Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Если заменить сверло тонким лезвием, то с помощью ультразвука можно резать стекло, керамику и другие твердые материалы. Ультразвук позволяет проделывать отверстия практически любого профиля, что невозможно сделать при помощи обычного сверла. Скорость, с которой сверлится стекло или керамика, очень высока — около 2 сантиметров в минуту при диаметре отверстия приблизительно 5 миллиметров. Конечно, эти цифры могут значительно колебаться в зависимости от амплитуды и частоты колебаний ультразвука.

Если заменить наконечник ультразвукового долота плоской пластинкой, то его можно использовать для шлифовки поверхности стекол, после которой для окончания обработки остается только отполировать стекло. Так как при ультразвуковой долбежке, резании и шлифовке непосредственное воздействие на обрабатываемое вещество оказывают очень мелко измельченные частицы твердого минерала, или, как говорят, абразива, то обработанная поверхность поражает своей чистотой. Неровности ее составляют всего около сотой доли миллиметра.

Ультразвуковая обработка твердых тел, несомненно, найдет себе еще много новых различных применений. Так, например, предварительные опыты показали, что высокочастотные звуковые колебания могут быть успешно использованы для улучшения процесса полировки металлических деталей. Полируемая деталь помещалась на вибратор, совершавший до 18 тысяч колебаний в секунду. При этом значительно уменьшился подъем температуры, неизбежный при полировке, и резко повысилось качество обработки поверхности.

Возможно, что и в обычных полировальных машинах значительную роль играют неизбежные при их работе вибрации. Искусственное увеличение интенсивности вибраций, по-видимому, улучшает качество полировки.

На практике иногда приходится сталкиваться с необходимостью отыскать материал, отличающийся повышенной механической прочностью. Решить эту важную задачу помогает прибор, схематически изображенный на рис. 41.

К концу вибратора 1 , совершающего мощные ультразвуковые колебания, присоединяется короткая стальная проволочка 2 . Исследуемый образец 3 помещают на подвижную скамеечку 4 , которая может вращаться около горизонтальной оси. Изменяя груз 5 , можно слабее или сильнее прижимать образец к проволочке.

При работе вибратора проволочка движется вперед и назад, перетирая образец. Если вибратор колеблется с частотою 50 тысяч колебаний в секунду, то образец за одну минуту подвергается действию трех миллионов перетирающих движений проволочки. С помощью такого прибора можно быстро исследовать механические свойства различных материалов и определить, который из них удовлетворяет требуемым условиям.

Как мы уже убедились, ультразвуки могут вызывать прямо противоположные эффекты; так, если в одних опытах они окисляют вещество, то в других восстанавливают, иногда ускоряют реакцию полимеризации, иногда вызывают деполимеризацию вещества и т. д. Поэтому не приходится удивляться и тому, что наряду с дробящим действием они могут ускорять противоположный процесс — процесс слипания мелких частиц, в результате которого возникают частицы более крупные.

Фабричный дым, как известно, состоит из мельчайших частичек твердого и жидкого вещества, перемешанных с воздухом. Под действием звука дым быстро оседает. Так же ведет себя и туман, состоящий из мельчайших капелек, взвешенных в воздухе. Отдельные частички при соударении слипаются вместе и, образуя более тяжелые частицы, опускаются вниз. Такое укрупнение частиц называют коагуляцией.

Способность ультразвуков вызывать коагуляцию весьма велика: густой белый дым окиси магния осаждается при озвучивании почти мгновенно. На рис. 42 приведены фотографии изменений, которые происходят с табачным дымом при озвучивании. Рисунок а изображает дым до пропускания ультразвука, б — в начале озвучивания. На рисунке в заметно возникновение крупных частиц, на рисунках г и д мы видим причудливые движения этих укрупненных частиц. Наконец на последнем рисунке е видны уже отдельные крупные капельки, которые быстро упадут вниз, как только прекратится озвучивание.

Что же такое ультразвуковая коагуляция?

Как доказали советские ученые С. В. Горбачев и А. Б. Северный, при распространении звуковой волны между частичками дыма или тумана возникают силы притяжения.

Для того чтобы лучше понять природу этих сил, вспомним опыт, часто демонстрируемый в школах на уроках физики. Если на ниточках повесить на некотором расстоянии друг от друга два легких шарика из пластмассы, а затем дунуть между ними, шарики сблизятся и ударятся друг о друга. Подобное явление наблюдается и в том случае, если воздух будет неподвижен, а двигаться будут шарики. Сходные силы, возникающие в звуковой волне, и заставляют частицы дыма двигаться по направлению друг к другу, сталкиваться и, слипаясь, образовывать более крупные скопления частиц, или, как говорят, агрегаты.

Кроме того, более крупные частички дыма или тумана в силу большей массы отстают в своих движениях от более мелких, и в результате возрастает число соударений, ведущих к образованию крупных частиц.

Звуковая коагуляция уже используется в технике. Ультразвук применяют для улавливания мельчайших частичек сажи, в сернокислотной промышленности для осаждения тумана серной кислоты и т. п.

С помощью звуковых колебаний можно очищать от дыма, выходящего из фабричных труб, воздух городов и заводских поселков. Этот способ, несомненно, найдет широкое применение, так как с его помощью можно улавливать частицы, свободно проходящие через обычные очистительные фильтры.

Борьба с пылью и мельчайшими капельками различных химических соединений, попадающими в воздух из заводских труб, имеет огромное значение. Пыль приносит большой вред и окружающему населению, и животным, и растениям.

В промышленных установках для осаждения мелких частиц пользуются мощными звуковыми колебаниями, получаемыми при помощи специальных сирен.