Ультразвуком принято называть звуковые волны, распространяющиеся в жидких и газообразных средах, а также в твердых телах и имеющие частоту колебаний, превышающую 20 кГц, то есть ту, которую может воспринимать человеческое ухо. При этом для упругих колебаний с частотой, превышающей 109 герц, придумано свое название — гиперзвук.
Интересно, что ультразвуковые волны нашли свое применение и в медицине. А ультразвук с интенсивностью около 100 мВт/см2 с успехом используют в дефектоскопии для проведения неразрушающего контроля, например, даже таких изделий, как:
- крупные отливки;
- рельсы;
- прокатная продукция металлургических предприятий и др.
Быстро развивается и такое направление дефектоскопии, как «акустическая эмиссия», при которой к образцу прикладываются механические напряжения, в результате чего он начинает «потрескивать». Это происходит потому, что в испытуемом твердом теле возникает движение дислокаций, становящихся источником акустических импульсов, имеющих в своем спектре ультразвуковые колебания.
Акустическая эмиссия — это современная технология обнаружения в материалах скрытых трещин, позволяющая определять их местоположение и следить за их развитием. Она применяется для определения качества деталей ответственных конструкций.
Также ультразвук применяется в «звуковидении», когда ультразвуковые упругие волны выполняют функцию волн световых, позволяя видеть даже в абсолютно непрозрачной для светового излучения среде.
Звуковые колебания используют и в ультразвуковом микроскопе. Этот прибор похож на обычный оптический микроскоп, но имеет перед ним определенное преимущество, так как позволяет проводить исследование биологических объектов без предварительного их окрашивания.
С развитием голографии стало возможным также (благодаря использованию ультразвука) получение и звуковых голографических изображений. Ультразвук большой мощности также используют для влияния на ход некоторых технологических процессов и при обработке изделий.
Последнее время нашло применение во многих отраслях деятельности человека и такое нелинейное явление, как кавитация, возникающая в случае распространения ультразвука большой интенсивности в жидкой среде. Суть указанного явления состоит в образовании под действием энергии звуковых колебаний в жидкости пузырьков пара и последующем их схлопывании, сопровождающимся появлением гидравлических ударов и шума.
При резком исчезновении пузырьков пара возникают локальные ударные воздействия давлением, достигающим иногда тысяч атмосфер. Кавитация позволяет очищать загрязненные поверхности, готовить эмульсии. Она также используется и военными, которые разработали, так называемые «сверхкавитационные торпеды». При движении этих аппаратов они обволакиваются большими «кавитационными пузырями», уменьшающими трение поверхности торпеды о воду и обеспечивающими увеличение скорости снаряда по сравнению с обыкновенными образцами этого подводного оружия.
Ультразвуковые колебания используются и в гидроакустике (в гидролокаторах и эхолотах), благодаря тому, что упругие волны хорошо распространятся в воде.
Но для того, чтобы получить пользу от ультразвука, его нужно уметь самостоятельно создавать. Устройства, позволяющие осуществлять генерацию ультразвуковых колебаний, могут быть двух видов:
- Излучатели-генераторы. В них ультразвуковые колебания возбуждаются при наличии препятствий, мешающих равномерному потоку струи жидкости/газа.
- Электроакустические преобразователи. В этих устройствах происходит превращение изменений электрических сигналов в механические колебания, за счет чего и появляются звуковые волны, распространяющиеся от колеблющегося твердого тела.
Предельная интенсивность излучаемых ультразвуковых волн зависит как от прочности и нелинейности характеристик материала самих излучателей, так и от особенностей их применения.
В природе ультразвук могут испускать многие животные (начиная от мелких насекомых и до летучих мышей и дельфинов), а слышать его способно еще большее количество живых организмов, в том числе и собаки.