Как ультразвук разбрасывает частицы экспресс
В стакане с водой ультразвук рождает крошечные пузырьки. Они то растут, то сжимаются, а иногда резко схлопываются, как лопающийся мыльный пузырь, только в тысячи раз быстрее. Рядом с такими пузырьками плавают мелкие частицы — например, шарики никеля размером с пылинку. Пузырёк при каждом движении толкает их, как пловец, который бьёт по воде и разгоняет вокруг себя волны.
Чтобы увидеть эти толчки, учёные использовали рентгеновские лучи от ускорителя частиц. Они делали снимки каждые несколько микросекунд — быстрее, чем моргает глаз. По снимкам видно, как частица отлетает от пузырька. Измерив скорость и расстояние, исследователи посчитали энергию. Оказалось, когда пузырёк просто колеблется, он отдаёт частице около 16% своей энергии — это как если бы пловец передал часть силы волне, которая толкнула мячик. А когда пузырёк схлопывается, частице достаётся уже 26% энергии. Схлопывание — самый мощный толчок.
Такие толчки нужны не просто так. Благодаря им частицы разлетаются по всей жидкости и не слипаются в комки. Это помогает делать краски, кремы, композитные материалы и даже тонкие слои для электроники. Если научиться управлять энергией пузырьков, можно будет точнее смешивать вещества и создавать новые материалы.
Так ультразвук превращается в невидимую руку, которая аккуратно и быстро расставляет частицы по местам. И теперь понятно, сколько именно сил уходит на эту работу.
Схлопывание пузырька в жидкости может создавать температуру в тысячи градусов — как на поверхности Солнца, но на крошечный миг.