9
Календарь конференций
  • 22 – 28 августа

    19 Международная Ломоносовская конференция по физике элементарных частиц

  • 12 – 13 сентября

    47-ая Международная научно-практическая конференция «Татуровские чтения», посвященная 90-летию профессора А.Д. Шеремета

  • 13 – 15 сентября

    III всероссийская молодежная школа-конференция с международным участием «Молекулярные механизмы регуляции физиологических функций»

  • 8 октября

    Пленарное заседание Седьмого Международного семинара «Беспозвоночные в коллекциях зоопарков и инсектариев»

  • 14 – 15 октября

    Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике

  • 5 – 6 ноября

    Международная конференция «Язык. Мысль. Текст»

  • 21 – 24 ноября

    VIII Международная конференция-конкурс «Инновационные информационно-педагогические технологии в системе ИТ-образования»

  • 21 – 22 ноября

    Международная научная конференция Хачатуровские чтения - 2019 «Устойчивое развитие и новые модели экономики"

  • 4 – 7 декабря

    XLV Международная конференция Общества по изучению культуры США "Иммиграция и американская культура - Immigration and American Culture"

Все конференции

Акустическая радиационная сила

Совместные исследования физиков из Московского государственного университета и Университета штата Вашингтон (США) открывают новые перспективы использования радиационной силы ультразвуковых волн.

Волны любой природы переносят не только энергию, но и количество движения (импульс). Если волна при распространении встречает какой-нибудь рассеивающий или поглощающий объект, ее количество движения изменяется, частично передается объекту, в результате чего на препятствие начинает действовать сила. Она называется «радиационной силой». Эта сила физикам хорошо известна, прежде всего, применительно к оптическим волнам. Она пропорциональна мощности волны, причем в случае одномерного распространения коэффициент пропорциональности равен 1/с, где с — скорость волны. Скорость света велика, поэтому соответствующая радиационная сила относительно мала. Первым, кто экспериментально измерил оптическую радиационную силу (еще в конце 19 века), был русский ученый Петр Лебедев. С появлением лазеров появилась возможность получения достаточно мощных световых пучков, и создавать световое давление на препятствия стало относительно просто. На этом принципе, в частности, основаны современные лазерные пинцеты.

А что же можно сказать про радиационную силу акустических волн? Примечательно, что упомянутый выше коэффициент 1/с для звука примерно на 5 порядков больше соответствующего светового коэффициента, т.е. в этом случае получить заметную радиационную силу гораздо проще. Одной из наглядных демонстраций проявления эффекта радиационной силы является «акустический фонтан» — возникновение струи на свободной поверхности жидкости при фокусировке на эту поверхность ультразвукового пучка.

Другим примером является метод измерения мощности ультразвуковых источников путем «взвешивания» излучаемого пучка: ультразвук направляют на поглощающий образец, лежащий на электронных весах; под действием радиационной силы вес меняется заметным образом, что позволяет измерить полную мощность падающей волны. За счет радиационной силы удается реализовать левитацию мелких частиц и микропузырей. Еще одна иллюстрация эффекта — возбуждение поглощающимся ультразвуковым пучком гидродинамических потоков в жидкости (так называемых акустических течений) или сдвиговых волн в гелеподобных материалах. Возможность дистанционного возбуждения сдвиговых волн уже нашла применение в медицине для ультразвуковой диагностики опухолей в мягких биотканях.

Как это часто бывает, рассуждения «на пальцах» помогают понять причину явления, но не всегда позволяют описать эффект количественно. Именно такой является ситуация с расчетом акустической радиационной силы для реальных пучков и реальных рассеивающих объектов. До недавнего времени решению поддавались задачи в упрощающем предположении об одномерном характере волны или малом по сравнению с длиной волны размером рассеивателя. Строгий расчет радиационной силы требует умения решить трехмерную задачу рассеяния и, используя это решение, рассчитать радиационную силу путем интегрирования тензора радиационных напряжений по поверхности, охватывающей рассеиватель. В вышедшей в начале 2013 года совместной статье д.ф.–м.н. О.А. Сапожникова (кафедра акустики физического факультета МГУ) и Майкла Бейли (Университет штата Вашингтон, США) разработан метод аналитического расчета радиационной силы произвольного акустического пучка на упругую сферу произвольного размера (J. Acoust. Soc. Am., v.133, no.2, pp. 661-676). Авторы не только развили эффективный метод расчета радиационной силы, но и применили его к описанию сил, которые можно прилагать к почечным камням в теле человека при использовании ультразвуковых источников в виде многоэлементных диагностических датчиков. Оказалось, что ультразвуковой пучок может толкать камень не только вдоль оси ультразвукового пучка, но и в других направлениях. Тем самым показано, что появляется возможность дистанционно манипулировать почечными камнями. В частности, можно подтолкнуть маленькие камни к выходу из почки, а большие камни, наоборот, задержать в почке во избежание закупорки мочеточника. Это уже вызвало огромный интерес у урологов, и в настоящее время ведутся разработки по созданию медицинского прибора, основанного на эффекте радиационной силы.

По материалам, предоставленным физическим факультетом МГУ.