В США разработан автоматический прибор, сортирующий при
помощи звука яблоки, так как установлено, что зрелые, незрелые
и перезрелые яблоки оказывают различное сопротивление проходя-
щим сквозь них звуковым волнам разных частот.
Звук распространяется в воздухе с определнной скоростью.
Если в какой-то определнной системе координат возникает звуко-
вой импульс, то по времени прохождения его к осям координат,
которое может быть зафиксировано приемниками звука, можно оп-
ределить координаты источника звука. Такой путь и избрали в
институте Кибернетики АН БССР.
При использовании ЭВМ в качестве автоматического проекти-
ровщика необходимо вводить в нее графическую информацию. С
этой целью графическая информация предоставляется ввиде набора
различных кривых, координаты которых вводятся с помощью миниа-
торной искры, возникающей при соприкосновении специального
звукового карандаша (Электроакустического преобразователя) с
любой из точек чертежа, звук который достигает системы коорди-
натных микрофонов, расположенных по краям чертежа. Одна систе-
ма выдает координату по Х, другая по У.
5.2.1. При подходе к приграде акустические волны отража-
ются (эхо). Поэтому, если в закрытом помещении включить и
сразу выключить источник звука, то возникает явление р е в е р
б е р а ц и и т.е. послезвучание,обусловленное приходом в оп-
ределенную точку запоздавших отраженных или рассеянных звуко-
вых волн.
Измеряя время реверберации (время в течении которого ин-
тенсивность звука уменьшается в 1000000 раз) можно определить
обьем свободного помещения.
А.с. 346 588: Акустический способ определения количества
вещества в замкнутом сосуде, отличающийся тем, что с целью уп-
рощения, в свободном пространстве сосуда создают акустический
импульс и измеряют время реверберации, по которому судят о ко-
личестве вещества.
5.3. У л ь т р а з в у к.
Ультразвук - продольные колебания в газах, жидкостях и
твердых телах в диапозоне частота 20.10 в третьей степени Гц.
Применение ультразвука связано в основном с двумя его харак-
терными особенностями: лучевым распространением и большой
плотностью энергии.
Из-за малой длины волны распространение ультразвуковых
волн с сопровождающими эффектами:
отражением
Патент США 3554 030: Расписан расходомер, используемый
для измерения и регистрации величины обьемного расхода крови.
Измерения производятся при помощи ультразвукового преобразова-
теля, который применяется как для излучения, так и приема уль-
тразвуковых волн. Отраженные сигналы, принимаемые преобразова-
телем позволяют определить размер поперечного сечения
кровеносного сосуда, а также скорость движения крови в сосуде.
Измеренные параметры дают возможность получить расчетным путем
величину обьемного расхода крови.
фокусировкой
А.с. 183 574: Способ газовой сварки и резки, заключающий-
ся в использовании тепла пламени горючей смеси, отличающийся
тем,что с целью повышения производительности процесса, в газо-
вую горючую смесь вводят ультразвуковые колебания, фокусируе-
мые в зоне сварного шва или реза.
образование теней (ультразвуковая дефектоскопия);
Большая частота ультразвука позволяет сравнительно легко
создавать ультразвуковые пучки с большой плотностью энергии,
рапространение которых в жидких и твердых телах сопровождается
рядом эффектов, часто приводящих к необратимым явлениям. Эти
эффекты - радиационное давление (избыточное давление испытуе-
мое препятствием вследствии воздействия на него ультразвуковой
волны и определяемое импульсом, передаваемом волной в единицу
времени единице поверхности препятствия), акустическая кавита-
ция (см. раздел 4.8) и акустические потоки, носящие вихревой
характер и возникающие в свободном неоднородном поле и вблизи
препятствий, находящихся в ультразвуковом поле.
5.3. Пластическая деформация и упрочнение.
Воздействие ультразвука на процесс пластической деформа-
ции обусловлено влиянием его на контактные условия, свойства и
структуру деформируемого металла. В этом случае возможны два
нелинейных эффекта: "акустическое разупрочнение" и "акустичес-
кое упрочнение". Первый наблюдается в процессе воздействия ин-
тенсивным ультразвуком и заключается в уменьшении статического
напряжения, необходимого для осуществления пластической дефор-
мации. Акустическое упрочение металлов достигается после воз-
действия ультразвуковых волн достаточно высокой интенсивности.
Акустическое разупрочнение является результатом активации дис-
локаций, происходящей в результате поглощения акустической
энергии в местах дефектов кристаллической решетки и других
структурных несовершенств. Благодаря этому за малое время про-
исходит локальный нагрев вокруг этих источников поглощения,
снятие напряжений, разблокировка дислокаций, увеличение их
подвижности, что обеспечивает более интенсивный ход платичес-
кой деформации.
А.с. 436 750: Способ разбортовки полых изделий из пласти-
ческих масс путем двустороннего обжатия роликами стенки изде-
лия при его вращении, отличающийся тем, что с целью повышения
производительности процесса, область контакта стенки изделия с
роликами подвергают воздействию ультразвуковых колебаний.
А.с. 536 874: Способ профилирования материала типа прут-
кового путем наложения на заготовку ультразвуковых колебаний в
ее пластической деформации, отличающийся тем, что с целью по-
лучения на заготовках периодического профиля синусоидального
характера, заготовку предварительно подвергают воз ультразву-
ковых колебаний так, чтобы расположение пучностей и узлов уль-
тразвуковой волны соответствовало выступам и впадинам заданно-
го периодического профиля, после чего осуществляют процесс
пластического деформирования заготовки в осевом направлении,
перпендикулярном к направлению действия изгибных колебаний,
растягивающими усилиями, достаточными для получения заданной
глубины профиля.
