Ученые достигли предела громкости звука в воде

Звуком мы называем механические колебания, вызванные прохождением через среду упругих волн определенной частоты. Их интенсивность (громкость) оценивают в децибелах: обычный разговор — около 55 дБ, шум двигателей взлетающего самолета — 120-130 дБ. Распространение такой волны несет с собой и скачок давления — тем больший, чем громче звук. Это накладывает теоретический предел громкости, которой можно достичь в той или иной среде, — последний уровень, после которого она разрушается. Для воздуха при атмосферном давлении он составляет около 194 дБ, для воды — 270 дБ. 

Достичь этого предела удалось Клаудиу Стэну (Claudiu Stan) и его коллегам из Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Для этого физики использовали микроскопические (14-30 мкм в диаметре) струйки воды, воздействуя на них импульсами мощного рентгеновского лазера. Каждая такая вспышка вызывала моментальное испарение небольшого объема воды и создавала ударную волну. Отражаясь от границы водной струйки и накладываясь сама на себя, эта волна усиливалась. Происходило это до тех пор, пока не превышала доступный для водной среды предел в 270 дБ, после которого вода моментально превращалась в заполненные паром пузырьки, тут же коллапсирующие.

В статье, опубликованной Physical Review Fluids, Клаудиу Стэн и его соавторы отмечают, что эта работа позволит больше понять взаимодействие воды и микроскопических частиц и поможет лучше ими манипулировать. Эта задача становится особенно актуальной по мере прогресса микрофлюидики (микрогидродинамики) — исследования миниатюрных проб в крошечных объемах и потоках жидкости.