4.7.2. С в е т о г и д р а в л и ч е с к и й  удар.

     Советские физики (А.М.Прохоров,  Г.А.Аскарьян и Г.П.Шапи-
ро) установили, что мощные гидравлические волны можно получить
используя луч  квантового генератора (открытие N65).  Если луч
мощного квантового генератора пропустить через  жидкость,   то
вся энергия луча поглотится в жидкости,  приводя к образованию
ударных волн с давлением,  доходящим до миллиона атмосфер. Это
открытие находит,  кроме обычных областей применения гидравли-
ческих ударов,  очень широкое применение микроэлектронике, для
условий особо чистых поверхностей, для обработки таких матери-
алов и изделий, которые исключают пр электродов и т.д. Исполь-
зуя светогидравлический эффект,  можно издалека, дистанционно,
возбуждать в жидкости гидравлические импульсы с  помощью  луча
света (см. также 17.7).
    4.8. K а в и т а ц и я.

     Кавитацией называется  образование  разрывов   сплошности
жидкости в результате местного понижения давления.  Если пони-
жение давления  происходит  вследствии  возникновения  больших
местных скоростей  в потоке движущейся капельной жидкости,  то
кавитация называется гидродинамической, а если вследствие про-
хождения в жидкости акустических волн, то акустической.

    4.8.1. Гидродинамическая кавитация
     Возникает в тех участках потока,  где давление понижается
до некоторого критического значения. Присутствующие в жидкости
пузырьки газа или пара,  двигаясь с потоком жидкости и попадая
в облать давления меньше критического, приобретает способность
к неограниченному росту.  После перехода  в  зону  пониженного
давления рост   прекращается  и пузырьки начинают уменьшаться.
Если пузырьки содержат достаточно много газа,  то при достиже-
нии ими минимального радиуса, они восстанавливаются и соверша-
ют несколько циклов затухающих колебаний,  а если мало, то пу-
зырек схлопывается полностью в первом цикле.
     Таким образом,    вблизи   обтекаемого   тела   создается
кавитационная зона, заполненная движущимися пузырьками. Сокра-
щение кавитационного пузырька происходит с большой скоростью и
сопровождается звуковым   импульсом,   тем более сильным,  чем
меньше газа содержит пузырек.  Если степень развития кавитации
такова, что  возникает и захлопывается множество пузырьков, то
явление сопровождается сильным шумом со  сплошным  спетром  от
несколько сотен   герц до сотен кгц.  Спектр расширяется в об-
ласть низких частот по мере увеличения  максимального  радиуса
пузырьков.

     Если бы  жидкость была идиально однороной,  а поверхность
твердого тела,  с которым она граничит идеально  смачисваемой,
то разрыв происходил бы при давлении более низком,  чем давле-
ние насыщенного паражидкости,  при котором жидкость становится
нестабильной. Теоретическая    прочность  воды на разрыв равна
1500 кг/см. реальные жидкости менее прочны. Максимальная проч-
ность на разрыв тщательно очищенной воды, достигнутая при рас-
тяжении воды при 10 град. составляет 260 кг/см. Обычно же раз-
рыв наступает    при  давлениях,   насыщенного  пара.   низкая
прочность реальных жидкостей связана с наличием в них так  на-
зываемых кавитационных  зародышей - плохо смачиваемых участков
твердого тела,  твердых частиц, частиц, заполненных газом мик-
роскопических газовы предохраняемых от растворения мономолеку-
лярными органическими оболочками, ионных образований, возника-
ющих под действием космических лучей.
   
     Увеличение скорости  потока  после начала кавитаци влечет
за собой быстрое возрастание  числа  развивающихся  пузырьков,
вслед за чем происходит их обьединение в общую кавитациверну и
течение переходит в струйное.
   
