Ученые воспроизвели звук с максимально возможным уровнем громкости - «Наука и технологии»

Группа исследователей из Лаборатории линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета создала то, что можно считать звуком с максимально возможным уровнем громкости. Для этого был использован один из самых мощных рентгеновских лазеров LCLS (Linac Coherent Light Source), луч которого был сфокусирован на тончайшей струйке воды. "Взрывное" испарение воды создало звуковую волну с невероятно высоким акустическим давлением, сила которого немного превысила отметку в 270 децибелов.

Напомним нашим читателям, что сила звука измеряется децибелах, а шкала силы звука имеет логарифмическую зависимость. Самый слабый звук, который способно различить ухо человека - это звук летающего комара с расстояния 3 метров. Уровень звука при нормальном неторопливом разговоре составляет 55 децибелов, звука взлетающего реактивного самолета с расстояния 100 метров - 130 децибелов, а звук, "извергаемый" динамиками при выступлении рок-группы - 150 децибелов.

Однако, сила звука в воздухе принципиально не может превышать отметку в 194 децибела, а в воде - около 270 децибелов. При дальнейшем повышении мощности излучателя волн нарушается гармоническая форма звуковых волн, возникают гармоники, но сила звука остается на неизменном максимальном уровне.

Этот эффект произошел, когда ученые "выстрелили" лучом рентгеновского лазера по струйкам воды, диаметр которых находился в диапазоне от 14 до 30 микрометров. Вода, попавшая под воздействие лазера, моментально испарилась и создала ударную волну, распространение которой сделало чередующиеся области высокого и низкого давления - очень громкий подводный звук, другими словами.

После того, как исследователи начали поднимать мощность лазера еще выше, громкость подводного звука начала расти. Но, по достижению максимального уровня звука, звуковая волна "сломалась" и образовались крошечные пузырьки, которые моментально разрушились, образуя явление, называемое кавитацией. Это явление возникает в районе быстро вращающихся винтов морских судов и подводных лодок, кроме этого, его используют для снижения силы сопротивления воды при движении под водой с большой скоростью.

Отметим, что достижение максимального порога уровня звука под водой имеет, помимо академической ценности, и практическую ценность тоже. Понимание процессов, возникающих в воде и в воздухе при распространении мощных звуковых волн, позволит ученым найти способы защиты миниатюрных образцов, подвергающихся анализу при помощи электронных микроскопов и рентгеновских лазеров, что станет большим подспорьем при разработке новых наноматериалов, медицинских препаратов и т.п.