Мы уже упоминали, что собаки воспринимают ультразвук. Часто случается, что собака, оставленная дома одна, громко лает, скулит, волнуясь без хозяина. Естественно, что это не очень-то нравится соседям. В Германии выпускают устройство для отучения собак от этой привычки, которое называется ПСТ-1. В ответ на любой громкий звук (в том числе и на лай) устройство издает ультразвуковой сигнал, не слышимый для людей, но очень неприятный для собаки. Кроме того, включается магнитофон, «восклицающий» «тихо!». Обычно за несколько дней собака приучается вести себя тихо. Поэтому прибор, как правило, не приобретают, а берут напрокат. Изобретатели создали малогабаритный карманный прибор «Догчейзер» с питанием от батарейки для отпугивания агрессивных собак в случае их нападения на человека. При нажатии кнопки прибора, собака вначале неожиданно останавливается потом поворачивается и уходит прочь.
А вот уже совсем неожиданная область применения ультразвука — предупреждение несчастных случаев в плавательных бассейнах. Если на трусах каждого пловца укрепить крошечный передатчик, непрерывно излучающий радиосигналы, а на дно бассейна уложить антенны, имеющие форму плоских квадратов, то при каждом нырянии купающегося возникает предупредительный сигнал. При этом точно известно, в каком квадрате нырнул человек и сколько времени он пробыл под водой. Но эта система удобна только для бассейнов. Для открытых же водоемов она совершенно непригодна, так как, конечно, невозможно устлать морское или речное дно бесчисленными антеннами. Задачу решили иным путем. К купальному костюму вместо радиопередатчика прикрепили миниатюрный ультразвуковой генератор, источником питания которого служит батарейка «Крона». Поскольку нахождение человека под водой более 60 с считается опасным, реле выдержки времени настроено именно на эту величину. Стоит человеку пробыть под водой одну минуту, реле включает генератор, и ультразвуковые колебания достигают расположенного на берегу приемника, чувствительные элементы которого, выполненные из титаната бария, опущены в воду. Приняв сигнал бедствия, приемник включает сирену.
В нашей стране многие реки перекрыты высокими плотинами гидростанций, что затрудняет прохождение рыбы к местам нерестилищ. Различные подъемные устройства и системы оказались малоэффективными: рыба, повинуясь инстинкту, упорно стремится пройти там, где неизбежно должна погибнуть в бурном потоке воды, вращающем лопасти турбин. Ограждать опасные для нее участки сетями сложно и дорого, да и это не решает основной проблемы — проблемы нерестилищ. Выход из этого положения один — нужно, прежде всего, проследить, по каким путям рыба идет на нерест. На нескольких осетрах укрепили миниатюрные ультразвуковые передатчики и выпустили на свободу. На Волгоградской ГЭС по сигналам передатчиков было установлено, что рыба движется на нерест старым руслом Волги, в то время как рыбоподъемник был построен с некоторым смещением. Отсюда вывод: рыбоподъемник надо устанавливать на «традиционных» путях движения рыбы к нерестилищам.
На Черном и Азовском морях, на Рыбинском и Истринском водохранилищах, на озере Сенеж постоянно ведутся записи рыбьих голосов. Для этого в воду на определенные глубины опускаются чувствительные приемники. После анализа записанных звуков нужные отбирают и через передающие устройства излучают в воду. На рыбах пробуют разные звуки: усиленные и обычные, «рыбьи разговоры» и их имитацию. Включаются однотонные записи и импульсные с целью определить, каких звуков рыбы боятся, какие их успокаивают и какие привлекают. Все это делается для того, чтобы научиться управлять поведением рыб и сохранять им жизнь, тем самым, увеличивая природные рыбные запасы рек и морей.
Если на морях, реках, водоемах ультразвук нужен для «приглашения» рыб в нужные места, то в воздухе его применили с обратной целью — для отпугивания пернатых. Известны многочисленные случаи авиационных катастроф, причиной которых были птицы. Английские конструкторы изобрели специальные ультразвуковое «пугало», предназначенное для отпугивания птиц от летящих самолетов. «Пугало» представляет собой ультразвуковую сирену, которая излучает по направлению полета самолета ультразвуковые сигналы, напоминающие звуки пернатых хищников. Как уже говорилось, этот же принцип — отпугивание — использован на сельскохозяйственных полях для избавления от вредных насекомых.
Оригинальное применение ультразвуку нашла одна из немецких компаний, сделав ультразвуковое устройство для открывания и закрывания водопроводного крана. Эта новинка предназначена для медицинских учреждений, поскольку позволяет врачам не прикасаться рукой к водопроводному крану, обеспечивая тем самым максимальную стерильность. Устройство состоит из ультразвукового передатчика, приемника, усилителя, термостата и магнитного клапана для пуска и остановки воды. Монтируется оно на стене в специальном блоке. Передатчик посылает направленный сигнал с определенной частотой. Чувствительность у приемника такая, что реагирует он только на сигнал, отраженный от предмета, который находится в нескольких сантиметрах под краном.
