科学探索|明明是“超声”清洗，咋还在“滋滋”作响？明明是“超声”清洗，咋还在

超声清洗，即利用超声波对物体表面进行清洁，相信大家都不陌生，无论是生活中还是工业上，都有相当广泛的应用。沉（shan）迷（chang）实（mo）验（yu）的小编更是天天在与超声清洗机打交道，其为我们清洁各种实验器材立下了汗马功劳。但超声清洗机有一个缺点，就是它工作时真的好吵……
我们在初中二年级就学过，超声波是频率超过20kHz的声波或振动，属于人耳无法听到的频率范围。
既然理应无法听到，那为何其工作时还会发出刺耳的“滋滋”声，这个声音又是从哪里产生的呢？
Part.1
再度认识声波
想要探索清楚这个问题，首先要对其中的主角——声波有一个清晰的认识。下面我们就来回顾一下初中二年级时学过的那些声学知识。
声波是一种机械波，声源处的质点产生振动，通过介质（气体、固体、液体）向周围传播。
如果质点振动的方向与波的传播方向平行，则称其为纵波，机械纵波在气体、液体、固体中均能传播。

文章图片

　纵波传播示意图（质点左右振动，波向右传播）
如果质点振动的方向与波的传播方向垂直，则称其为横波。由于传播机械横波需要介质具备切变弹性，故机械横波只能在固体中传播。

文章图片

　横波传播示意图（质点上下振动，波向右传播）
一般情况下我们会用频率、振幅等物理量去描述一个波。对应于声波，其频率、振幅决定了声音的音调和响度。
音调由声波的频率（单位：赫兹 Hz）决定，频率越大，音调越高；
响度由声波的振幅决定，响度的单位是分贝（dB），振幅越大，响度越大；
人耳可听到的声音频率范围为20Hz~20kHz，根据这个范围，我们定义了次声波（频率低于20Hz的声波）和超声波（频率高于20kHz的声波）。

文章图片

不同频率范围的典型声音 | 图源：wikipedia
声波在不同介质中的传播速度是不一样的，常温常压下，声波在固体中的传播速度最快，其次是液体，气体最慢。
由于液体比气体拥有更好的传声效果，所以超声清洗机在工作时需要加入液体作为传播介质，以达到更好的清洁效果。
Part.2
小小的气泡，大大的能量
回顾完声波的相关知识，下面我们就来看看如此高频的声波作用于这一池液体时，发生了什么奇特的现象。
小编通过观察实验室里那台超声清洗机，发现机器工作时，液体表面出现了波纹，而且原本没有气泡的液体出现了许多颤动的气泡。

文章图片

仅凭肉眼似乎看不出什么端倪，这时候就得上点道具了……

文章图片

真是惊掉耳朵！表面看似是一直在颤动的气泡，居然经历了一个从中间向内凹陷，而后穿孔，最终破裂成无数个小气泡的过程。

文章图片

如此神奇现象的背后到底蕴藏了什么机理？其实并不复杂。
我们在前一部分说过，声波在液体中只能以纵波的形式传播，而纵波在传播过程中会造成液体内局部压力的不平衡。