Команда во главе с Габриэлем Блажем, научным сотрудником Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Стэнфордского университета, создала, возможно, самый громкий подводный звук. Используя рентгеновский лазер SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS), исследователи взорвали крошечные капли воды, чтобы создать невероятное звуковое давление выше 270 децибел.
Это громко, довольно громко, но что же на самом деле действительно громко? Это удивительно, но на свете существует фактически верхний предел того, насколько интенсивным может быть шум.
Большинство людей, которые знакомы с физикой, слышали о шкале децибел, которая измеряет громкость звука. В самом низу этой шкалы находятся самые тихие звуки, которые может воспринимать человек - например, писк комара в 3 метрах от вас. 55 децибел - громкость обычного разговора, будильник срабатывает на 80 децибелах, цепная пила - на 100 децибелах, а болезненный гул взлета самолета, на расстоянии всего в 100 метрах от вас - 130 децибел. Шкала идет до уровня рок-концерта в 150 децибел.
Как ни странно, в воздухе звук не может превышать 194 децибел, а в воде - около 270.
Это немного похоже на тепло. Абсолютный ноль - самая холодная температура, которая возможна, потому что, как только вы выкачаете всю энергию из объекта, молекулы перестают двигаться (за счет чего создается тепло) и температуре просто некуда опускаться. Существует также теоретический верхний предел температуры. Вы можете нагреть вещи до сотен миллионов градусов, но в какой-то момент в перегретой плазме будет настолько много энергии, что атомы разрушатся. Добавьте побольше энергии, и все, что произойдет - это создание большего количества субатомных частиц.
Исследователи с помощью рентгеновского лазера выстрелили в микроструи воды (диаметром от 14 до 30 микрометров). Когда короткие рентгеновские импульсы попадали в воду, она, испаряясь, создавала ударную волну. Затем эта ударная волна прошла сквозь струю и сформировала себя в «ударной цепочке», состоящей из чередующихся зон высокого и низкого давления. Другими словами, получился очень громкий подводный звук.
Команда обнаружила, что, как только интенсивность этого звука превысила определенный порог, вода распалась и превратилась в маленькие наполненные паром пузырьки, которые сразу же разрушились в процессе, называемом кавитацией. Это явление также наблюдается в высокоскоростных винтах.
По словам команды, это открытие имеет не только научную ценность. Благодаря лучшему пониманию того, как работает эта ударно-волновая цепь, можно найти способы защиты миниатюрных образцов, подвергающихся атомному анализу внутри водяных струй, от повреждения, что могло бы помочь в разработке более эффективных лекарств и материалов.
Исследование было опубликовано в Physical Review Fluids.
Источник: SLAC Национальная ускорительная лаборатория