     Для плохо обтекаемых тел,  обладающих  острыми  кромками,
формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро.
наличие кавитации неблагоприятно сказывается на работе гидрав-
лических машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов и зас-
тавляет принимать меры к избежанию кавитации.  Если это оказы-
вается невозможным,    то  в некоторых случаях полезно усилить
развитие кавитации,  создать так называемый режим "суеркавита-
ции", отличающийся    струйным характером обтекания и применив
специальное профилирование лопастей,  обеспечить благоприятные
условия работы  механизмов.  Замыкание кавитационных пузырьков
вблизи поверхности обтекаемого тела часто приводит к  разруше-
нию поверхности,-  так называемой кавитационной эрозии.  Чтобы
избежать захлопывание кавитационных пузырьков,  надо подать  в
область пониженного  давления какой-нибудь газ,  например воз-
дух.

     Так сделали специалисты Гидропроекта.  Они  построили  на
водосбросе Нурекской  плотины в области максимальной кавитации
искуственный трамплин,  создав тем самым большую зону понижен-
ного давления,  которую соединили с атмосферой. Теперь кавита-
ция засасывала воздух из атмосферы и сама себя разрушила.

   Очень часто используют происходящие при кавитации  разруше-
ния для ускорения различных технологических процессов.

   А.с. N 443663: Способ приготовления грубых кормов, включаю-
щий обработку их раствором щелочи,  отличающийся тем,   что  с
целью размягчения и ускорения влагонасыщения корма,  обработку
его осуществляют в кавитационном режиме.

    4.8.2. Акустическая кавитация.

   Это образование и захлопывание полостей и жидкости под воз-
действием звука.  Полости образуются в результате разрыва жид-
кости во время полупериодов сжатия. Полости заполнены в основ-
ном насыщенным  паром данной жидкости,  поэтому процесс иногда
называется паровой кавитацией в отличие от  газовой  кавитаци-
иинтенсивных нелинейных   колебаний газовых (обычно воздушных)
пузырьков в звуковом поле,  существовавших в жидкости до вклю-
чения звука.  Если газовая кавитация может протекать с большей
или меньшей интенсивностью при любых значениях амплитуды  дав-
ления звуковой волны, то паровая лишь при достижении некоторо-
го критического значения амплитуды давления,  так  называемого
кавитационного порога.  Величина этого порога - от давленияна-
сыщенного пара жидкости до нескольких десятков  и  даже  сотен
атмосфер (в   зависимости от содержания в жидкости зародышей).
Эксперементально установлено,  что величина порога  завист  от
многих факторов.   Порог повышается с ростом гидростатического
давления, после  обжатия жидкости высоким (порядка 1000  атм.)
статистическим давлением,при   обезгаживании и охлаждении жид-
кости, с ростом частоты звука и с уменьшением продолжительнос-
ти озвучивания.  Порог выше для бегущей, чем для стоячей воды.
   
   При захлопывании  сферической  полости давление в ней резко
возрастает, как  при взрыве, что приводит к излучению импульса
сжатия. Давление  при захлопывании особенно велико при кавита-
ции на низких частотах в обезгаженной жидкости с малым  давлен
насыщенного пара.   Если увеличить содержание газа в жидкости,
то диффузия газа в полости  усилится,   захлопывание  полостей
станет неполным   и подьем давления при захлопывании - неболь-
шим. При содержании газа в жидкости выше 50% от насыщения воз-
никает кавитационное   обезгаживание  жидкости - образование и
всплывание газовых пузырьков и вырождение паровой кавитации  в
газовую. Если образовавшиеся паровые пузырьки колеблются вбли-
зи границы с твердым телом,  около них  возникают  интенсивные
микропотоки. Появление кавитации ограничивает дальнейшее повы-
шение интенсивности звука,  излучаемого в жидкости, что влечет
за собой снижение нагрузки на излучатель.
   
   Акустическая кавитация вызывает ряд эффектов. часть из них,
например, разрушение и диспергирование твердых тел, эмульгиро-
вание жидкостей, очистка - обязаны своим происхождением ударам
при захлопывании полостей  и  микропотокам  вблизи  пузырьков.
Другие эффекты (например, вызывает и ускоряет химические реак-
ции) связаны  с ионизацией при образовании полостей. Благодаря
этим эффектам акустическая кавитация находит все более широкое
применение для создания новых  и  совершенствования  известных
технологических процессов. Большинство практических применений
ультразвука основано на эффекте кавитации.

