物理学已经能够运用现代技术制造出“听不见的声音”——超声波。它的振动频率比刚才说的要高很多,已达到每秒钟振动10000000000次。
利用石英片的某种性能可以帮助我们产生超声波。石英片是采用特定方法从石英晶体切割下来的。石英片经过压缩,表面就会产生电流,石英晶体的这种特征被称为“压电效应”。如果让这种石英片的表面带上周期性的电荷,在电荷的作用下,石英片表面就会振动,就可以得到超声波振动。利用无线电技术中的电子管振荡器,就可以让石英片带电。振荡器的频率要与石英片本身的振动周期相合。不过因为石英晶体非常昂贵,而且产生的超声波也不是很强,所以一般只在实验室里应用。实际应用时,一般都是采用人造的合成物质。
我们虽然听不见超声波,但可以使用一种简单的方法发现它。比如,我们把正在振动的石英片放到油缸里,在超声波的作用下,一部分液体表面就会出现一个10厘米高的波峰,还可能会有小油滴飞到40厘米高。这时,用手抓住一根长1米的玻璃管的一端,将另一端放入油缸,你会觉得抓住的一端非常烫,甚至会烫伤皮肤。如果拿一块木头来试一下,木头都会被烫个洞出来。此时,超声波的能量已经变成了热能。
很多人都在研究超声波。超声波的振动可以对生物产生强烈影响:振断海草的纤维,振碎动物的细胞,1分钟~2分钟内杀死小鱼和虾类等。超声波还会升高实验动物的温度,比如,老鼠的温度会升高到4 5 ℃。医学上用到超声波振动,听不见的超声波与看不见的紫外线都可以应用在医疗技术上。
超声波在冶金方面的应用目前最为成功。超声波可以用来探测金属内部是否存在气泡和裂缝,组织结构是否均匀。超声波是这样“透视”金属的:让浸在油里的金属接受超声波的作用,金属里不均匀的地方就会改变超声波的波动,出现一种“声音的阴影”。这时,金属不均匀部分的轮廓还会出现在光滑的油面上。这些轮廓很明显,甚至都可以拍下来。
超声波可以“透视”厚度达到1米以上的金属,这一点连x射线都无法实现。而且,超声波可以发现极其细小的不均匀(小到1毫米)。由此可以预见,超声波的发展前景是非常光明的。