ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 02 - Валерий Иванович Гуляев Страница 42

Если на морях, реках, водоемах ультразвук нужен для «приглашения» рыб в нужные места, то в воздухе его применили с обратной целью — для отпугивания пернатых. Известны многочисленные случаи авиационных катастроф, причиной которых были птицы. Английские конструкторы изобрели специальные ультразвуковое «пугало», предназначенное для отпугивания птиц от летящих самолетов. «Пугало» представляет собой ультразвуковую сирену, которая излучает по направлению полета самолета ультразвуковые сигналы, напоминающие звуки пернатых хищников. Как уже говорилось, этот же принцип — отпугивание — использован на сельскохозяйственных полях для избавления от вредных насекомых.

Оригинальное применение ультразвуку нашла одна из немецких компаний, сделав ультразвуковое устройство для открывания и закрывания водопроводного крана. Эта новинка предназначена для медицинских учреждений, поскольку позволяет врачам не прикасаться рукой к водопроводному крану, обеспечивая тем самым максимальную стерильность. Устройство состоит из ультразвукового передатчика, приемника, усилителя, термостата и магнитного клапана для пуска и остановки воды. Монтируется оно на стене в специальном блоке. Передатчик посылает направленный сигнал с определенной частотой. Чувствительность у приемника такая, что реагирует он только на сигнал, отраженный от предмета, который находится в нескольких сантиметрах под краном.

Металлообработчикам хорошо известно, сколько неприятностей вызывает, на первый взгляд, незначительное обстоятельства: нагревшаяся при обработке деталь несколько расширяется. В производстве, где точность измеряется микронами, приходится снимать деталь со станка и ждать, пока она остынет, чтобы ее температура была одинаковой с температурой измерительного инструмента, ибо измерение детали в горячем состоянии может привести к ошибкам. Теперь рабочему не нужно снимать деталь со станка, достаточно лишь взять специальную ультразвуковую линейку и измерить ею деталь прямо на станке. Устройство линейки следующее. Обычный кристалл кварца (пьезоэлектрик) излучает ультразвуковые колебания в прозрачный волновод из оргстекла. Туда же направляется и световой поток. Ультразвуковые волны нарушают однородность светового потока, создавая в нем участки разной плотности. Каждые 0,2 мм плотный участок чередуется с разряженным. Это и есть шкала линейки. Изменяя частоту колебаний, излучаемых пьезоэлектриком, можно увеличивать или уменьшать длину плотных и разреженных участков, меняя тем самым цену деления линейки в пределах 5–10 %.

Необычную контрольную функцию придумали ультразвуку наши изобретатели. Разработан и серийно производится ультразвуковой индикатор течи, который позволяет обнаружить неплотности в отсеках судов, самолетов, в трубопроводах и любых других замкнутых объемах, где необходимо поддерживать герметичность. Обладая высокой чувствительностью, он может выявлять неплотность размером 0,1 мм с расстояния 0,5 м и менее при избыточном давлении газа внутри объема 49 000 Па и более. В качестве индикатора используются головные телефоны.

Ультразвук как контролер пришел на помощь и работникам культуры. Бронзовая статуя императора Марка Аврелия — ценнейший памятник древнеримской эпохи. С первой половины XVI в. она украшала главную площадь Рима на Капитолийском холме. В 1981 г. статую увезли в Центральный институт реставрации. Марк Аврелий, как объяснили специалисты, нуждался в срочном «лечении». Ультразвуковые обследования подтвердили, что памятник «отравлен» кислотными дождями и выхлопными газами. Поэтому он подлежит длительной реставрации, а вместо него временно установлена копия.

Еще один случай, связанный с памятниками культуры, в данном случае Древней Руси. Те, кто побывал в Московском Кремле, видели двухсоттонный Царь-колокол. Он был отлит в 1737 г. для самой высокой колокольни в Москве, названной Иваном Великим. При подготовке к подъему возник пожар. Чтобы колокол не расплавился, его стали поливать водой. Не выдержав резкого охлаждения, бронзовая отливка треснула, от нее отвалился одиннадцатитонный кусок, который по сей день так и лежит рядом.

Ученые через два с половиной столетия решили обследовать колокол и применили новый метод акустической эмиссии. Дело в том, что даже самая маленькая трещина, возникающая, скажем, при отрыве друг от друга двух молекул, сопровождается треском. Оказывается, воспользовавшись одновременно несколькими звукодатчиками, можно определить точное место, откуда пришел звук. Более того, этот метод позволяет вести постоянный контроль не только за отливками, но и, например, за качеством и состоянием баков ракет, выводящих на орбиту корабли многоразового пользования.

Что же удалось установить? Оказалось, в колоколе есть десяток трещин. Но главное, что они «законсервировались» и не развиваются, т. е. в ближайшее время Царь-колоколу ничего не грозит. Однако для того, чтобы застраховаться на все случаи жизни, система контроля по «акустической эмиссии» была установлена для постоянного пользования. Это позволило ученым скорректировать версию. Тонкий анализ сплава, из которого отлит колокол, показал, что вовсе не из-за поливания его водой он треснул. Оказывается, достаточно было просто нагреть его с одной стороны не докрасна, а лишь на сотню-другую градусов, как внутренние напряжения, оставшиеся после охлаждения отливки, разорвали колокол, т. е. он треснул еще до того, как на него стали лить воду.

Еще одна новинка. В Парижской Академии наук с помощью приспособления, основанного на магнитострикционном эффекте, получили ультразвук очень высокой интенсивности с частотой 20 кГц. Используя энергию, передаваемую механическими колебаниями воздуха, удалось поднять предметы, весящие до 500 г. Конечно, эти предметы не летают, они только приподнимаются на 0,1 мм над излучателем ультразвука. Однако это явление может найти важное применение. Используя это свойство, можно, например, изготовить ротационные подшипники, почти совершенно не имеющие трения.

Мы уже привыкли к тому, что стали говорить «неслышимый звук», а есть ли «светящийся звук»? Слово «люминесценция» часто применяется с приставкой «фото», «электро», «хемо», которые указывают на причину свечения. Теперь появилась еще одна приставка — «соно». Мы знаем, что ультразвук вызывает кавитацию. Так вот, если ультразвуковое излучение, проходящее через жидкость, будет иметь большую интенсивность, то в жидкости появятся газовые пузырьки с температурой до 10 тысяч градусов, а в таких условиях газ светится. Свет, исходящий от мельчайших пузырьков, воспринимается как свечение самой жидкости. Это совершенно новое явление. Оно еще не вышло за пределы лабораторий. Но, возможно, что со временем найдет применение в технике.

Радуга, рожденная ультразвуком, — это не фантазия. Если к кварцевой пластинке подвести переменное напряжение ультразвуковой частоты и пропустить через нее свет, то на экране появится красочное изображение. При возбуждении в кварце ультразвуковых волн он в одних местах окажется сжатым, а в других растянутым. Кубик как бы разделится на чередующиеся между собой слои с увеличенной и уменьшенной плотностью. Толщина этих слоев — десятые доли миллиметра. Пройдя через такой «слоеный» кубик, пучок параллельных световых лучей разделится на несколько пучков, идущих по различным направлениям. Световые лучи, отклоненные под разными углами, будут собраны линзой в разных местах экрана, и