mvaly"). |to
primery avtokolebanij vihrevogo haraktera, no produktom vozdejstviya
postoyannogo vozmushchayushchego faktora mogut byt' i avtokolebaniya strogo
periodicheskogo haraktera, odno- ili mnogotonal'nye.
Znamenityj moreplavatel' F. CHichester ukazyvaet, chto "revushchie sorokovye"
imenuyutsya tak ne za shum razbivayushchihsya voln, a imenno za rev i voj vetra v
snastyah sudov. CHichesteru vo vremya "odinochnoj krugosvetki" prishlos' izuchat'
yazyk svoego sudna. "Kazhdyj vzdoh, tresk ili grohot chto-to oznachal; dazhe
kazhdyj ottenok zavyvaniya vetra v grotshtage imel svoj smysl". So vremenem
CHichester smog po zvukam vpolne tochno opredelyat' skorost' i napravlenie
vetra.
V velikolepnoj monografii U. Bregga "Mir sveta, mir zvuka" (k
sozhaleniyu, sejchas podobnye kapital'nye nauchno-populyarnye knigi vse bol'she
vytesnyayutsya broshyurkami-odnodnevkami) imeetsya glava "Zvuki derevni". Zdes'
chto ni zvuk, to avtokolebaniya. Strekotanie kuznechikov i cikad, zhurchanie
ruch'ya, mychanie i bleyanie zhivotnyh, zvuki, izdavaemye domashnimi i dikimi
pticami.
A golos cheloveka? Razve eto ne vazhnejshij (po krajnej mere, dlya nego
samogo) avtokolebatel'nyj process? V osnove ego nahoditsya dvizhenie
postoyannogo potoka vozduha iz legkih, moduliruemogo kolebaniyami golosovyh
svyazok. Tonchajshie fioritury modnogo koloraturnogo soprano iz stolichnogo
opernogo teatra i grubyj rev byka s tochki zreniya fiziki zvukoobrazovaniya
sovershenno identichny.
Upomyanem o prirodnyh avtokolebaniyah neskol'ko ekzoticheskogo svojstva.
Poyushchie peski... Eshche v XIV veke velikij puteshestvennik Marko Polo upominal o
"zvuchashchih beregah" tainstvennogo ozera Lob-Nor v Azii. Za shest' vekov poyushchie
peski byli obnaruzheny v razlichnyh mestah vseh kontinentov. U mestnogo
naseleniya oni v bol'shinstve sluchaev vyzyvayut strah, yavlyayutsya predmetom
legend i predanij. "Kogda bogi smeyutsya, beregis'!" -- predosteregayushche
kriknul starik. On nachertil pal'cem krug na peske i, poka on chertil, pesok
vyl i vizzhal; zatem starik opustilsya na koleni -- pesok vzrevel i zatrubil",
-- tak opisyvaet Dzhek London vstrechu s poyushchimi peskami personazhej romana
"Serdca treh", otpravivshihsya s provodnikom na poiski sokrovishch drevnih majya.
Est' poyushchie peski i dazhe celaya poyushchaya peschanaya gora i u nas v strane.
Nepodaleku ot reki Ili v Kazahstane podnyalas' pochti na 300 metrov gora
Kalkan-- gigantskij prirodnyj organ. Pri vetre i dazhe pri spuske s nee
cheloveka gora izdaet melodichnye zvuki. Posle dozhdya i vo vremya shtilya gora
bezmolvstvuet...
Da, mnogo vekov proshlo so vremeni obnaruzheniya poyushchih peskov, a
udovletvoritel'nogo ob®yasneniya etomu porazitel'nomu fenomenu ne bylo
predlozheno. V poslednie gody za delo prinyalis' anglijskie akustiki, a takzhe
sovetskij uchenyj V. I. Arabadzhi. |togo specialista, po-vidimomu, vsegda
vlekli k sebe neobychnye akusticheskie yavleniya v prirode. Raskryvaya ocherednoj
nomer Akusticheskogo zhurnala AN SSSR i vidya v oglavlenii familiyu Arabadzhi,
mozhno zaranee skazat', chto rech' pojdet ob analize shuma groma, tajfunov ili
vodopadov, zvukov v peshcherah i podzemnyh galereyah. Doshla ochered' i do poyushchih
peskov. Arabadzhi predpolozhil, chto izluchayushchij zvuk verhnij sloj peska
dvizhetsya pri kakom-libo postoyannom vozmushchenii po nizhnemu, bolee tverdomu
sloyu, imeyushchemu volnistyj profil' poverhnosti. Vsledstvie sil treniya pri
vzaimnom peremeshchenii sloev i vozbuzhdaetsya zvuk. Primerno tak zhe ob®yasnyayut
generaciyu zvuka dvizhushchimisya peskami nekotorye inostrannye uchenye.
Esli est' "zvuki zemli", to pochemu by ne byt' golosu morya? Imenno etim
imenem byli narecheny V. V. SHulejkinym infrazvukovye kolebaniya, voznikayushchie
pri dvizhenii vetra nad grebnyami morskih voln. Akademik SHulejkin ne tol'ko
otkryl eto yavlenie, no i predlozhil ispol'zovat' ego dlya prognozirovaniya
shtormov s pomoshch'yu special'nyh sharov-zondov, razmeshchaemyh na morskih beregah.
