Акустика
Акустика — раздел физики, изучающий звук и его взаимодействие с веществом. В повседневной жизни это слово употребляется чаще всего в значении звуковой характеристики какого‑либо помещения. О хорошей акустике театрального зала говорят, если голоса артистов ясно слышны в любом уголке, если они доходят до слушателей естественными, неискаженными. Достичь этого очень непросто. Многократно отражаясь в помещении от стен и предметов, звуковые волны могут создавать многоголосое эхо. Оно как бы блуждает по залу, постепенно затухая. Это явление называют реверберацией. От времени реверберации во многом зависит акустика помещения. Если это время велико, звуки долго не затухают, накладываются один на другой, и в зале возникает сплошная путаница голосов. Ничуть не лучше, когда время реверберации слишком мало. Стены быстро поглощают звуковые волны, и голоса делаются глухими, тембр их сильно искажается. И здесь нужно отыскать своего рода золотую середину. Этим и занимается архитектурная акустика, данные которой используют при проектировании, например, театральных и лекционных залов, зданий железнодорожных и аэровокзалов. Иная задача у строительной акустики. Она изучает распространение звуковых волн на территории городских кварталов, заводских цехов, внутри помещений и ищет способы защиты людей от шума.
Запись рельефа дна с использованием ультразвука.
Тысячи лет назад строили театры, учитывая требования архитектурной акустики.
Схема расположения голосников в большом театре (из книги римского архитектора I в. до н. э. Витрувия).
Но вернемся к основному определению акустики. Оно чрезвычайно ёмко и охватывает множество разнообразных областей исследования и практического применения. К примеру, изучение звука и его взаимодействия с веществом привело к созданию устройств для дробления крепких горных пород и своеобразного «просвечивания» бетонной плиты или стального рельса, обеспечило «зрение» подводным судам, оно становится необходимым при конструировании самолетов, открывает новые возможности ускорять химические реакции, быстрее и полнее извлекать нефть из недр земли.
<addc>l</addc>
Звук распространяется в газах, жидкостях, твердых телах в виде чередующихся сжатий и растяжений. Вещество на пути прохождения звуковой волны то сжимается, то растягивается, испытывает, как говорят специалисты, воздействие знакопеременных нагрузок. При определенных условиях такая встряска может стать разрушительной даже для крепкой горной породы. Недавно подобным механическим воздействием звука воспользовались нефтедобытчики. Время от времени доступ нефти к устью скважины может забиваться кусочками глины, песчаника, образующими вместе довольно прочную пробку. Для разрушения её в скважину спускают мощный источник звука.
В жидкостях под действием интенсивного ультразвука возникают сильные пульсации давления. Этот эффект используют для измельчения взвешенных в жидкости частиц, перемешивания жидкостей, ускорения химических реакций — поскольку в зоне резкого скачка давления молекулы реагентов сближаются друг с другом.
Скорость распространения звуковых волн зависит от свойств окружающей среды: в воде они бегут быстрее, чем в воздухе; в твердых телах — быстрее, чем в воде. А переход их из среды с одной плотностью в среду с другой плотностью сопровождается отражением и преломлением на границе раздела сред. Эти свойства легли в основу создания своеобразных «органов зрения» для невидимого обычному глазу. Так, звуковые волны низкой частоты легко проходят сквозь всю толщу Земли. Измеряя скорость распространения их в различных земных толщах, ученые исследуют внутреннее строение нашей планеты. Известно, что, крикнув в сторону леса или крутой горы и определив время до прихода эха, можно довольно точно вычислить расстояние до них. Для этого надо умножить половину времени на скорость звука в воздухе. Аналогично действует прибор для подводного видения — гидролокатор, принимающий эхо от ультразвукового сигнала. С помощью гидролокатора измеряют глубину моря, определяют расстояние до препятствий, например до айсбергов при плавании в высоких широтах. Своеобразный ультразвуковой локатор используют и для обнаружения внутренних дефектов металла, бетона. Если внутри образца материала есть инородные вкрапления, пустоты или трещины, ультразвуковые волны отражаются от них, как от препятствия.
Акустика сегодня все шире раскрывает свои богатейшие возможности. Так, ультразвук помогает разогревать до миллионов градусов плазму в экспериментальных термоядерных установках, а недавно ученые открыли чрезвычайно важную для авиации и других областей науки и техники удивительную способность звуковых волн — управлять течением газов и жидкостей, делать это течение вихревым, турбулентным или, напротив, превращать его в спокойное, ламинарное (см. Турбулентность).
