Паличев Павел, PPalichev.org - Санкт-Петербург, Россия
©Copyright 2005-2006 ppalichev.org

Акустика проверяет прочность

Треск — ломается ветка; дзынь — звенит разбитое стекло... Почему, если что-то ломается, разбивается или лопается, издаются самые разнообразные шумы и звуки? Обычно мы не задумываемся над этим, оно кажется нам очевидным. Как очевидно: что небо — голубое, соль — соленая, вода — мокрая... Но вот ученые задали себе вопрос, почему разные вещи, трескаясь, издают звуки. Чтобы это объяснить напомним: все предметы состоят из атомов, которые образуют молекулы, а последние соединяются между собой химическими связями. Это разные связи и здесь обсуждать мы их не будем, но их можно представить себе как пружинки, которые соединяют шарики (атомы), как это показано на рисунке. Что происходит, если предмет (например, палку или ветку) мы сгибаем или растягиваем? Атомы в месте сгиба перемещаются со своих старых, "привычных" мест, "натягивая" связывающие их пружины. Разумеется, "пружинки" не могут растягиваться до бесконечности, В какой-то момент сила, с которой мы сгибаем палку, станет больше той, которую могут выдержать связи-пружинки. Тогда-то они начинают "лопаться", так как не могут больше удерживать соседние атомы. В свою очередь, каждая такая "пружинка" представляет собой как бы маленький аккумулятор энергии: когда ее натягивают, она заряжается, в момент разрыва — разряжается. Тогда энергия, ранее заключенная в натянутой "пружинке", резко высвобождается и расходится во всех направлениях в виде волн. Разумеется, одиночный разрыв связи дает столь малую порцию энергии, что она совершенно не заметна; если же одновременно лопаются тысячи или миллионы таких "пружинок" — это уже можно услышать. Мы часто встречаемся с формулировкой — "работает на пределе прочности". И всегда понимаем, что это значит: пройдет немного времени, и нужно будет идти в магазин за запасными частями. Сколько раз бывало, что желая сделать хороший лук, мы выгибали деревянную дугу так, что дерево почти трещало, а иногда и просто трескалось. Вот приложить бы к нашему луку аппарат, который зазвонил бы в момент, когда начинается превышение допускаемого предела прочности. Или к более нужному и важному предмету, чтобы предотвратить поломки... Именно так подумал немецкий изобретатель И. Кайзер и сконструировал в 1952 г. первый аппарат для обнаружения тресков — для улавливания порций энергии, расходящихся в ломающемся предмете. Довольно  позднее   появление   нужного для практики аппарата зависело попросту от развития электроники. Необходимы были материалы, которые позволили бы сделать элементы для такой аппаратуры: пьезоэлектрические датчики, усилители, фильтры и многие другие. Ведь человеческое ухо слышит лишь ничтожную часть звуковых волн, какие могут возникнуть в таком процессе. Электроника позволяет уловить их намного больше. Она дает возможность измерить то, чего мы никогда не могли бы услышать — от очень слабых звуков до звуков, чья частота во много раз превышает диапазон слышимости. Это позволяет измерить акустическую эмиссию — так были названы все эти трески, звуки и шумы, о которых мы столько говорили выше. Такая аппаратура из года в год становится все совершеннее: более точной и чувствительной. С ее помощью действительно улавливаются и записываются очень слабые звуки. Вы спросите, зачем? Если мы сумеем измерить очень слабые сигналы, то значит, сумеем ухватить и измерить начало процесса растрескивания тогда, когда лишь небольшое количество связей— “пружинок” не выдерживает напряжения. Это сигнал, что предмет практически еще не поврежден и может продолжать работу, но в то же время предостережение, что в нем начинают происходить "беспокойные" процессы. Применительно к деревянной дуге лука, это означает, что дальше сгибать ее ни в коем случае не следует. Теперь мы подошли к очередному этапу рассуждений. Как и где измеряют акустическую эмиссию? Каждый из вас, проезжая через промышленный город, видел огромные цилиндрические резервуары высотой и диаметром в несколько десятков метров, в которых под очень большим давлением хранится газ. Такие резервуары изготовляют из специального — очень толстого и очень прочного — листа и чрезвычайно тщательно предохраняют от всяких влияний. И это не удивительно: газ, находящийся в резервуаре под высоким давлением — это практически бомба. Если бы в листе образовалась даже самая маленькая трещина — последствия опасны. Среди многих способов не допустить такой возможности очень эффективным, хотя пока еще дорогостоящим, является применение аппарата для измерения акустической эмиссии (находит свое применение в автомобильной промышленности Limoservice Dortmund, в металлургии, в электронной промышленности всех передовых компаний). Резервуар просто "облепляют" датчиками, задача которых — уловить даже самые слабые шумы, сигнализирующие о начале образования трещины. Сигнал, уловленный хотя бы одним датчиком, автоматически включает сигнализацию тревоги и вызывает снижение давления газа в резервуаре. Потом находят место, где произошло ослабление листа и производят ремонт. Примеров подобных измерений можно привести очень много — начиная с огромных ядерных реакторов и кончая маленькими сантиметровыми участками исследуемого материала. А цель измерений важная: получить еще одну — отнюдь не лишнюю — информацию о состоянии объекта. И еще затем, чтобы оборудование повреждалось как можно реже, иными словами, чтобы нам не приходилось слишком часто делать новую дугу для лука. ГЖЕГОЖ СТАЖИНСКИИ Узнай больше: ppalichev.org