Mnogochislenny i mnogoobrazny sozdaniya ruk chelovecheskih, v kotoryh
voznikayut i ispol'zuyutsya avtokolebaniya. Prezhde vsego, eto razlichnye
muzykal'nye instrumenty. Uzhe v glubokoj drevnosti -- roga i rozhki, dudki,
svistul'ki, primitivnye flejty. Pozzhe -- skripki, v kotoryh dlya vozbuzhdeniya
zvuka ispol'zuetsya sila treniya mezhdu smychkom i strunoj; razlichnye duhovye;
garmonii, v kotoryh zvuk proizvodyat metallicheskie yazychki, koleblyushchiesya pod
dejstviem postoyannogo potoka vozduha; organy, iz trub kotoryh vyryvayutsya
cherez uzkie shcheli rezoniruyushchie stolby vozduha.
U kogo iz arhitektorov dalekogo proshlogo voznikla mysl' sozdat'
gigantskij organ, zvuchashchij pod vozdejstviem estestvennyh potokov vozduha? Da
k tomu zhe sovmestit' ego s velichestvennym izvayaniem odnogo iz faraonov,
pravivshego v XIV veke do nashej ery? Kto by eto ni byl, prihoditsya udivlyat'sya
intuicii tvorca etogo pamyatnika i prakticheskim predstavleniyam ego v oblasti
akustiki.
Pora udovletvorit' zakonnyj interes chitatelya. Konechno zhe, rech' idet o
znamenitom "memnonskom kolosse", gigantskom zvuchashchem izvayanii, ustanovlennom
vblizi egipetskogo goroda Luksora. Vysota statui okolo 20 metrov, massa
dostigaet tysyachi tonn. V nizhnej chasti kolossa obnaruzhen ryad shchelej i
otverstij s raspolozhennymi za nimi kamerami slozhnoj formy.
Akustik iz FRG O. Bshorr v techenie goda vel nablyudeniya za zvukami,
izdavaemymi statuej, zapisyval ih na magnitofon i podvergal spektral'nomu
analizu. Vystuplenie ego na tokijskom Mezhdunarodnom kongresse po akustike
posluzhilo lishnim dokazatel'stvom togo, naskol'ko nespravedlivo bytuyushchee
inogda mnenie ob uchenyh, kak o suhih, cherstvyh lyudyah, kotorym chuzhdo vse
chelovecheskoe. Kogda nastupilo vremya doklada Bshorra o memnonskom kolosse, to
v auditorii poistine yabloku negde bylo upast'. V sosednih zhe auditoriyah, gde
zasedali drugie sekcii kongressa, bylo pustovato.
Dokladchik nachal s soobshcheniya o tom, chto bolee chem v sta grecheskih i
latinskih dokumentah raznyh vremen upominaetsya penie kolossa. Odin iz
avtorov dokumentov (Strabon) ukazyvaet, chto statuya imitiruet golos cheloveka.
Posle restavracii pamyatnika imperatorom Septimiem Severom v 199 godu n.e.
eta sposobnost' byla utrachena pamyatnikom.
CHto zhe pokazali regulyarnye nablyudeniya? Letom statuya zvuchit posle 5
chasov utra, zimoj -- posle 7 chasov. Zvuk melodichnyj, prodolzhaetsya 1--2 chasa.
Nesomnenno, chto on vyzyvaetsya voshodyashchimi potokami vozduha, nagrevaemogo
utrennim solncem. Odnako ustanovit' tochnuyu fizicheskuyu kartinu
zvukoobrazovaniya ne udalos'. Bylo vyskazano bolee desyati razlichnyh
predpolozhenij na etot schet, kak to: vetrovoj effekt, eolova arfa, kolebaniya
rezonatorov Gel'mgol'ca, effekt Trevel'yana (kolebaniya pri soprikosnovenii s
nagretoj poverhnost'yu) i t. p. Ves'ma veroyatno odnovremennoe dejstvie
neskol'kih mehanizmov vozniknoveniya "peniya".
Sleduet, takim obrazom, konstatirovat', chto vzyataya na sebya Bshorrom
missiya po izucheniyu poyushchego kolossa ne uvenchalas' polnym uspehom, i eto
original'nejshee tvorenie masterov dalekogo proshlogo eshche zhdet svoih
issledovatelej.
Perejdem, odnako, ot unikal'nyh pamyatnikov stariny k nauchno-tehnicheskim
tvoreniyam sovremennosti. Ispol'zuya avtokolebatel'nye sistemy i principy,
udalos' sozdat' mnogo nuzhnyh mashin, priborov, ustrojstv. V razrabotannyh
chelovekom ustrojstvah osobenno otchetlivo vydelyayutsya tri elementa neobhodimyh
dlya osushchestvleniya avtokolebatel'nogo processa. |to -- istochnik postoyannoj
energii, sobstvenno avtokolebatel'naya sistema i tot ili inoj regulyator
postupleniya energii v sistemu.
Voz'mem, naprimer, parovuyu mashinu. Istochnik energii zdes' -- parovoj
kotel, regulyator postupleniya energii v dvizhushchijsya mehanizm -- zolotnik, a
sama avtokolebatel'naya ispolnitel'naya sistema -- dvizhushchijsya v cilindre
porshen', svyazannyj s kolesami lokomotiva s pomoshch'yu shtoka, shatuna i
krivoshipa.
V obychnyh chasah istochnikom potencial'noj energii sluzhat zavedennaya
pruzhina ili podnyatye giri, a raspredelitelem -- ankernyj mehanizm, kotoryj
privodit v periodicheskoe dvizhenie mayatnik i zubchatye kolesa, svyazannye so
strelkami. Raznoobraznye pnevmaticheskie instrumenty, sirena, elektronnye
generatory i mnogie, mnogie drugie avtokolebatel'nye sistemy takzhe ispravno
sluzhat lyudyam.
