Naukowcy wydobyli najgłośniejszy możliwy dźwięk
Naukowcy z Centrum Liniowego Akceleratora Stanforda, znajdującego się na Uniwersytecie Stanforda wygenerowali najgłośniejszy z możliwych podwodnych dźwięków. Chociaż może się to wydawać czystą abstrakcją, to głośność dźwięku może mieć swój limit, który w istocie został przez naukowców osiągnięty.
Zespół naukowców dokonał tego niecodziennego osiągnięcia przy pomocy lasera rentgenowskiego LCLS, który wystrzelił drobne strumienie wody, tworząc ciśnienie akustyczne o wartości odpowiadającej ponad 270 decybelom. Dla porównania: 55 decybeli to dźwięk zwyczajnej mowy, 100 to piła łańcuchowa, 130 to dźwięk startującego samolotu, który potrafi wywołać ból w uszach, a koncert rockowy to hałas rzędu 150 decybeli. Dlatego podczas tego typu wydarzeń warto zadbać o zatyczki do uszu. W powietrzu dźwięk nie może osiągnąć większej wartości niż około 194 decybeli.
Jak powstaje najgłośniejszy dźwięk?
Skąd wiemy, że maksymalna wartość decybeli w wodzie wynosi 270? Otóż skala dźwięku jest fizycznie ograniczona, przez co można porównać go do ciepła. Zero jest najniższą możliwą temperaturą, ponieważ kiedy obiekt oddaje całe swoje ciepło, to jego cząsteczki przestają się poruszać. Z tego względu istnieje też górna granica temperatury, gdyż można podgrzać coś do milionów stopni, jednak w końcu ta rzecz będzie posiadać tak dużo energii, że jej atomy rozpadną się i dodanie jeszcze większej ilości energii doprowadziłoby tylko do powstania większej liczby cząstek subatomowych. Tak samo jest z dźwiękiem, który jest falą ciśnienia. Przy 0 decybelach nie ma fali ciśnienia, ale na drugim końcu tej skali - czyli 270 decybelach pod wodą, ta fala zaczyna się załamywać, przez co nie może powstać już głośniejszy dźwięk.
Opisywane zjawisko zachodzące w wodzie pokazuje poniższa animacja:
Po wystrzeleniu mikrostrumieni wody z lasera rentgenowskiego te uderzyły w wodę, która odparowała, tworząc falę uderzeniową. Fala następnie przeszła przez mikrostrumień i stworzyła "kopię" siebie, co doprowadziło do powstania ciągu fal o naprzemiennych strefach wysokiego i niskiego ciśnienia. W efekcie powstał wyjątkowo głośny podwodny dźwięk. Kiedy natężenie dźwięku pod wodą przekracza dany próg, to w wodzie powstają pęcherzyki wypełnione parą, która natychmiast zapada się w procesie tzw. kawitacji. Laser rentgenowski generuje falę dźwiękową o ciśnieniu tuż poniżej progu rozpadu, co skutkuje wydobyciem najgłośniejszego podwodnego dźwięku, jaki jest tylko możliwy. Co ciekawe do wytwarzania zjawiska kawitacji, czyli tworzenia pęcherzyków w wodzie, są zdolne krewetki, które atakują w ten sposób inne organizmy.
Co to odkrycie oznacza dla ludzi?
Czy to odkrycie ma jakieś praktyczne znaczenie dla ludzi? Okazuje się, że tak i być może nie skończy zaledwie jako akademicka ciekawostka. Jeśli naukowcom uda się poznać jeszcze dokładniej ciągi fal uderzeniowych, to być może uda się też odnaleźć środki, które pozwolą na ochronę miniaturowych próbek poddawanych analizie w skali atomowej wewnątrz strumieni wody przed uszkodzeniami. Takie rozwiązanie może mieć duże znaczenie podczas opracowywania leków i materiałów.
Źródło: Newatlas
