§ 160. Ультразвук

и его применение

По своей природе ультразвук представля-

ет собой упругие волны, и в этом он не

отличается от звука (см. § 158). Однако

ультразвук, обладая высокими частотами

(v>20kFu) и, следовательно, малыми

длинами волн, характеризуется особыми

свойствами, что позволяет выделить его

в отдельный класс явлений. Из-за малых

длин волн ультразвуковые волны, как

и свет, могут быть получены в виде строго

направленных пучков.

Для генерации ультразвука использу-

ются в основном два явления.

Обратный пьезоэлектрический эффект

(см. также §91) —это возникновение де-

формации в вырезанной определенным об-

разом кварцевой пластинке (в последнее

время вместо кварца применяется титанат

бария) под действием электрического по-

ля. Если такую пластинку поместить в вы-

сокочастотное переменное поле, то можно

вызвать ее вынужденные колебания. При

резонансе на собственной частоте

пластинки получают большие амплитуды

колебаний и, следовательно, большие ин-

тенсивности излучаемой ультразвуковой

волны. Идея кварцевого ультразвукового

генератора принадлежит французскому

физику П. Ланжевену A872—1946).

Магнитострикция — это возникнове-

ние деформации в ферромагнетиках под

действием магнитного поля. Поместив

ферромагнитный стержень (например, из

никеля или железа) в быстропеременное

магнитное поле, возбуждают его механи-

ческие колебания, амплитуда колебаний

которых максимальна в случае резонанса.

Ультразвуки широко используются

в технике, например для направленной

подводной сигнализации, обнаружения

подводных предметов и определения глу-

бин (гидролокатор, эхолот). Например,

в эхолоте от пьезокварцевого генератора,

укрепленного на судне, посылаются на-

правленные ультразвуковые сигналы, ко-

торые, достигнув дна, отражаются от него

и возвращаются обратно. Зная скорость

их распространения в воде и определяя

время прохождения (от подачи до воз-

вращения) ультразвукового сигнала, мож-

но вычислить глубину. Прием эха также

производится с помощью пьезокварца.

Звуковые колебания, дойдя до пьезоквар-

ца, вызывают в нем упругие колебания,

в результате чего на противоположных

поверхностях кварца возникают электри-

ческие заряды, которые измеряются.

Если пропускать ультразвуковой сиг-

нал через исследуемую деталь, то N. >жно

обнаружить в ней дефекты по характерно-

му рассеянию пучка и по появлению уль-

тразвуковой тени. На этом принципе со-

здана целая отрасль техники—ультра-

звуковая дефектоскопия, начало кото-

рой положено С. Я. Соколовым A897—

1957). Применение ультразвука легло

также в основу новой области акустики —

акустоэлектроники, позволяющей на ее

основе разрабатывать приборы для обра-

ботки сигнальной информации в микрора-

диоэлектронике.

Ультразвук применяют для воздейст-

вия на различные процессы (кристаллиза-

цию, диффузию, тепло- и массообмен в ме-

таллургии и т. д.) и биологические объек-

ты (повышение интенсивности процессов

обмена и т.д.), для изучения физических

свойств веществ (поглощения, структуры

вещества и т.д.). Ультразвук использует-

ся также для механической обработки

очень твердых и очень хрупких тел, в ме-

дицине (диагностика, ультразвуковая хи-

рургия, микромассаж тканей) и т. д.

Контрольные вопросы

• Как объяснить распространение колебаний в упругой среде? Что такое волна?

• Что называется поперечной волной? продольной? Когда они возникают?

• Что такое волновой фронт? волновая поверхность?