No dovol'no chasto, k sozhaleniyu, voznikayut i nezhelatel'nye
avtokolebaniya, privodyashchie k povrezhdeniyu i dazhe razrusheniyu sooruzhenij i
ustrojstv, a inogda i k gibeli lyudej. V sravnitel'no nedalekom proshlom
izvestny sluchai, kogda obrushivalis' ot kolebanij nepravil'no rasschitannye
mosty pri sil'nyh vetrah i uraganah. Dlya predotvrashcheniya razrusheniya vysokih
metallicheskih trub, nahodyashchihsya v vetroopasnyh mestah, byl predlozhen
ostroumnyj priem, zaklyuchayushchijsya v navarke na naruzhnoj poverhnosti trub po
pologoj vintovoj linii sravnitel'no tonkih nevysokih reber. |ti rebra, uvodya
obtekayushchij trubu gorizontal'nyj vetrovoj potok vverh, prepyatstvovali
vozniknoveniyu za truboj pagubnyh dlya nee moshchnyh vihrej.
Bol'shuyu opasnost' v kotel'nyh ustanovkah (v tom chisle sudovyh)
predstavlyayut avtokolebaniya trubok pod vozdejstviem postoyannyh potokov vody
ili para. Izmeneniem konstrukcii trubok, uvelicheniem rasstoyaniya mezhdu nimi
dlya predotvrashcheniya ih soudarenij udaetsya v bol'shinstve sluchaev zashchitit'
kotly ot vyhoda iz stroya.
Dva vida avtokolebatel'nyh processov voshli kak pechal'noj pamyati yavleniya
v istoriyu samoletostroeniya i vozduhoplavaniya. Pervoe iz nih imeet
professional'noe nazvanie flatter. |tomu avtokolebaniyu podverzheny ploskosti
samoleta i ego hvostovoe operenie. Samo nazvanie (angl. flutter --
trepetanie) ukazyvaet na harakter yavleniya. Ono srodni kolebaniyam list'ev
derev'ev na vetru (vspomnite, kak trepeshchut na svoih podatlivyh cherenkah
list'ya osiny). O sorvavshihsya s dereva list'yah nikto pechalit'sya ne stanet, na
samolete zhe flatter bukval'no za neskol'ko sekund mozhet privesti k
razrusheniyu ploskostej ili opereniya i svyazannym s etim strashnym posledstviyam.
V nastoyashchee vremya dostatochno slozhnyj mehanizm flattera polnost'yu vyyasnen, i
chasti samoletov rasschityvayutsya tak, chtoby eto opasnejshee yavlenie ne moglo
vozniknut'.
Drugim opasnym kolebaniem yavilos' shimmi -- vilyayushchie dvizheniya kolesa
shassi (preimushchestvenno perednego) pri posadke samoleta, mogushchie vyzvat' ego
avariyu. Kak izvestno, shimmi byl modnym tancem 20-h godov; vozmozhno, eto
nazvanie bylo ispol'zovano aviatorami potomu, chto vilyayushchee dvizhenie kolesa v
plane neskol'ko napominalo dvizhenie nog u ispolnyayushchih tanec. Teoriya shimmi
byla dana M. V. Keldyshem. Vvedenie v samoletnye shassi dempferov i dobavochnyh
sharnirov pozvolilo isklyuchit' avarii i vsledstvie shimmi.
Rol' vilyayushchih kolebatel'nyh dvizhenij v tehnike voobshche ne tak mala, kak
mozhet kazat'sya. Pri buksirovke plavuchih emkostej s opredelennoj skorost'yu
mogut vozniknut' vilyayushchie avtokolebaniya, privodyashchie k otryvu buksirnyh
trosov i dazhe k povrezhdeniyu samih emkostej.
Sudovoditeli, vpervye obnaruzhivshie eto yavlenie, po-vidimomu, ne znali,
chto Relej predskazal vozmozhnost' takih kolebanij eshche v konce proshlogo veka
na osnovanii rezul'tatov ves'ma izyashchnogo opyta. Za otsutstviem ustrojstv,
soobshchayushchih zhidkosti pryamolinejnoe dvizhenie, im byl ispol'zovan napolnennyj
vodoj sosud otnositel'no bol'shogo diametra, vrashchaemyj vokrug vertikal'noj
osi. Kogda u stenok sosuda, gde skorost' dvizheniya zhidkosti naibol'shaya, v
vodu byl opushchen gruz mayatnika, to pomimo estestvennogo postoyannogo
otkloneniya po techeniyu zhidkosti on nachal sovershat' takzhe kolebatel'nye
dvizheniya v perpendikulyarnom napravlenii. Itak, my kosnulis' avtokolebanij
priyatnyh (nekotorye muzykal'nye zvuki), avtokolebanij poleznyh (sostavlyayushchih
osnovu ustrojstva nekotoryh mashin i priborov), nakonec, avtokolebanij
opasnyh. Est' takzhe avtokolebaniya, pust' ne osobenno opasnye, no v
dostatochnoj stepeni razdrazhayushchie. Komu iz nas ne prihodilos' voevat' uzhe ne
s poyushchimi, a s vorchashchimi, rychashchimi, stonushchimi trubami v vannoj? A skripy
ploho smazannyh petel', dvernyh stvorok, kasayushchihsya pola? Vprochem, ne vsegda
i ne vseh eti zvuki razdrazhali. V povesti Gogolya "Starosvetskie pomeshchiki"
est' stroki, svidetel'stvuyushchie, chto podobnye avtokolebaniya mogli i umilyat':
"No samoe zamechatel'noe v dome -- byli poyushchie dveri. Kak tol'ko nastavalo
utro, penie dverej razdavalos' po vsemu domu. YA ne mogu skazat', otchego oni
peli: pererzhavevshie li petli byli tomu vinoyu, ili sam mehanik, delavshij ih,
skryl v nih kakoj-nibud' sekret; no zamechatel'no to, chto kazhdaya dver' imela
svoj osobennyj golos: dver', vedushchaya v spal'nyu, pela samym tonen'kim
diskantom; dver' v stolovuyu hripela basom; no ta, kotoraya byla v senyah,
izdavala kakoj-to strannyj drebezzhashchij i vmeste stonushchij zvuk, tak chto,
vslushivayas' v nego, ochen' yasno, nakonec, slyshalos': batyushki, ya zyabnu!"