    В А.с.  200981 описывается установка, использующая в своей
работе явление  кавитации.  Назначение установки - снятие зау-
сенцев с деталей самой различной формы.  Деталь  помещается  в
жидкость под  высоким давлением,  насыщенную мельчайшими абра-
зивными частицами.  При  возбуждении  в  жидкости  интенсивной
акустической кавитации заусеницы отделяются от деталей; вдоба-
вок деталь очищается от стружки и масла не только на  открытых
поверхностях, но и глубоких отверстиях.

   А.с. 285394:   Способ  создания  кавитации в жидкости путем
возбуждения непрерывных колебаний звуковой или  ультразвуковой
частоты, отличающийся  тем,  что с целью поваышения эрозионной
активности жидкости возбуждают в  полупериод  сжатия  дополни-
тельный пиковый   импульс  сжатия,  соответствующий по времени
концу фазы расширения или началу фазы захлопывания кавитацион-
ных полостей.

   А.с. 409569:  Способ детектирования радиоактивных излучений
по их воздействию на протекание акустической кавитации в  жид-
котях, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности де-
тектирования, в    кавитирующее  акустическое  поле   помещают
тест-образец, определяют  степень его эрозии, по изменению ко-
торой судят об интенсивности радиоактивного излучения.

   А.с. 446757: Способ получения теплофизической метки, напри-
мер, для измерения расхода путем воздействия излучением на ис-
следуемый поток, отличающийся тем, что с целью расширения диа-
пазона измеряемых  сред,  воздействуют на контролируемый поток
ультразвуковым полем с интенсивностью выше  порога  кавитации,
фокусируют звуковые  волны в локальную область,  создают крат-
ковременный процесс кавитации и получают теплофизическую неод-
нородность за счет продуктов кавитации.

    4.8.3. Сонолюминисценция.

     В момент захлопывания кавитационного пузырька наблюдается
его слабое свечение,  причиной этого явления является нагрева-
ние газа в пузырьке, обусловленное высокими давлениями при его
схлопывании. Вспышка  может длиться от 1/20 до 1/1000 сек. Ин-
тенсивность света зависит от колличесва газа в пузырьке:  если
газ в пузыорьке отсутствует,  то свечение не возникает. Свето-
вое излучения   пузырька  очень слабо и становится видимым при
усилении или в полной темноте.



                     Л И Т Е Р А Т У Р А


К 4.1. М.И.Шлионис, Магнитные жидкости. УФН. 1974, т.112.
       авп. 3, стр.427
       Н.З.Френкель, Гидравлика, М.-Л, 1956.
       М.Д.Чертоусов, Гидравлика, М., 1957.

К 4.2. З.П.Шульман и др., Электрореологический эффект, Минск,
       "Наука и техника", 1972.

К 4.3. И.М.Холостников, Теория сверхтекучести,
                        М., "Наука", 1977.
       А.Роуз, Техника низкотемпературного эксперимента, М.,
       "Мир", 1966.

К 4.4. Л.Лодж, Эластические жидкости, М., "Наука", 1969.
       Физика ударных волн и высокотемпературных явлений,
       М., 1963.
       В.Н.Дмитриев, Основы пневмоавтоматики,
       М., "Машиностроение", 1973.
       Ю.Иванов, Была ли дырка в ванне Архимеда?
       "Техника молодежи", 1972, стр.40.
       А.Альтшуль и др., Визревые воронки, "Наука и жизнь",
       1968, N'7.

К 4.6. М.П.Малков, Справочник по физико-химическим основам
       глубокого охлаждения, М.-Л., 1963.

К 4.7. Н.Е.Жуковский, "О гидравлическом ударе в водопроводных
       кранах", М.-Л., 1949.
       М.А.Мостков и др., "Расчеты гидравлического удара",
       М.-Л., 1952.
       Г.В.Аронович и др.,"Гидравлический удар и уравнительные
       резервуары", М., "Наука", 1968.
       Л.А.Юткин, "Электрогидравлический эффект", М.,
       "Машгиз", 1955.

