§ 50. Действие ультразвука

Колебательная энергия в единице объема звукового поля пропорциональна квадрату частоты. Действительно, плотность колебательной энергии но амплитуда скорости а следовательно, пропорционально Сильные источники ультразвука способны создать колебания с амплитудой давления в десятки атмосфер. Таким образом, в микрообъемах вещества несколько тысяч раз в секунду напряжение достигает десятков атмосфер давления, падает до нуля, достигает десятков атмосфер растяжения и т. д.

Ясно, что такое сильное механическое действие может привести к ряду специфических явлений. К ним относится явление кавитации. В момент колебания, соответствующий предельному растяжению в жидкости, находящейся в ультразвуковом поле, происходит микроскопический разрыв, куда устремляются растворенные газы и пар. В момент колебания, соответствующий сжатию, в области этих разрывов возникают колоссальные давления порядка тысяч атмосфер.

Столь существенные действия ультразвука могут быть использованы для преодоления сил, действующих между молекулами. Эмульсии (жир в воде, бензол в воде и пр.) диспергируются под действием ультразвука. В частице, взвешенной в воде, наступает рано или поздно кавитационный разрыв. Дробящее действие ультразвука находит широкое применение в промышленности.

Однако и при отсутствии кавитации действие ультразвука может быть немаловажным. Если ультразвуковая волна проходит через аэрозоль (газ со взвешенными твердыми частицами, например дым), то результатом является осаждение частиц. Ультразвуковые колебания собирают твердые частицы в узлах звукового давления, частицы слипаются и становятся достаточно тяжелыми, чтобы опуститься на землю.

Нахождение раковин, внутренних трещин и других дефектов металлов с помощью ультразвукового просвечивания является также важной областью применения ультразвука. Метод основан на отражении ультразвука границей среда — воздух или основной металл — включение. Заметный эффект будет получен лишь в том случае, если размеры дефекта больше длины волны. Чтобы увидеть дефект размером в нужна длина волны менее значит, частоты порядка 109 Гц. Обычно работают на много меньших частотах (107 Гц) и применяют метод для обнаружения крупных пороков.

Широко известно применение ультразвука в эхолотах и гидролокаторах.