I dalee Gogol' pishet:
"YA znayu, chto mnogim ochen' ne nravitsya sej zvuk; no ya ego ochen' lyublyu, i
esli mne sluchitsya inogda zdes' uslyshat' skryp dverej... bozhe, kakaya dlinnaya
navevaetsya mne togda verenica vospominanij!" Interesno, chto skazal by Gogol'
ili ego milye starichki, esli by ryadom s nimi razdalsya skrip, vernee,
strashnyj vizg tormozov sovremennogo avtomobilya? Edva li hot' kogda-nibud' i
u kogo-nibud' eti zvuki nashih dnej smogli by vyzvat' milye vospominaniya...
POBEDNOE SHESTVIE ULXTRAZVUKA
Sokolov namnogo obognal svoe vremya...
G. CHedd. Zvuk
Avtor dolzhen predupredit' chitatelya, chto, nesmotrya na zhizneutverzhdayushchij
ton zagolovka, v povestvovanii ob ul'trazvuke budet i doza lamentacij. No
snachala nekotorye vospominaniya dovol'no davnih let. Tema ih takzhe,
estestvenno, svyazana s nazvaniem. K tomu zhe oni radostny, kak vsyakie
vospominaniya ("chto projdet, to budet milo" -- A. S. Pushkin).
Itak, maj 1938 goda. Nash uchitel', professor Leningradskogo
elektrotehnicheskogo instituta S.YA.Sokolov, vhodit v auditoriyu.
-- CHto-to vas malo segodnya. YAsno, do sessii eshche daleko, a pogoda
horoshaya. Pojdem i my pogulyaem.
Gruppa studentov prohodit so svoim prepodavatelem mimo pervoj v strane
laboratorii elektroakustiki, razmeshchayushchejsya v staroj cerkvi. Za nej -- park,
tyanushchijsya do odnogo iz rukavov Nevy.
Sokolov obrashchaetsya k studentam:
-- Hochu pogovorit' segodnya s vami o perspektivah primeneniya
ul'trazvuka. Sejchas v nih malo kto verit, a oni budut gigantskimi i vy eshche
sami ubedites' v etom. Kstati, neskol'ko let nazad na etih vot derev'yah,
osen'yu, kogda vetvi byli bez list'ev, ya razvesil vosem'sot metrov stal'noj
provoloki i ubedilsya, chto zatuhanie zvuka, v tom chisle i ul'trazvukovoj
chastoty, v metallah nichtozhno.
-- Vy znaete ob uspehah nashej laboratorii v ul'trazvukovoj
defektoskopii metallov, -- prodolzhal Sergej YAkovlevich. -- Tak vot,
ul'trazvuk budet "prosvechivat'" i telo cheloveka, prichem v otlichie ot
rentgenovskih luchej eto sovershenno bezvredno. S pomoshch'yu ul'trazvuka my uzhe
delali emul'siyu rtuti s maslom i vodoj. Esli moshchnost' zvukoizlucheniya
dostatochna, mozhno emul'girovat' prakticheski lyubye komponenty. No i eto
daleko ne vse. Probovali na metallurgicheskom zavode obluchat' ul'trazvukom
rasplavlennyj metall. Zernistost' ego umen'shaetsya vo mnogo raz. Mozhno
poluchat' splavy s vysokoj stepen'yu odnorodnosti struktury. Mozhno primenyat'
ul'trazvuk i dlya ochistki izdelij, dlya soedineniya metallov drug s drugom. A
vliyanie ul'trazvuka na himicheskie reakcii? Ved' eto poistine bezgranichnaya
oblast'.
-- Sergej YAkovlevich, a gde vse eto opisano? -- sprashivaet kto-to iz
nas.
-- Publikuem ponemnogu rezul'taty v zhurnalah. No myslej stol'ko, chto ne
uspevaem vse opisyvat'. V obshchem, primeneniya ul'trazvuka budut chrezvychajno
mnogoobrazny, i ochen' vazhno sozdat' elektronno-akusticheskij preobrazovatel',
delayushchij vidimym lyuboe ul'trazvukovoe izobrazhenie. Sejchas nasha kafedra
sovsem blizka k sozdaniyu takogo preobrazovatelya. (On vskore i byl sozdan S.
YA. Sokolovym -- I. K.)