К 4.8. Л.Родзинский, "Кавитация против кавитации", "Знание -
       сила", N'6, 1977, с.4.
       Н.А.Рой, Возникновение и протекание ультразвуковой
       кавитации, Акустический журнал, 1957, вып.I.
       И.Пирсол, "Кавитация", М., "Мир", 1975.

    5. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ

    5.1. Механические колебания.

     Колебаниями называют процессы,  точно или  приблизительно
повторяющиеся через  одинаковые промежутки времени.  По своему
характеру колебания подразделяют на:

    5.1.1. Свободные /или собственные/.

     Свободные колебания - представляют собой колебания,   со-
вершаемые системами,  представленными самим себе, около своего
положения равновесия.  Для возбуждения  собственных  колебаний
требуется определенное количество энергии. Частота собственных
колебаний определяется целиком свойствами самой системы.

     А.с. 245 419: Способ определения главных центральных осей
и моментов   инерции  геометрической  фигуры,  имеющей сложные
очертания, путем измерения периода колебания пластинки, данной
фигуре, отличающейся  тем,  что с целью повышения точности,  в
ластинке просверливают три отверстия,  не лежащие не на  одной
прямой, протягивают через два из них нить, натягивают ее гори-
зонтально и измеряют период колебания пластинки,  затем протя-
гивают нить через вторую пару отверстий и также измеряют пери-
од колебания пластинки,  и по  измеренным  периодам  колебаний
подсчитывают значения   осевых и центробежных моментов инерции
относительно центральных осей инерции фигуры.

     А.с. 280 014: Способ определения координат центра тяжести
механической системы,  заключающейся в том, что к системе поо-
чередно прикладывают движущие моменты,  и по величине этих мо-
ментов в  зависимости от веса системы определяют координаты ее
центра тяжести,  отличающийся тем,  что с целью повышения точ-
ности измерения при ограниченных углах поворота системы,  дви-
жущие моменты,  прикладываемые к системе, изменяют по гармони-
ческому закону,   с постоянной амплитудой на двух различных по
частоте колебаний режимах,  измеряют движущие моменты при про-
хождении системой нулевого положения и некоторого произвольно-
го выбранного другого положения,  отличного от нулевого,  и по
величине этих моментов в зависимости от частоты колебания сис-
темы и ее веса определяют координаты центра тяжести.

     А.с. 288 383:  Способ измерения натяжения движущейся маг-
нитной ленты в лентопротяжных механизмах по частоте ее колеба-
ний, отличающийся   тем,   что  с  целью  повышения  точности,
регистрируют крутильные   колебания ленты вокруг ее продольной
оси, и  по частотному спектру колебаний определяют среднюю ве-
личину натяжения ленты.

     Свободные колебания из-за непрерывного расхода энергии на
преодоление сил трения,  всегда являются затухающими. Скорость
затухания определяется характеристиками среды,  в которой про-
исходят колебания.

     А.с. 246 101:  Способ измерения массового расхода жидкос-
тей и  газов путем сообщения колебаний участку трубопровода со
средой, отличающийся тем, что с целью повышения точности изме-
рения, участку трубопровода сообщают периодические колебания и
измеряют время затухания свободных колебаний участка трубопро-
вода между   двумя фиксированными уровнями колебаний,  обратно
пропорциональное количеству прошедшей за это время среды.

     А.с. 274 276:  Способ измерения давления, воспринимаемого
индикатором в виде кварцевой пластинки отличающийся тем, что с
целью повышения чувствительности и надежности измерения,  ука-
занную пластинку приводят в резонансное колебание и по измене-
ниям ее импеданса и декремента затухания судят  о  воспринятых
ее давлениях.

     А.с. 348945: Способ определения содержания в яйце плотной
жидкой фракци,  отличающийся тем, что с целью сохранения плот-
ности яйца и сокращения продолжительности проведения процесса,
содержания плотной жидкой фракции в яйце определяют  по  числу
колебаний его содержимого путем воздействияна яйцо маятниковых
маятниковых колебаний до заданной амплитуды затухания и после-
дующего пересчета полученного числа колебаний по предваритель-
но построенной калибровочной кривой на  содержание  плотной  и
жидкой фракции яйца.

