1943年1月,在一個寒冷的天氣裏,美國新造的一艘巨型油輪正在交付使用,突然發生了事故:油艙不可思議地裂為兩截。據當事人回憶,油艙斷裂前有一種嚓嚓的聲響。這聲響和那災難是否有關係呢?
找一根細樹枝,用力折它。當它快要斷裂時,仔細聽,它發出了聲音!
把鐵盒子貼到耳邊,用手壓盒蓋,盒蓋被壓彎了,與此同時,耳朵也聽到了聲響。
如果能找到金屬錫,你用兩手反複地彎曲它,聽!它“劈啪”“劈啪”地提“抗議”了,這就是錫鳴。
生活中,這類現象也是常見的。用木棍抬東西,當木棍發出“咯吱”“咯吱”的聲響時,危險就要來臨了。有經驗的礦工在礦道中聽到坑木的某種聲音,就知道要發生事故了。上麵這些利用聲音判斷事故的辦法跟敲擊探傷法不同,不是用其他力量去敲擊物體發聲,而是在外力作用下,由物體自身的隱患部位發出聲音。為了和聲撞擊相區別,我們管這種現象叫聲發射。
20世紀50年代初,德國人凱塞爾做金屬拉伸實驗時,發現金屬試樣變形時會發出微弱的聲音。這些微弱的聲響使他想起了巨輪斷裂等一係列事故。為了弄清楚這個問題,他和其他科學家對金屬在拉伸或其他變形中的聲發射現象進行了深入的研究,結果表明金屬的聲發射是由於內部產生位錯運動而引起的。位錯運動是金屬內部小缺陷的運動,它是產生裂紋和斷裂的基本因素。既然位錯能引起聲發射,而位錯又是斷裂的前提,利用聲發射來預測斷裂自然是成立的。
問題並不那麼簡單,金屬的聲發射信號遠比周圍的噪聲微弱,另外,金屬聲發射的信號不但有可聽聲,而且有超聲和次聲,靠我們的耳朵去聽,往往聽不到,或者聽到時已經來不及挽救了。
現代電子技術解決了一係列的難題,它既能把聲發射信號放大,又能把聲發射信號和環境噪聲區別開,次聲和超聲它也能測量到。20世紀70年代初,美國成功地在C—5A飛機上裝置了聲發射監測係統,這套裝置能探測48個關鍵區或危險區的安全情況,一旦有事故隱患,這套係統就會報警,保證了飛行安全。
聲發射技術是近20多年來興起的現代技術,它在航空、航天、原子能以及金屬加工方麵有廣泛的用途。在巨大的高壓容器、發動機和核反應堆旁,聲發射監測器正在默默無聲地工作著,為人們的安全站崗放哨。
值得注意的是大地震前的聲發射現象。
我國曆史上關於地聲的記載是很多的。像《魏書·靈征誌》上就載有474年6月,山西“雁門崎城有聲如雷,自上西引十餘聲,聲止地震”。這“有聲如雷”就是地聲。這是世界上有關地聲的較早記載。
1973年2月6日四川爐霍地震前數小時,就有可怕的聲音從地下發出。1976年唐山大地震前5小時,就出現了地聲。
不少學者認為,地聲是一種聲發射現象:地殼在聚積能量的過程中,會在岩體的脆弱部位首先發生微破裂,從而引起聲發射。不過,微破裂時的聲發射能量較低,頻率又偏高,很難傳到地麵。這種破裂繼續發展,就可能產生能量較高的聲發射信號——這就是地聲。
地震前的聲發射是地震孕育過程中的一種物理現象,是一種地震前兆。如何利用它進行地震預報,是一項很有意義的科研課題。
知識點
地震
地震,是地球內部發生的急劇破裂產生的震波,在一定範圍內引起地麵振動的現象。地球,可分為3層。中心層是地核,地核主要是由鐵元素組成的;中間是地幔;外層是地殼。地震一般發生在地殼之中。地殼內部在不停地變化,由此而產生力的作用(即內力作用),使地殼岩層變形、斷裂、錯動,於是便發生地震。
地震震級是根據地震時釋放的能量的大小而定的。一次地震釋放的能量越多,地震級別越大。目前人類有記錄的震級最大的地震是1960年5月21日智利發生的9.5級地震,所釋放的能量相當於一顆1800萬噸炸藥量的氫彈,或者相當於一個100萬千瓦的發電廠40年的發電量。而2008年的汶川地震所釋放的能量大約相當於90萬噸TNT當量的氫彈,或100萬千瓦的發電廠2年的發電量。
延伸閱讀
敲擊探傷法
完好的瓷器和有損傷的瓷器被敲擊後振動情況不同,完好的瓷器各部分能一起振動;有了裂紋,各部分就振不到一起了,這樣它們發出的聲音就不同了。碗中裝有空氣、水和固體,也是由於內部情況不同,才發出了不同的聲音。
摸清了這個規律,我們就能用敲擊聽聲的辦法探測物體內部的情況了。人們在這方麵積累了豐富的經驗。
工人檢查機車的時候,常常用錘子敲敲要檢查的部位,憑聲音來判斷機器有沒有損傷,連接處有沒有鬆脫,這就是簡單的敲擊探傷法。