Proshlo chetyre desyatiletiya. Prosmatrivayu tol'ko chto vyshedshie knigi po
primeneniyu ul'trazvuka: "Ul'trazvukovaya tehnologiya", 1974; "Primenenie
ul'trazvuka v promyshlennosti", 1975. Konechno, tehnika znachitel'no
usovershenstvovalas', vskryty mnogie novye zakonomernosti, no nekotorye iz
osnovnyh napravlenij v primenenii ul'trazvuka vse te zhe, o kotoryh my
slyshali v dovoennye studencheskie gody. Mozhet byt', v etih kollektivnyh
monografiyah upomyanuto hotya by vskol'z' imya osnovatelya sovetskoj (i, po
sushchestvu, mirovoj) ul'traakustiki, predvoshitivshego mnogie primeneniya
ul'trazvuka? Net, v etih otechestvennyh izdaniyah (v otlichie ot nekotoryh
inostrannyh rabot) naprasno bylo by iskat' imena lyudej, stoyavshih u istokov
ul'traakustiki...
Perechislim nekotorye uspeshnye sovremennye tehnologicheskie primeneniya
ul'trazvuka. Obluchenie ul'trazvukom rasplavlennyh metallov i splavov
pozvolyaet poluchit' bolee odnorodnuyu melkokristallicheskuyu ih strukturu. |to
vidno hotya by iz privodimogo risunka, vzyatogo iz upomyanutoj knigi
"Primenenie ul'trazvuka v promyshlennosti" (sushche-
Vliyanie ul'trazvuka na strukturu chuguna. Sleva --obrazen, ne
podvergavshijsya dejstviyu ul'trazvuka; sprava -- obrazec, obrabotannyj
ul'trazvukom vo vremya kristallizacii.
Ul'trazvukovaya svarka pod davleniem. Mikrostrukturnyj analiz
pokazyvaet, chto styk sherohovatyh poverhnostej (risunok sleva) uzhe cherez 0,1
sekundy posle vozdejstviya ul'trazvuka (gorizontal'nye strelki) priobretaet
gladkuyu strukturu.
stvuyut podobnye zhe fotografii, poluchennye eshche S. YA. Sokolovym, no,
razumeetsya, novye dannye vsegda bolee ubeditel'ny). Obluchenie ul'trazvukom
rasplavlennyh metallov sodejstvuet udaleniyu iz nih gazov, chto v konechnom
itoge takzhe uluchshaet kachestvo metalla, obespechivaet otsutstvie v nem
usadochnyh rakovin. Na simpoziume po ul'trazvuku v Dyussel'dorfe v 1973 godu
uchenye iz FRG soobshchili, chto imi razrabotana metodika formirovaniya trebuemoj
struktury metalla pri vozdejstvii ul'trazvuka.
Ul'trazvuk ispol'zuetsya takzhe pri zakalke i otpuske splavov, svarke i
pajke, znachitel'ny perspektivy primeneniya ul'trazvuka pri sverlenii i
dolbezhke tverdyh materialov, ochistke metallicheskih izdelij, dlya
predotvrashcheniya obrazovaniya nakipi na stenkah kotlov i inyh sosudov,
polucheniya odnorodnyh goryuchih smesej, pri gazoochistke i sushke razlichnyh
materialov. V SSHA osvoen deshevyj metod narezaniya rez'by proizvol'nogo
profilya na metallicheskih izdeliyah s pomoshch'yu ul'trazvuka.
O masshtabah tehnologicheskogo primeneniya ul'trazvuka govorit to
obstoyatel'stvo, chto v SSHA ul'trazvukovoe oborudovanie izgotovlyayut bolee 50
firm. Moshchnost' ul'trazvukovyh ustanovok dostigaet 10 kilovatt i bolee
Raznoobraznoe ul'trazvukovoe oborudovanie dlya razlichnyh tehnologicheskih
processov izgotovlyaetsya i v nashej strane.
Pol'skie inzhenery razrabotali metod osazhdeniya gustogo tumana s pomoshch'yu
moshchnoj napravlennoj ul'trazvukovoj sireny. Buduchi ustanovlena na nosu sudna,
takaya sirena sposobna uluchshit' vidimost' v napravlenii dvizheniya, na
neskol'ko sot metrov vpered.
Drugaya vazhnaya sfera primeneniya ul'trazvuka -- avtomaticheskij
nerazrushayushchij kontrol'. Na sudah shiroko primenyayutsya ul'trazvukovye
urovnemery i rashodomery razlichnyh zhidkostej v trubah i sosudah. Na
ezhegodnom simpoziume po ul'trazvuku, prohodivshem v 1974 godu v g. Miluoki
(SSHA), amerikanskie specialisty soobshchili o razrabotke vysokotemperaturnyh
ul'trazvukovyh preobrazovatelej dlya kontrolya uzlov zhidkometallicheskih
atomnyh reaktorov. |ti preobrazovateli mogut primenyat'sya kak v stacionarnyh,
tak i v sudovyh yadernyh energeticheskih ustanovkah.