Металлообработчикам хорошо известно, сколько неприятностей вызывает, на первый взгляд, незначительное обстоятельства: нагревшаяся при обработке деталь несколько расширяется. В производстве, где точность измеряется микронами, приходится снимать деталь со станка и ждать, пока она остынет, чтобы ее температура была одинаковой с температурой измерительного инструмента, ибо измерение детали в горячем состоянии может привести к ошибкам. Теперь рабочему не нужно снимать деталь со станка, достаточно лишь взять специальную ультразвуковую линейку и измерить ею деталь прямо на станке. Устройство линейки следующее. Обычный кристалл кварца (пьезоэлектрик) излучает ультразвуковые колебания в прозрачный волновод из оргстекла. Туда же направляется и световой поток. Ультразвуковые волны нарушают однородность светового потока, создавая в нем участки разной плотности. Каждые 0,2 мм плотный участок чередуется с разряженным. Это и есть шкала линейки. Изменяя частоту колебаний, излучаемых пьезоэлектриком, можно увеличивать или уменьшать длину плотных и разреженных участков, меняя тем самым цену деления линейки в пределах 5–10 %.
Необычную контрольную функцию придумали ультразвуку наши изобретатели. Разработан и серийно производится ультразвуковой индикатор течи, который позволяет обнаружить неплотности в отсеках судов, самолетов, в трубопроводах и любых других замкнутых объемах, где необходимо поддерживать герметичность. Обладая высокой чувствительностью, он может выявлять неплотность размером 0,1 мм с расстояния 0,5 м и менее при избыточном давлении газа внутри объема 49 000 Па и более. В качестве индикатора используются головные телефоны.
Ультразвук как контролер пришел на помощь и работникам культуры. Бронзовая статуя императора Марка Аврелия — ценнейший памятник древнеримской эпохи. С первой половины XVI в. она украшала главную площадь Рима на Капитолийском холме. В 1981 г. статую увезли в Центральный институт реставрации. Марк Аврелий, как объяснили специалисты, нуждался в срочном «лечении». Ультразвуковые обследования подтвердили, что памятник «отравлен» кислотными дождями и выхлопными газами. Поэтому он подлежит длительной реставрации, а вместо него временно установлена копия.
Еще один случай, связанный с памятниками культуры, в данном случае Древней Руси. Те, кто побывал в Московском Кремле, видели двухсоттонный Царь-колокол. Он был отлит в 1737 г. для самой высокой колокольни в Москве, названной Иваном Великим. При подготовке к подъему возник пожар. Чтобы колокол не расплавился, его стали поливать водой. Не выдержав резкого охлаждения, бронзовая отливка треснула, от нее отвалился одиннадцатитонный кусок, который по сей день так и лежит рядом.
Ученые через два с половиной столетия решили обследовать колокол и применили новый метод акустической эмиссии. Дело в том, что даже самая маленькая трещина, возникающая, скажем, при отрыве друг от друга двух молекул, сопровождается треском. Оказывается, воспользовавшись одновременно несколькими звукодатчиками, можно определить точное место, откуда пришел звук. Более того, этот метод позволяет вести постоянный контроль не только за отливками, но и, например, за качеством и состоянием баков ракет, выводящих на орбиту корабли многоразового пользования.
Что же удалось установить? Оказалось, в колоколе есть десяток трещин. Но главное, что они «законсервировались» и не развиваются, т. е. в ближайшее время Царь-колоколу ничего не грозит. Однако для того, чтобы застраховаться на все случаи жизни, система контроля по «акустической эмиссии» была установлена для постоянного пользования. Это позволило ученым скорректировать версию. Тонкий анализ сплава, из которого отлит колокол, показал, что вовсе не из-за поливания его водой он треснул. Оказывается, достаточно было просто нагреть его с одной стороны не докрасна, а лишь на сотню-другую градусов, как внутренние напряжения, оставшиеся после охлаждения отливки, разорвали колокол, т. е. он треснул еще до того, как на него стали лить воду.
Еще одна новинка. В Парижской Академии наук с помощью приспособления, основанного на магнитострикционном эффекте, получили ультразвук очень высокой интенсивности с частотой 20 кГц. Используя энергию, передаваемую механическими колебаниями воздуха, удалось поднять предметы, весящие до 500 г. Конечно, эти предметы не летают, они только приподнимаются на 0,1 мм над излучателем ультразвука. Однако это явление может найти важное применение. Используя это свойство, можно, например, изготовить ротационные подшипники, почти совершенно не имеющие трения.
Мы уже привыкли к тому, что стали говорить «неслышимый звук», а есть ли «светящийся звук»? Слово «люминесценция» часто применяется с приставкой «фото», «электро», «хемо», которые указывают на причину свечения. Теперь появилась еще одна приставка — «соно». Мы знаем, что ультразвук вызывает кавитацию. Так вот, если ультразвуковое излучение, проходящее через жидкость, будет иметь большую интенсивность, то в жидкости появятся газовые пузырьки с температурой до 10 тысяч градусов, а в таких условиях газ светится. Свет, исходящий от мельчайших пузырьков, воспри