明明是“超声”清洗,咋还在“滋滋”作响?
超声清洗 , 即利用超声波对物体表面进行清洁 , 相信大家都不陌生 , 无论是生活中还是工业上 , 都有相当广泛的应用 。
沉(shan)迷(chang)实(mo)验(yu)的小编更是天天在与超声清洗机打交道 , 其为我们清洁各种实验器材立下了汗马功劳 。
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但超声清洗机有一个缺点 , 就是它工作时真的好吵……
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我们在初中二年级就学过 , 超声波是频率超过20kHz的声波或振动 , 属于人耳无法听到的频率范围 。
既然理应无法听到 , 那为何其工作时还会发出刺耳的“滋滋”声 , 这个声音又是从哪里产生的呢?
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01
再度认识声波
想要探索清楚这个问题 , 首先要对其中的主角——声波有一个清晰的认识 。下面我们就来回顾一下初中二年级时学过的那些声学知识 。
声波是一种机械波 , 声源处的质点产生振动 , 通过介质(气体、固体、液体)向周围传播 。
如果质点振动的方向与波的传播方向平行 , 则称其为纵波 , 机械纵波在气体、液体、固体中均能传播 。
纵波传播示意图(质点左右振动 , 波向右传播)
如果质点振动的方向与波的传播方向垂直 , 则称其为横波 。由于传播机械横波需要介质具备切变弹性 , 故机械横波只能在固体中传播 。
一般情况下我们会用频率、振幅等物理量去描述一个波 。对应于声波 , 其频率、振幅决定了声音的音调和响度 。
音调由声波的频率(单位:赫兹 Hz)决定 , 频率越大 , 音调越高;
响度由声波的振幅决定 , 响度的单位是分贝(dB) , 振幅越大 , 响度越大;
人耳可听到的声音频率范围为20Hz~20kHz , 根据这个范围 , 我们定义了次声波(频率低于20Hz的声波)和超声波(频率高于20kHz的声波) 。
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声波在不同介质中的传播速度是不一样的 , 常温常压下 , 声波在固体中的传播速度最快 , 其次是液体 , 气体最慢 。
由于液体比气体拥有更好的传声效果 , 所以超声清洗机在工作时需要加入液体作为传播介质 , 以达到更好的清洁效果 。
02
回顾完声波的相关知识 , 下面我们就来看看如此高频的声波作用于这一池液体时 , 发生了什么奇特的现象 。
小编通过观察实验室里那台超声清洗机 , 发现机器工作时 , 液体表面出现了波纹 , 而且原本没有气泡的液体出现了许多颤动的气泡 。
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仅凭肉眼似乎看不出什么端倪 , 这时候就得上点道具了……
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图源:制造原理
真是惊掉耳朵!表面看似是一直在颤动的气泡 , 居然经历了一个从中间向内凹陷 , 而后穿孔 , 最终破裂成无数个小气泡的过程 。
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