उपन्यास "द सीक्रेट ऑफ़ टू ओशन्स" और इसी नाम की साहसिक फिल्म में, नायकों ने अल्ट्रासोनिक हथियारों के साथ अकल्पनीय काम किया: उन्होंने एक चट्टान को नष्ट कर दिया, एक विशाल व्हेल को मार डाला, और उनके जहाज को नष्ट कर दिया दुश्मन। काम XX सदी के 30 के दशक में वापस प्रकाशित हुआ था, और फिर यह माना जाता था कि निकट भविष्य में एक शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक हथियार का अस्तित्व संभव हो जाएगा - यह सब प्रौद्योगिकी की उपलब्धता के बारे में है। आज विज्ञान दावा करता है कि अल्ट्रासोनिक तरंगें हथियार के रूप में शानदार हैं।
एक और बात शांतिपूर्ण उद्देश्यों के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग है (अल्ट्रासोनिक सफाई, ड्रिलिंग छेद, गुर्दे की पथरी को कुचलना, आदि)। आगे, हम यह समझेंगे कि बड़े आयाम और ध्वनि की तीव्रता वाली ध्वनिक तरंगें कैसे व्यवहार करती हैं।
शक्तिशाली ध्वनि सुविधा
गैर-रैखिक प्रभावों की एक अवधारणा है। ये प्रभाव अजीबोगरीब ही काफी हैंमजबूत तरंगें और उनके आयाम के आधार पर। भौतिकी में, एक विशेष खंड भी है जो शक्तिशाली तरंगों का अध्ययन करता है - अरेखीय ध्वनिकी। वह जो जांच करती है उसके कुछ उदाहरण हैं गड़गड़ाहट, पानी के नीचे विस्फोट, भूकंप से भूकंपीय तरंगें। दो सवाल उठते हैं।
- पहला: ध्वनि की शक्ति क्या है?
- दूसरा: गैर-रेखीय प्रभाव क्या हैं, उनके बारे में असामान्य क्या है, उनका उपयोग कहां किया जाता है?
एक ध्वनिक तरंग क्या है
एक ध्वनि तरंग संपीड़न-दुर्लभ प्रतिक्रिया का एक खंड है जो माध्यम में विचलन करता है। इसके किसी भी स्थान पर दबाव बदल जाता है। यह संपीड़न अनुपात में बदलाव के कारण है। वातावरण में जो प्रारंभिक दबाव था, उस पर आरोपित परिवर्तन ध्वनि दबाव कहलाते हैं।
ध्वनि ऊर्जा प्रवाह
एक तरंग में ऊर्जा होती है जो माध्यम को विकृत करती है (यदि ध्वनि वातावरण में फैलती है, तो यह वायु के लोचदार विरूपण की ऊर्जा है)। इसके अलावा, तरंग में अणुओं की गतिज ऊर्जा होती है। ऊर्जा के प्रवाह की दिशा उस दिशा से मेल खाती है जिसमें ध्वनि का विचलन होता है। प्रति इकाई समय में एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली ऊर्जा का प्रवाह तीव्रता की विशेषता है। और यह तरंग की गति के लंबवत क्षेत्र को संदर्भित करता है।
तीव्रता
तीव्रता I और ध्वनिक दबाव p दोनों माध्यम के गुणों पर निर्भर करते हैं। हम इन निर्भरताओं पर ध्यान नहीं देंगे, हम केवल पी, आई और माध्यम की विशेषताओं से संबंधित ध्वनि तीव्रता सूत्र देंगे - घनत्व (ρ) और माध्यम में ध्वनि की गति (सी):
मैं=पी02/2ρc.
यहाँपी0 - ध्वनिक दबाव आयाम।
मजबूत और कमजोर शोर क्या है? बल (एन) आमतौर पर ध्वनि दबाव के स्तर से निर्धारित होता है - एक मान जो तरंग के आयाम से जुड़ा होता है। ध्वनि की तीव्रता का मात्रक डेसीबल (dB) होता है।
N=20×lg(p/pp), dB.
