Ультразвук

Для того, чтобы получить направленную, т. е. близкую к плоской, волну, размеры излучателя должны быть во много раз больше длины волны. Звуковые волны в воздухе имеют длину примерно от 15 м до 15 мм. В жидких и твердых средах длина волны оказывается еще большей (скорость распространения звуковых волн в этих средах больше, чем в воздухе). Построить излучатель, который создавал бы направленную волну подобной длины, практически не представляется возможным. Иначе обстоит дело для ультразвуковых волн, длина которых гораздо меньше. С уменьшением длины волны уменьшается также роль дифракции в процессе распространения волн. Поэтому ультразвуковые волны могут быть получены в виде направленных пучков, подобных пучкам света.

Для возбуждения ультразвуковых волн в настоящее время используют в основном два явления: обратный пьезоэлектрический эффект и магнитострикцию. Обратный пьезоэлектрический эффект состоит в том, что пластинка, вырезанная определенным образом из некоторых кристаллов (например, кварца, сегнетовой соли, титаната бария и т. д.), под действием электрического поля слегка деформируется (удлиняется при поле одного направления и сжимается при поле противоположного направления). Поместив такую пластинку между металлическими обкладками, на которые подается переменное напряжение, можно вызвать вынужденные механические колебания пластинки. Эти колебания становятся особенно интенсивными, если частота изменений электрического напряжения совпадает с частотой собственных колебаний пластинки. Колебания пластинки передаются окружающей ее жидкой или газообразной среде и порождают в этой среде ультразвуковую волну.

Магнитострикция заключается в том, что ферромагнитные вещества (железо, никель, некоторые сплавы и т. д.) при действии на них магнитного поля слегка деформируются. Поэтому, поместив ферромагнитный стержень в переменное магнитное поле (например, внутрь катушки, по которой течет переменный ток), можно возбудить его механические колебания, которые опять-таки будут особенно интенсивными при резонансе.

Направленные ультразвуковые пучки нашли широкое применение для целей локации (обнаружения предметов и определения расстояний до них) в воде. В настоящее время ультразвуковые локаторы используются для обнаружения айсбергов, косяков рыбы и т. п.

В 1928 г. советский ученый С. Я. Соколов предложил использовать ультразвук для целей дефектоскопии, т. е. обнаружения изъянов (дефектов) в изделиях. Если размеры дефекта больше длины волны, то ультразвуковой импульс будет отражаться от дефекта и возвращаться обратно. Посылая в изделие ультразвуковые импульсы и регистрируя отраженные импульсы, можно не только обнаруживать наличие дефектов в изделиях, но и судить о размерах и месте расположения этих дефектов.