Използвайки импулси на мощен лазер, група физици създадоха звукова вълна във вода с възможно най-голяма интензивност, съобщава американската Национална ускорителна лаборатория SLAC.
Звукът представлява механични колебания, причинени от преминаването през средата на еластични вълни с определена честота. Тяхната интензивност (сила на звука) се изчислява в децибели - обикновен разговор е около 55 dB, а шумът на двигателите на излитащ самолет е 120-130 dB. Разпространението на такава вълна носи със себе си скок на налягането - колкото е по-голям, толкова е по-силен звукът. Това налага теоретичната граница на силата на звука, която може да бъде постигната в дадена среда - пределът, след който тя се разрушава. За въздуха при атмосферно налягане тази граница е около 194 dB, а за водата - 270 dB.
Този предел успя да достигне екип, включващ изследователи от Националната ускорителна лаборатория SLAC към Министерството на енергетиката на САЩ.
Статия за постижението е публикувана в списание Physical Review Fluids.
Постигнат е рекорден подводен звук с интензивност, която засенчва тази на ракета. Интензивността му е еквивалентна на насочване на електрическата енергия на цял град към един квадратен метър, което доведе до интензивност на звука 270 децибела.
За целта физиците разбиха микроскопични (14–30 µm в диаметър) водни струйки с къси импулси на мощни рентгенови лъчи с помощта на Linac Coherent Light Source (LCLS), рентгенов лазер на SLAC. Всеки такъв импулс предизвиква мигновено изпаряване на малък обем вода и създава ударна вълна. Преминавайки през струята тази ударната вълна създава свои копия, отразявайки от границата на водната струя и като се наслагва върху себе си, се усилва.
Когато интензивността на подводния звук премине прага от 270 dB за водна среда, водата се разпада на малки, изпълнени с пари мехурчета, които веднага колапсират.
Налягането, създадено от ударните вълни, е точно под границата, която се предполагаше, че е пределът колко силен звук може да с постигне под вода.
След взривяване на малки струи вода с рентгенов лазер, изследователите наблюдаваха колебателното движение наляво-надясно на поредицата ударни вълни, отдалечаващи се от зоните, пълни с микромехурчета. Кредит: Claudiu Stan, Rutgers University Newark
В статията, публикувана от Physical Review Fluids, изследователите пишат, че по-доброто разбиране на тези процеси е от съществено значение за създаването на нови техники, които предпазват от повреди миниатюрни проби във водни струи, за да се позволи измерването на тяхната атомна структура. Това би могло да ускори научните изследвания в области като биологията и науката за материалите, което може да доведе до по-ефективни лекарства и по-ефективни материали.
Екипът е ръководен от Гебриел Блай (Gabriel Blaj), научен сътрудник в SLAC и Станфордския университет и Клаудиу Стан (Claudiu Stan) от Университета Rutgers в Нюарк. Той включва също изследователи от Станфордския института PULSE и Института Пол Шерер в Швейцария.
Справка:
Gabriel Blaj et al. Generation of high-intensity ultrasound through shock propagation in liquid jets, Physical Review Fluids (2019). DOI: 10.1103/PhysRevFluids.4.043401
Източник:
Record-shattering underwater sound, SLAC National Accelerator Laboratory
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари