводить судно в движение, резко ухудшались. Так же разрушались и лопасти гидротурбин. При­чину этого явления удалось установить лишь после того, как обнаружили, что так же раз­рушается поверхность электродов, нанесен­ных на кварцевый пьезоэлектрик, если он излучает мощные ультразвуковые колебания.

При работе гребного вала и лопастей гид­ротурбины создаются в жидкости мощные упру­гие колебания ультразвуковой частоты. В мо­мент разрежения волны образуются в жидкости разрывы, заполненные растворенным в воде газом, — кавитационные пузырьки. Легче всего они возникают там, где есть частицы воздуха или каких-то примесей. В слое сжатия очень большое давление, оно вызывает кавитацию: разрывы в жидкости исчезают и происходит гидравлический удар. Эти гидравлические уда­ры и разрушают металлическую поверхность винта или лопастей. Удар одного кавитационного пузырька слаб, но на поверхность металла обрушиваются тысячи таких ударов.

Ударная волна сверхзвукового самолета и пастушеский кнут.

Полеты сверхзвуковых самолетов над населенными пунктами строго запрещены. Обычный самолет звуко­вые волны обгоняют и, распростра­няясь по всем направлениям, посте­пенно безобидно затухают. Само­лет, летящий со скоростью более 1200 км/час, сам обгоняет свои собст­венные звуки. Рокот работающих мо­торов, свист и грохот рассекаемого крыльями воздуха, все звуковые волны сливаются в одну мощную ударную волну, в вершине которой быстрее зву­ка летит самолет.

Достигая земной поверхности, ударная волна приносит много бед: из окон вылетают стекла, рушатся стены, от страшных ударов, сильнее грома, можно навсегда оглохнуть. Поэтому испытания сверхзвуковых самолетов проводят в пустынной мест­ности, где ударные волны не могут причинить вреда.

Но мало кому известно, что гроз­ные ударные звуковые волны давно уже несут скромную, мирную и полез­ную службу — они помогают стеречь колхозные стада. Хороший кнут пас­туха устроен очень разумно и целесообразно.

Многовековой опыт народа воплотил в нем сложный комплекс законов механики. Секрет хорошего кнута в том, что он постепенно к концу становится все тоньше и тонь­ше и завершается растрепом — легкой кисточкой.

Умелый сильный взмах кнутови­щем, и вдоль по веревке кнута побе­жит короткая волна — изгиб. Кине­тическая энергия будет сохраняться неизменной по всей длине пробега. Но к концу кнут тоньше, масса мень­ше, энергия волны постоянна, следо­вательно, скорость будет очень быстро и очень сильно возрастать, достигая сверхзвуковых значений. Возникает мощная ударная звуковая волна — резкий и оглушительный, как выстрел, удар кнута. Ударную звуковую волну нередко можно услышать и в цирке. Укротитель с ее помощью приводит к послушанию даже львов.

112