Сонолюминесценция: 2. Поведение пузырька

Пузырек резко вырастает в размере в фазе отрицательного давления («растяжение жидкости»), а затем, схлопываясь в фазе положительного давления, порождает вспышку света
Пузырек резко вырастает в размере в фазе отрицательного давления («растяжение жидкости»), а затем, схлопываясь в фазе положительного давления, порождает вспышку света

Типичная частота ультразвуковой волны, которую используют для получения сонолюминесценции, — 20 кГц. Период звукового колебания составляет 50 мкс. Это тот темп раздувания и сжатия пузырька, который задает внешнее воздействие. Вдобавок к этому, у пузырька есть и период своих собственных колебаний — он задается капиллярным временем, про которое мы рассказывали на страничке про микросекундные явления. Этот период зависит от размера пузырька, и для микронных размеров он составляет считаные микросекунды — намного меньше, чем период внешнего воздействия.

На рисунке показано, как с течением времени меняется размер пузырька под действием ультразвука. В фазе разрежения он вырастает в десяток раз, а в фазе сжатия — схлопывается. Однако после первого удара он не исчезает, а как бы несколько раз отскакивает под большим давлением, быстро сжимаясь и расширяясь. Оба периода отлично видны на этом графике: и темп, задаваемый внешней звуковой волной, и гораздо более частые собственные колебания пузырька.

Чтоб не возникало впечатления, что это лишь теоретические домыслы, вот реальные экспериментальные результаты по измерению радиуса пузырька на разных этапах его сжатия.

Поведение пузырька на разных временных интервалах

Поведение пузырька на разных временных интервалах: на масштабе одного периода, десятки мкс (слева), на масштабе собственных колебаний пузырька, единицы мкс (справа вверху), и в момент максимального сжатия, десятки нс (справа внизу). Изображение из статьи B. Barbera et al., 1997. Defining the unknowns of sonoluminescence


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»