Ul'trazvukovaya defektoskopiya metallicheskih listov i razlichnyh izdelij
yavlyaet soboj primer tradicionnogo i dostatochno davnego promyshlennogo
primeneniya ul'trazvuka. Eshche v 1942 i 1953 godah S. YA- Sokolovu i gruppe ego
sotrudnikov byli prisuzhdeny Gosudarstvennye premii SSSR za razrabotku i
vnedrenie ul'trazvukovyh defektoskopov. S teh por metody i apparatura
ul'trazvukovoj defektoskopii znachitel'no usovershenstvovalis'. Sovremennye
defektoskopy pozvolyayut vypolnyat' kontrol' odnorodnyh materialov na glubinu
ot 0,5 millimetra do 5 metrov, pri etom v metalle obnaruzhivayutsya vnutrennie
rakoviny, treshchiny i rassloeniya razmerom v doli millimetra. Dlya vyyavleniya
stol' malyh defektov ispol'zuetsya ul'trazvuk s chastotoj do neskol'kih
megagerc.
Ves'ma interesnye i glubokie teoreticheskie issledovaniya v oblasti
ul'trazvukovoj defektoskopii byli vypolneny L. G. Merkulovym.
Sushchestvuet neskol'ko metodov proizvodstvennoj ul'trazvukovoj
defektoskopii. V naibolee prostom (i pervom po vremeni vozniknoveniya)
tenevom metode, ili metode skvoznogo, prozvuchivaniya, izluchatel' i priemnik
ul'trazvuka razmeshchayutsya odin protiv drugogo po raznym storonam izdeliya.
Nalichie defekta na puti ul'trazvukovyh voln proyavlyaetsya prezhde vsego v
oslablenii prinimaemogo signala. Sinhronnoe dvizhenie vdol' poverhnosti
izdeliya izluchatelya i priemnika pozvolyaet obsledovat' vsyu ploshchad' ispytuemogo
izdeliya.
Bolee sovershennyj impul'snyj eho-metod v principe malo otlichaetsya ot
metoda morskogo eholotirovaniya. Izluchatel' na poverhnosti izdeliya
periodicheski posylaet ul'trazvukovye impul'sy i prinimaet signaly,
otrazhennye ot defektov ili neodnorodnostej vnutri izdeliya. Vremya mezhdu
posylkoj i priemom impul'sov pozvolyaet po izvestnoj skorosti ul'trazvuka
opredelyat' glubinu zaleganiya defekta. Sushchestvuyut i nekotorye drugie, bolee
slozhnye metody vyyavleniya neodnorodnostej v izdeliyah, primenyaemye prezhde
vsego pri issledovatel'skih rabotah.
V nastoyashchee vremya v SSSR razrabotano znachitel'noe kolichestvo
sovershennyh ul'trazvukovyh defektoskopov. Bronevye plity, sudovye valy i
drugie izdeliya podvergayutsya ves'ma tshchatel'nomu ul'trazvukovomu kontrolyu.
Nel'zya ne upomyanut' o primenenii ul'trazvuka v medicine. Ostavlyaya v
storone voprosy ul'trazvukovoj terapii, my ne mozhem ne ostanovit'sya na
ul'trazvukovyh metodah diagnostiki, svyazannyh, po sushchestvu, vse s toj zhe
"ul'trazvukovoj defektoskopiej", "nerazrushayushchim kontrolem", no uzhe ne
metallov i izdelij, a samogo cheloveka (imenno potomu my i vzyali eti terminy
v kavychki). Na osnove novyh sistem elektronno-akusticheskih preobrazovatelej
sozdany ves'ma sovershennye vizualizatory vnutrennih organov cheloveka. Tak
kak raznye tkani obladayut razlichnymi akusticheskimi svojstvami, to po kartine
otrazhennyh ili proshedshih zvukovyh voln mozhno sudit' o sostoyanii issleduemoj
chasti tela. Otchetlivo fiksiruyutsya narusheniya polozheniya i formy vnutrennih
organov, nalichie opuholevyh processov i inye otkloneniya ot normy.
Nachinaya s 1974 goda provodyatsya ezhegodnye kongressy po ul'trazvukovoj
medicine. Porazhaet izobretatel'nost', s kotoroj mediki pri pomoshchi inzhenerov
nahodyat vse novye i novye primeneniya ul'trazvuku. Zdes' i opredelenie
soderzhaniya lipoidov v tkanyah s pomoshch'yu ocenki ul'trazvukovogo rasseyaniya ot
nih, i primenenie fokusirovannogo ul'trazvuka dlya razdrazheniya nervnyh
struktur i dlya izmereniya skorosti potoka krovi, i dazhe nepreryvnoe
obespechenie kontrolya za prodvizheniem ploda pri rodah (chto ochen'
zainteresovalo akusherov).
Obnaruzheny interesnye fizicheskie zavisimosti. Ustanovleno, naprimer,
chto pogloshchenie ul'trazvuka v legkom gorazdo bol'she, chem v drugih myagkih
tkanyah, a pogloshchenie ul'trazvuka v kostyah neozhidanno slabo zavisit ot ego
chastoty. Razrabotan metod matematicheskogo modelirovaniya tkanej s pomoshch'yu
ul'trazvukovyh signalov. Soglasno etomu metodu izmeryaetsya velichina
oslableniya zvukovogo signala, proshedshego cherez tkan', a takzhe izmenenie fazy
signala v zavisimosti ot chastoty ul'trazvuka. Vypolnyaya Fur'e-preobrazovaniya
s izmerennymi signalami, opredelyayut chastotnyj otklik tkani i s pomoshch'yu |VM
vycherchivayut elektronnyj analog modeli tkani. Tshchatel'nyj analiz poluchennoj
dokumentalizirovannoj modeli pozvolyaet obnaruzhit' uchastki tkani dazhe s
neznachitel'noj patologiej, kotoraya mogla uskol'znut' ot vnimaniya
vracha-issledovatelya pri prostom "prosvechivanii" tkani s pomoshch'yu togo zhe
ul'trazvuka.
