研究人员在微小的水射流中产生世界上最响的声音 (2)铁竹堂

研究人员在微小的水射流中产生世界上最响的声音

美国的研究人员已经产生了最响亮的声音 - 用于科学。该团队使用强大的X射线激光喷射水射流，产生略高于270分贝的压力波。

在用X射线激光喷射微小的水射流后，研究人员观察到左右移动的冲击波列离开微泡填充区域 图片来源：Claudiu Stan / Rutgers University Newark。在用X射线激光喷射微小的水射流后，研究人员观察到左右移动的冲击波列离开微泡填充区域。图片来源：Claudiu Stan / Rutgers University Newark。

使一个声音看起来比另一个声音更大的是从声源向听者推动的能量。这种能量通过空气以压力变化的形式传递。和任何形式的能量一样，我们可以测量这种压力波，以便客观地确定响度。

声级计以称为分贝的单位测量声强，这是由Alexander Graham Bell首先设计的。这是一个对数刻度，意味着它以十的幂增加。因此，每增加10dB就相当于声音强度增加10倍。这也意味着100db声音比10dB声音强大约10亿倍，而强度不是10倍，这就是线性音阶的情况。

然而，声音强度与响度不对应。dB标度是对数的原因是这就是我们耳朵的工作方式。声音强度每增加10dB就相当于响度加倍。因此，虽然100dB比10dB声音强10亿倍，但它只有512倍的声音。

为了了解dB标度，10dB与附近的落叶一样响亮，40dB是安静的通话，100dB是近距离操作的手提钻，110db是喷气发动机在100米处起飞，140dB是公鸡鸣叫在你旁边。在最响亮的动物，然而，是蓝鲸，它可以使声音几乎达到190分贝。

但是，即使是蓝鲸也不能与SLAC和斯坦福大学的职员科学家Gabriel Blaj和罗格斯大学纽瓦克分校的Claudiu Stan最近进行的实验所产生的响应相匹配。研究人员使用SLAC的Linac相干光源X射线激光器来切割直径仅为14至30微米的微型水射流。短脉冲非常强烈，它们使水蒸发，产生冲击波，在交替的高压区和低压区穿过射流。

声音有多大是有限的。对于空气来说，这个限制是194dB - 任何比这更大的空气，空气开始从所有能量中分解出来。然而，在水下分子被破坏之前，水下的东西可以达到270dB。

“振幅和强度受限于波浪通过空化破坏其自身的传播介质，因此喷射中的这些超声波是可以在液态水中产生的最强烈的传播声音之一。作者在物理评论流体杂志上写道，初始冲击的压力在较薄的喷流中呈指数衰减，速度更快，衰减长度与射流直径成正比。

除了打破世界纪录，这项新研究也具有一定的实用价值。在未来，这些发现可以帮助科学家设计方法，以保护在水射流内进行原子尺度分析的微型样品。

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