СВЕТ, рожденный ЗВУКОМ Об одном удивительном явлении, обнаруженном около двадцати лет назад

Ivan Lomachenkov-HST2001 Введение Если поместить маленький воздушный пузырек внутрь 100 мл колбы, заполненной водой, и подвергнуть его облучению звуковыми волнами, то при определенных условиях пузырек неожиданно сжимается, и начинает излучать видимый свет. Это явление получило название сонолюминесценции (L.A.Crum and D.F.Gaitan, University of Mississippi, USA). To foto setup

Ivan Lomachenkov-HST2001 Каков механизм явления? После того, как пузырек будет захвачен звуковым полем, то при падении звукового давления радиус шарика начинает расти примерно до 50 мкм. Далее звуковое давление начинает возрастать, и именно в этот момент шарик резко схлопывается. При этом его радиус уменьшается до микрона и меньше. Именно в момент схлопывания и происходит вспышка света. To foto setup

Ivan Lomachenkov-HST2001 Чисто визуально нельзя заметить, что идут вспышки света, свечение воспринимается как непрерывное. Специальные исследования показали, что на самом деле это действительно вспышки, причем чрезвычайно короткие – примерно 50 пикосекунд. Еще более удивительным представляется тот факт, что вспышки следуют одна за другой строго периодически- примерно через каждые 3 микросекунды (B.Barber, S.Putterman, University of California, USA). To foto setup

Ivan Lomachenkov-HST2001 Условия эксперимента и некоторые параметры установки Для опыта необходимо использовать дегазированную воду – растворенный в воде воздух мешает наблюдать явление. Для этого воду нужно кипятить в колбе примерно 20 минут, а затем охладить. Поскольку в данном опыте наблюдается превращение энергии электрических колебаний в энергию звуковых колебаний, то эффект имеет резонансный характер. Электрическая часть установки, кроме звукового генератора, содержит катушку индуктивности и пьезокерамические преобразователи, которые наклеиваются на поверхность колбы-резонатора объемом около 100 мл. Емкость используемых преобразователей составляет 5-10 нФ. Зная скорость звука в воде и размеры колбы, нетрудно оценить резонансную частоту – примерно 27 кГц. To foto setup

Ivan Lomachenkov-HST2001 На донышко колбы-резонатора наклеивается микрофон – маленький кусочек пьезокерамики, сигнал с которого подается на осциллограф, что позволяет настраивать систему в резонанс. Увеличивая мощность накачки генератора, и плавно изменяя частоту звукового поля вблизи резонанса, прежде всего необходимо добиться состояния левитации пузырька в центре колбы. Дальнейшее увеличение уровня накачки позволит наблюдать свечение пузырька. To foto setup

Ivan Lomachenkov-HST2001 Некоторые теоретические аспекты явления сонолюминесценции Хотя обсуждаемое явление изучается на протяжении более двух десятков лет, здесь, тем не менее, больше вопросов чем ответов: Какой свет излучает пузырек, поскольку вода поглощает все излучения с длинами волн, более короткими, чем ультрафиолет? Какова реальная температура внутри пузырька в момент его схлопывания? Наивная оценка по длине волны излучения 200 нм дает не менее 70 тысяч градусов. Почему эффект зависит от небольшой примеси инертного газа, например, аргона?

Ivan Lomachenkov-HST2001 В каком состоянии находится вещество внутри пузырька в момент вспышки? Действительно ли, что это может быть высокотемпературная плазма в соответствии с выводами некоторых теоретических моделей? На чем основана потрясающая стабильность излучения, превышающая стабильность кварцевых генераторов? Эти и другие вопросы ждут своего ответа

Ivan Lomachenkov-HST2001 Благодарности Данный эксперимент был реализован несколько лет назад в лицее Дубна учащимися 11-го ф/м класса при всесторонней помощи сотрудников ИФТП Минатома России М.Миллера и А.Сермягина, за что мы выражаем им свою признательность. Благодарим также сотрудников компанииИнтерграфика за компьютерную анимацию эксперимента.

Ivan Lomachenkov-HST2001 Animation To foto setup 1st small experiment: 2nd small experiment: 3rd small experiment: 4th small experiment:

Ivan Lomachenkov-HST2001 The experiment