     5.1.2. В  ы  н  у ж д е н н ы е колебания совершаются под
действием внешней периодической /или почти периодической/  си-
лы, например,   колебания мембраны микрофона, барабанной пере-
понки уха,  ударного элемента отбойных молотков, пластины маг-
нитострикционного преобразователя   ультразвуковых  агрегатов.
Частота вынужденных колебаний равна частоте вынуждающей  силы,
а амплитуда колебаний зависит от свойств системы.

     А.с. 271 868:  Способ автоматического контроля начала об-
разования неразрушаемой структуры бетонной смеси при виброфор-
мировании путем   фиксации  момента изменения свойств бетонной
смеси, отличающийся  тем, что с целью повышения точности изме-
рения, определяют  момент совпадания величин амплитуд вибрации
бетонной смеси и стола виброплощадки.
   
     А.с. 301 551:  Способ измерения массы, включающий опреде-
ление параметров колебания, отличающийся тем, что с целью точ-
ного измерения и исключения влияния внешних  механических  по-
мех, например,      при  контроле  массы  рыбы  загружаемой  в
консервную банку на плавучем рыбоконсервном заводе, на измеря-
емую упруго подвешенную массу периодически воздействует возму-
щающей силой с частотой,  отличающейся от частоты помех  и  по
амплитуде вынужденных колебаний, возникающих при этом, судят о
величине массы.

     А.с. 560 563:  Способ контроля выдаиваниявымени  животных
при машинном доении,  включающий определение степени опорожне-
ния вымени по изменениям физических свойств его с помощью  из-
вестных устройств,    отличающийся тем,  что с целью повышения
точности контроля, определения степени опорожнения долей выме-
ни ведут  по изменению уровня и частоты акустических колебаний
возникающих в них.

     Вынужденные колебания,  возбуждаемые в  системе  внешними
силами, часто  приводят к интенсификации многих, технологичес-
ких процессов.

     А.с. 460 072: Способ распыления жидкостей, по которому на
распыляемую жидкость   накладывают высоко частотные колебания,
отличающийся тем, что с целью повышения эффективности распыле-
ния, применяют  последовательное наложение колебаний различных
частот.

     А.с. 512 893:  Способ электроэрозионной обработки с пода-
чей в   межэлектродный  зазор одновременно с рабочей жидкостью
нейтрального газа,  отличающийся тем, что с целью интенсифика-
ции процесса, газ вводят в пульсирующем режиме с частотой 0,15
-0,2 Гц.

     Патент США 3 467 331: Способ разматывания ленты, заключа-
ющийся в том, что участок ленты, сматывающейся с подающего ру-
лона, приводят в колебания, под действием которого преодолева-
ется сила сцепления между витками ленты подающего рулона.

     Если на    сверло    наложить    в   процессе   сверления
возвратопоступательные колебания,  направленные вдоль его оси,
то процесс  сверления намного упрощается,  так как сверло мно-
гократно /с частотой колебания/ как бы возвращается в исходное
положение, поэтому  его не уводит, трение уменьшается, повыша-
ется чистота поверхности сверления.
    
     5.1.3. Особую роль в колебательных процессах играет явле-
ние р е з о н а н с а  -  резкого возрастания амплитуды вынуж-
денных колебаний,    наступающего   при   приближении   частот
собственных и вынужденных колебаний системы. Явление резонанса
используется для интенсификации различных технологических про-
цессов.

     А.с. 119 132: Вибрационный транспортер, выполненный ввиде
желоба или трубы с размещенными вдоль них с определенным шагом
вибраторами, отличающийся   тем,  что с целью уменьшения коли-
чества вибраторов,  приводящих транспортер, часть из них заме-
нена подпружиненными реактивными массами, настроенными в резо-
нанс со всей колеблющейся системой.

     А.с. 508 543:  Способ  обработки  металлических  изделий,
включающий нагрев  до температуры отпуска с одновременным при-
ложением механической вибрации,  отличающийся тем, что с целью
предотвращения образования усталостных трещин и интенсификации