Vencom ul'trazvukovoj medicinskoj vizualizacii mozhno schitat'
privedennuyu v knige G. CHedda kartinu raspolozheniya pyati bliznecov v utrobe
materi. Edva li kakoj-nibud' vrach reshilsya by primenit' dlya polucheniya
podobnogo izobrazheniya rentgenovskie luchi. Ul'trazvukovoe zhe obluchenie (v
opredelennyh dozah) absolyutno bezvredno.
Primenenie kompleksnoj diagnosticheskoj sistemy, sostoyashchej iz
ul'trazvukovogo vizualizatora, kardiografa i avtomaticheskogo fonoskopa,
analiziruyushchego zvuki serdechnyh sokrashchenij, pozvolyaet v nailuchshej stepeni
ustanovit' vid togo ili inogo serdechnogo zabolevaniya.
Harakternaya dlya sovremennoj elektroniki miniatyurizaciya i
mikrominiatyurizaciya ee elementov daet vozmozhnost' poluchat' sravnitel'no
nebol'shie po razmeram i dazhe perenosnye ul'trazvukovye sistemy medicinskoj
diagnostiki, chto pozvolyaet primenyat' ih ne tol'ko v specializirovannyh
klinikah i stacionarah, no dazhe, naprimer, na sudah,
Avtor obeshchal chitatelyu ne kasat'sya ul'trazvukovoj terapii, no nevozmozhno
ne upomyanut' o nekotoryh svezhih i smelyh ideyah, vydvinutyh v poslednee vremya
otechestvennymi i inostrannymi uchenymi. Naprimer, ustanovleno, chto ul'trazvuk
mozhet ispol'zovat'sya kak sredstvo usileniya dejstviya gamma-oblucheniya na
zlokachestvennye opuholi. Obnaruzheno takzhe, chto pri ul'trazvukovom obluchenii
povyshaetsya chuvstvitel'nost' zhivoj kletki k vozdejstviyu himicheskih veshchestv.
|to otkryvaet puti k sozdaniyu novyh, bolee bezvrednyh vakcin, ibo pri ih
izgotovlenii mozhno budet ispol'zovat' himicheskie reaktivy znachitel'no
men'shej koncentracii. Uzhe poyavilsya novyj metod lecheniya -- fonoforez, kogda
na kozhnyj pokrov ili slizistuyu obolochku nanositsya zhidkoe lekarstvo ili maz'
i zatem eta poverhnost' obrabatyvaetsya ul'trazvukom.
Pobednoe shestvie ul'trazvuka v promyshlennosti, himii, medicine i drugih
oblastyah chelovecheskoj deyatel'nosti prodolzhaetsya.
OT DYMOVYH FIGUR
DO AKUSTICHESKOJ
GOLOGRAFII
Nauka nachinaetsya s teh por, kak nachinayut izmeryat'.
D. I Mendeleev
"YA pervym uvidel zvuk"
Nadpis' na mogile Teplera v Drezdene
Akusticheskie izmereniya...
Zamechanie Leonardo da Vinchi: "Opyt -- osnova vsyakoj dostovernosti" --
primenimo k nim v polnoj i, pozhaluj, dazhe osoboj mere, ibo malo kto v
akustike verit odnim teoreticheskim rezul'tatam, pust' dazhe poluchennym na
ves'ma strogoj osnove. Vidnyj amerikanskij akustik F. Morz v predislovii k
svoej monografii "Kolebaniya i zvuk" (perevedennoj v SSSR) pishet: "Ni v kakoj
drugoj oblasti fiziki osnovnye izmereniya ne predstavlyayutsya stol'
trudnovypolnimymi, kak v akustike, togda kak teoriya otnositel'no prosta".
Ostavim eto utverzhdenie na sovesti ego avtora, tem bolee chto ono otnositsya k
1936 godu, kogda akusticheskimi izmereniyami zanimalis' v razlichnyh stranah
lish' nemnogie uchenye. V 1937 godu vyshla pervaya v mire kniga po akusticheskim
izmereniyam (avtor L. L. Myasnikov) V nej opisany metody izmerenij zvukovogo
davleniya, akusticheskogo soprotivleniya, dany osnovy chastotnogo analiza zvuka
po predstavleniyam togo vremeni. V nashi dni oblast' akusticheskih izmerenij
rasshirilas' neobychajno, poyavilis' novye aspekty, takie, kak izmereniya
zvukoizolyacii, zvukopogloshcheniya, vibroizolyacii, vibropogloshcheniya,
gidroakusticheskie izmereniya, izmereniya akusticheskih konstant materialov i
veshchestv, korrelyacionnye izmereniya i t p. Monografii po otdel'nym vidam
akusticheskih izmerenij sejchas ne redkost'.
Vlastno zayavlyaet o sebe elektronno-vychislitel'naya i upravlyayushchaya
tehnika. Ona pozvolyaet optimizirovat' usloviya izmerenij, svesti k minimumu
oshibki. Poslednie dostizheniya v etoj oblasti -- avtomaticheskoe upravlenie
izmereniyami pri neskol'kih izmenyayushchihsya parametrah izmeryaemogo processa ili
usloviyah, v kotoryh proishodit etot process. Osobenno znachitel'nye
rezul'taty v etoj slozhnoj oblasti polucheny v SSSR A. E Kolesnikovym, B. D.