Если валики прокатного стана колебать в направлении па-
раллельном осям их вращения, с ультразвуковой частотой, то
усилие деформации снижается в 1,5-2 раза, а степень деформации
увеличивается на 20-50 %, причем контактное трение резко сни-
жается.
При достижении определенного уровня акустической энергии,
зависящего от свойства облучаемого металла, последний может
пластически деформироваться при комнатной температуре без при-
ложения внешней нагрузки.
5.3.2. Под действием ультразвукав и з м е н я ю т с я о с
н о в н ы е ф и з и к о-х и м и ч е с к и е с в о й с т в а р
а с п л а в о в: вязкость, поверхностное натяжение на границе
"расплав - форма" или "расплав - твердая фаза", температура и
диффузия.
5.3.2.1. В я з к о с т ь, после ультразвуковой обработки
расплава вязкость уменьшается на 10-50 %, причем характер из-
менения вязкости не позволяет считать, что уменьшение вязкости
вызывается только тепловым воздействием ультразвука, посколько
на ряду с тепловым воздействием наблюдаются и другие эффекты,
например, изменение трения между твердыми нерастворимыми при-
месями, находящихся в расплаве.
5.3.2.2. П о в е р х н о с т н о е н а т я ж е н и е.
Воздействие ультразвука на расплав в процессе кристализации
уменьшает поверхностное натяжение между расплавом и кристаллом
при двухфазном состоянии, за счет чего уменьшается переохлаж-
дение расплавов и увеличивается количество кристаллических за-
родышей, а структура расплава получается более мелкозернистой.
5.3.2.3. Т е м п е р а т у р а. Ультразвуковая обработка
металлов в жидком состоянии и во время кристаллизации приводит
к изменению характера температурного поля. Возникновение акус-
тических потоков в расплаве под действием ультразвука связано
с потерей энергии в расплаве. Эти потери зависят от интенсив-
ности ультразвука и акустических свойств среды. Акустические
потоки вызывают интенсивное перемешивание расплава, выравнива-
ние температуры и интенсификацию конвективной диффузии. При
выравнивании температуры расплава увеличивается теплообмен со
стенками и окружающей средой, в результате чего увеличивается
скорость охлаждения, физическая сущность влияния ультразвука
на теплообмен при естественной или вынужденной конвекции зак-
лючается в проникновении акустических потоков в пограничный и
ламинарный подслой, что приводит к деформации этих слоев, их
турбулизации и перемешиванию. В результате этого в несколько
раз увеличивается коэффициент теплопередачи и скорость тепло-
обмена.
5.3.2.4. Д и ф ф у з и я.
Ультразвук ускоряет диффузионные процессы в металлических
расплавах и на границе с твердой фазой. В этом случае под
действием ультразвука происходит более легкое перемещение ато-
мов из одного устойчивого состояния в другое благодаря образо-
ванию кавитационных пузырьков. При этом необходимо учитывать
влияние вторичных эффектов акустических потоков, повышение
температуры, акустического давления, вызывающих турбулентное
перемещение и разрушение пограничного слоя между жидкой и
твердой фазой при ускорении диффузии на границе жидкость -
твердое тело.
5.3.2.7. Д е г а з а ц и о н н ы й э ф ф е к т.
Под действием ультразвука растворенный газ сначала выде-
ляется в виде пузырьков в зонах разряжения ультразвуковых
волн, после этого пузырьки соединяются и при достижении доста-
точно большого размера всплывают на поверхность. Эффект можно
обьяснить следующим образом, при воздействии ультразвука в
расплаве возникает кавитация: в образованные кавитационные
пустоты проникает ратворенный газ. При захлопывании кавитаци-
онных пузырей этот газ не успевает снова раствориться в метал-
ле и образует газовые пузырьки. Зародыши газовых пузырьков об-
разуются и в полупериод разряжения при распространении упругих
ультразвуковых колебаний в расплаве, т.к. при уменьшении дав-
ления растворимость газов уменьшается. После этого газовые пу-
зырьки под влияниемельных движений коанулируют и, достигая оп-
ределенных размеров, всплывают. Ускорение диффузии под
действием ультразвука тоже может способствовать нарастанию га-
зовых пузырьков.
5.3.3. Ультразвуковой капиллярный эффект (открытие N109).
Явление капиллярности заключается в том, что при помеще-
нии в жидкость капилляра, смачиваемого жидкостью, в нем под
действием сил поверхностного натяжения происходит подьем жид-
кости на некоторую высоту. Если жидкость в капилляре совершает
колебания под влиянием источника ультразвука, то капиллярный
эффект резко возрастает, высота столба жидкости увеличивается
в несколько десятков раз, значительно во и скорость подьема.
Экспериментально доказано, что в этом случае жидкость
толкает вверх не радиационное давление и капилярные силы, а
стоячие ультразвуковые волны. Ультразвук снова и снова как бы
сжимает столб жидкости и поднимает его вверх. Открытый эффект
уже очень хорошо используется в промышленности, например, при
пропитке изоляционными составами обмоток электродвигателей,
окраске тканей, в теплвых трубах и т.п.
А.с. 437 568: Способ попитки капиллярных пористых тел
жидкостями и расплавами, например, полимерным связующим, с
применением ультразвуковых колебаний, отличающийся тем, что с
целью интенсификации процессов пропитки ультразвуковые колеба-
ния сообщают пропитываемому телу.
5.3.4. Трудно перечислить все эффекты, возникающие в ре-
зультате воздействия ультразвука на вещество, поэтому кратко
перечислим основные области прменения ультразвука и приведем в
заключение несколько интересных изобретений, показывающих ши-
рокие возможности использования ультразвука в изобретательст-
ве.
Твердые вещества
----------------
- размерная обработка сверхтвердых и хрупких материалов