यहाँ pp दहलीज दबाव सशर्त रूप से 2×10-5 Pa के बराबर लिया जाता है। दाब pp मोटे तौर पर तीव्रता से मेल खाता है Ip=10-12 W/m 2 एक बहुत ही मंद ध्वनि है जिसे अभी भी मानव कान द्वारा 1000 हर्ट्ज की आवृत्ति पर हवा में देखा जा सकता है। ध्वनि अधिक मजबूत होती है ध्वनिक दबाव का स्तर जितना अधिक होता है।
वॉल्यूम
ध्वनि की ताकत के बारे में व्यक्तिपरक विचार जोर की अवधारणा से जुड़े होते हैं, यानी वे कान द्वारा महसूस की जाने वाली आवृत्ति रेंज से बंधे होते हैं (तालिका देखें)।
और क्या होगा जब आवृत्ति इस सीमा से बाहर हो - अल्ट्रासाउंड के क्षेत्र में? यह इस स्थिति में है (1 मेगाहर्ट्ज़ के क्रम की आवृत्तियों पर अल्ट्रासाउंड के साथ प्रयोगों के दौरान) प्रयोगशाला स्थितियों के तहत गैर-रेखीय प्रभावों का निरीक्षण करना आसान है। हम निष्कर्ष निकालते हैं कि शक्तिशाली ध्वनिक तरंगों को कॉल करना समझ में आता है जिसके लिए गैर-रेखीय प्रभाव ध्यान देने योग्य हो जाते हैं।
अरेखीय प्रभाव
यह ज्ञात है कि एक साधारण (रैखिक) तरंग, जिसकी ध्वनि की तीव्रता कम होती है, बिना अपना आकार बदले किसी माध्यम में फैलती है। इस मामले में, रेयरफैक्शन और कम्प्रेशन दोनों क्षेत्र एक ही गति से अंतरिक्ष में चलते हैं - यह माध्यम में ध्वनि की गति है। अगर स्रोतएक तरंग उत्पन्न करता है, तो उसका प्रोफ़ाइल उससे किसी भी दूरी पर एक साइनसॉइड के रूप में रहता है।
एक तीव्र ध्वनि तरंग में, चित्र अलग होता है: संपीड़न के क्षेत्र (ध्वनि दबाव सकारात्मक होता है) ध्वनि की गति से अधिक गति से चलते हैं, और विरलन के क्षेत्र - ध्वनि की गति से कम गति से चलते हैं एक दिया हुआ माध्यम। नतीजतन, प्रोफ़ाइल बहुत बदल जाती है। सामने की सतह बहुत खड़ी हो जाती है, और लहर की पीठ अधिक कोमल हो जाती है। इस तरह के मजबूत आकार परिवर्तन गैर-रैखिक प्रभाव हैं। लहर जितनी मजबूत होगी, उसका आयाम उतना ही अधिक होगा, प्रोफ़ाइल उतनी ही तेज़ी से विकृत होगी।
लंबे समय तक एक ध्वनिक बीम का उपयोग करके लंबी दूरी पर उच्च ऊर्जा घनत्व को संचारित करना संभव माना जाता था। एक प्रेरक उदाहरण एक लेज़र था जो संरचनाओं को नष्ट करने, छिद्रों को छिद्र करने में सक्षम था, एक बड़ी दूरी पर था। ऐसा लगता है कि ध्वनि के साथ प्रकाश का प्रतिस्थापन संभव है। हालाँकि, ऐसी कठिनाइयाँ हैं जो एक अल्ट्रासोनिक हथियार बनाना असंभव बनाती हैं।
यह पता चला है कि किसी भी दूरी के लिए ध्वनि की तीव्रता के लिए एक सीमा मान है जो लक्ष्य तक पहुंच जाएगा। दूरी जितनी अधिक होगी, तीव्रता उतनी ही कम होगी। और माध्यम से गुजरते समय ध्वनिक तरंगों के सामान्य क्षीणन का इससे कोई लेना-देना नहीं है। बढ़ती आवृत्ति के साथ क्षीणन स्पष्ट रूप से बढ़ता है। हालांकि, इसे चुना जा सकता है ताकि आवश्यक दूरी पर सामान्य (रैखिक) क्षीणन की उपेक्षा की जा सके। पानी में 1 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति के साथ एक संकेत के लिए, यह 50 मीटर है, पर्याप्त रूप से बड़े आयाम के अल्ट्रासाउंड के लिए, यह केवल 10 सेमी हो सकता है।
आइए कल्पना करें कि अंतरिक्ष में किसी स्थान पर तरंग उत्पन्न होती है, तीव्रताजिसकी ध्वनि ऐसी है कि अरेखीय प्रभाव उसके व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करेगा। स्रोत से दूरी के साथ दोलन आयाम कम हो जाएगा। यह जितनी जल्दी होगा, प्रारंभिक आयाम उतना ही अधिक होगा p0। बहुत अधिक मूल्यों पर, तरंग की क्षय दर प्रारंभिक संकेत p0 के मान पर निर्भर नहीं करती है। यह प्रक्रिया तब तक जारी रहती है जब तक तरंग का क्षय नहीं हो जाता और अरैखिक प्रभाव समाप्त नहीं हो जाता। उसके बाद, यह एक गैर-रेखीय मोड में विचलन करेगा। आगे क्षीणन रैखिक ध्वनिकी के नियमों के अनुसार होता है, अर्थात, यह बहुत कमजोर है और प्रारंभिक विक्षोभ के परिमाण पर निर्भर नहीं करता है।
फिर कई उद्योगों में अल्ट्रासाउंड का सफलतापूर्वक उपयोग कैसे किया जाता है: उन्हें ड्रिल किया जाता है, साफ किया जाता है, आदि। इन जोड़तोड़ के साथ, एमिटर से दूरी छोटी होती है, इसलिए नॉनलाइनियर क्षीणन को अभी तक गति प्राप्त करने का समय नहीं मिला है।
शॉक वेव्स का बाधाओं पर इतना गहरा प्रभाव क्यों पड़ता है? यह ज्ञात है कि विस्फोट काफी दूर स्थित संरचनाओं को नष्ट कर सकते हैं। लेकिन शॉक वेव गैर-रैखिक है, इसलिए क्षय दर कमजोर तरंगों की तुलना में अधिक होनी चाहिए।
लब्बोलुआब यह है: एक एकल संकेत आवधिक की तरह कार्य नहीं करता है। इसका शिखर मूल्य स्रोत से दूरी के साथ घटता जाता है। तरंग के आयाम को बढ़ाकर (उदाहरण के लिए, विस्फोट की ताकत), एक निश्चित (भले ही छोटी) दूरी पर बाधा पर बड़े दबाव को प्राप्त करना संभव है और इस तरह इसे नष्ट कर देता है।