Tartakovskim i drugimi, v FRG -- M. SHrederom.
My ostanovimsya zdes' lish' na odnom voprose iz oblasti akusticheskih
izmerenij -- voprose vizualizacii zvuka i vibracii. V kakoj-to mere my uzhe
kasalis' ego pri rassmotrenii primeneniya ul'trazvuka v promyshlennosti i
medicine.
V 20--30-e gody nashego stoletiya dlya vizualizacii zvukovyh polej v
vozduhe primenyalis' tak nazyvaemye dymovye figury. Legkie chasticy dyma, pyli
ili pudry pri vozdejstvii zvukovogo polya prinimayut ego konfiguraciyu.
Stroboskopicheskoe osveshchenie s chastotoj zvuka pozvolyaet zafiksirovat'
kartinu. Metod ne treboval kakoj-libo slozhnoj apparatury. Dlya
gidroakusticheskih polej on, estestvenno, neprimenim. Drugoj metod -- tenevoj
-- dostatochno staryj i vechno novyj. Vpervye on byl predlozhen Fuko v seredine
proshlogo stoletiya dlya issledovaniya odnorodnosti opticheskih sred i kachestva
obrabotki opticheskih detalej. Sushchestvo ego zaklyuchaetsya v sleduyushchem. Luchi
sveta ot tochechnogo istochnika prohodyat cherez issleduemuyu sredu ili izdelie,
sobirayutsya v fokuse i proeciruyutsya na ekran. V fokuse pomeshchaetsya peredvizhnaya
zaslonka -- nozh s ostroj kromkoj (on i ponyne nazyvaetsya nozhom Fuko). Pri
opredelennom polozhenii nozh srezaet izobrazhenie istochnika, no blagodarya
difrakcii sveta ekran vse zhe slabo, hotya i ravnomerno osveshchen Esli na puti
luchej sveta do nozha Fuko okazhetsya opticheski neodnorodnaya sreda, luchi izmenyat
svoj put' i budut libo popadat' na nozh, libo, naoborot, prohodit' poverh
nego. V pervom sluchae na ekrane poyavitsya ten', vo vtorom vozniknet bolee
yarkoe osveshchenie v sootvetstvuyushchem meste ekrana. V celom izobrazhenie
neodnorodnosti poyavitsya na ekrane, okruzhennoe temnymi i svetlymi polosami.
Sgushcheniya i razrezheniya sredy pri zvukovom processe svyazany s izmeneniem
ee plotnosti, to est' s pokazatelem prelomleniya. Inymi slovami, eto te zhe
opticheskie neodnorodnosti sredy. Prepodavatel' fiziki Tepler, vozmozhno, dazhe
ne znaya v tochnosti pribora Fuko, predlozhil ispol'zovat' tenevoj metod dlya
vizualizacii zvukovyh polej. On poluchil v mirovoj praktike takzhe nazvanie
shliren-metoda (Schliere-- opticheskaya neodnorodnost' sredy).
CHuvstvitel'nost' metoda chrezvychajno vysoka. Otchetlivo fiksiruyutsya dazhe
slabye zvukovye polya. Esli mezhdu istochnikom i nozhom Fuko podnesti ruku,
budut vidny podnimayushchiesya ot nee teplovye potoki (takzhe svyazannye s
izmeneniem pokazatelya prelomleniya sredy). Na osnove tenevogo metoda sozdany
v razlichnyh stranah konstrukcii interferometrov s vysokoj razreshayushchej
sposobnost'yu. Esli v podobnyj interferometr vvesti vannu so stenkami iz
opticheski odnorodnogo stekla, to mozhno nablyudat' zvukovye kartiny v
zhidkosti. Na privedennoj fotografii vidno, kak menyaetsya harakter rasseyaniya
zvukovyh luchej v vode ot metallicheskih plastinok -- gladkoj i snabzhennoj
rebrami (periodicheskimi prepyatstviyami).
Kartina rasseyaniya zvukovyh luchej v vode ot odnorodnoj plastinki i
plastinki s periodicheskimi prepyatstviyami
Otnositel'no tonkij sloj vody, nalitoj na koleblyushchuyusya plastinu,
pozvolyaet ves'ma prosto opredelyat' mesta naibolee intensivnyh kolebanij
plastiny na razlichnyh chastotah. Do izvestnoj mery mozhno vyyavit' harakter
izlucheniya zvuka v vodnyj sloj. Na vertikal'nyh zhe plastinah mesta
intensivnoj vibracii obnaruzhivayutsya po osypavshejsya s plastin melovoj paste.
V poslednee vremya dlya vizualizacii zvuka i vibracii predlozheno
primenyat' zhidkie kristally. Hotya holesterinovye veshchestva trudno sravnit' s
kristallami, no imenno nekotorye vidy holesterinovyh soedinenij obladayut
svojstvom menyat' cvet v zavisimosti ot temperatury plenki ili plastinki, na
kotoruyu oni naneseny.
Sloj holesterina na takoj plenke napominaet sloj zatverdevshej
fotoemul'sii.
Tonkij sloj vody, nalityj na poverhnost' soedinennoj s vibratorom metallicheskoj plastiny, takzhe pozvolyaet vizualizirovat' ee kolebaniya. | Osypavshayasya pri kolebaniyah metallicheskoj stenki ili plastiny fundamenta melovaya pasta ukazyvaet mesta naibolee intensivnoj vibracii, na kotorye sleduet ustanavlivat' antivibracionnye ustrojstva. |