Американские физики разработали метод генерации звуковой волны в воде с использованием мощных лазерных импульсов, достигнув при этом максимальной возможной интенсивности.
Звук – это механические колебания, возникающие при распространении упругих волн с определенной частотой через среду. Громкость этих колебаний (их интенсивность) оценивается в децибелах: обычный разговор — около 55 дБ, шум двигателей взлетающего самолета — 120-130 дБ. Подобная волна сопровождается и резким давления — он увеличивается пропорционально интенсивности звука. Это устанавливает верхнюю границу достижимой громкости в конкретной среде, за которой она дестабилизируется. Для воздуха при атмосферном давлении этот предел равен примерно 194 дБ, для воды — 270 дБ.
Клаудиу Стэну (Claudiu Stan) и его коллеги из Национальной ускорительной лаборатории SLAC смогли достичь этой отметки. Для проведения эксперимента физики применяли микроскопические струйки воды (диаметром 14-30 мкм), подвергая их воздействию импульсов мощного рентгеновского лазера. Каждый импульс вызывал быстрое испарение небольшого объема воды и генерировал ударную волну. Отражаясь от границы струйки и накладываясь на себя, волна усиливалась. Этот процесс продолжался до тех пор, пока не был достигнут предел, доступный для водной среды – 270 дБ, после чего вода мгновенно превращалась в пузырьки, заполненные паром, которые затем схлопывались.
В статье, опубликованной Physical Review Fluids, Клаудиу Стэн и его коллеги утверждают, что данное исследование позволит глубже понять взаимодействие воды и микроскопических частиц, а также облегчит их управление. Эта задача приобретает особую важность в связи с развитием микрофлюидики (микрогидродинамика изучает поведение небольших образцов в миниатюрных объемах и потоках жидкости.