Ультразвук и его применение в науке и технике

  Ультразвук и его применение в науке и технике

Под ультразвуковыми колебаниями в акустике понимают такие колебания, частота которых лежит за верхним пределом слышимости человеческого уха, т. е. превосходит примерно 20 кГц. Помимо собственно звуковых колебаний, под которыми обычно подразумевают распространяющиеся в среде продольные волны, к ультразвуку относят колебания изгиба и сдвига, а также поперечные и поверхностные колебания, если частота их составляет более 20 кГц. В настоящее время удается получать ультразвуковые колебания с частотой до 106 кГц. Область ультразвуковых колебаний охватывает, следовательно, приблизительно 16 октав. В длинах волн это означает, что ультразвуковые волны занимают диапазон, простирающийся в воздухе (скорость распространения звука с=330 м/сек) от 1,6 до 0,3*10-4 см), в жидкостях (с≈1200м/сек) от 6 до 1,2-10-4 см и в твердых телах (с≈4000 м/сек) от 20 до 4-10-4 см. Таким образом, длина наиболее коротких ультразвуковых волн по порядку величины сравнима с длиной видимых световых волн. Именно малость длины волны обусловила особые применения ультразвука. Он позволяет без помех со стороны ограничивающих поверхностей и т.п. проводить многие исследования, в особенности измерения скорости распространения- звука, в гораздо меньших объемах вещества, чем это допускают ранее применявшиеся колебания слышимого диапазона.

Законы акустики слышимого диапазона действуют без изменений и в области ультразвука; однако здесь наблюдаются некоторые особые явления, не имеющие места в слышимом диапазоне. В первую очередь это возможность визуального наблюдения ультразвуковых волн оптическими методами, которая позволяет реализовать многочисленные интересные способы измерения различных констант материалов. Благодаря малой длине волны ультразвуковые волны допускают отличную фокусировку и, следовательно, получение направленного излучения; поэтому можно говорить об ультразвуковых лучах и строить на их основе своего рода звукооптические системы.)

Сравнительно простыми средствами удается получать ультразвуковые колебания таких больших интенсивностей, каких мы совершенно не знаем в акустике слышимого диапазона. Все эти причины привели к тому, что за последние 20 лет ультразвук нашел исключительно широкое применение в самых различных областях науки и техники. Значение ультразвука выходит теперь далеко за рамки физики. Он находит себе применение в химии, биологии и медицине, в технике связи и металловедении, при испытании и обработке материалов, а также во многих других отраслях техники. Широкому внедрению ультразвука в технику препятствует не недостаточность полученных экспериментальных данных или их сомнительность, а только отсутствие пригодных для широкого промышленного применения эксплуатационно надежных и достаточно экономичных ультразвуковых генераторов. Однако в последние годы в этом направлении был проделан ряд многообещающих опытов и достигнуты значительные успехи. Во всяком случае, можно с уверенностью утверждать, что в обиход промышленного неразрушающего контроля, научной лаборатории, в технику измерений и испытаний, в биологию и медицину ультразвук вошел навсегда.