Cómo hacer una pistola de sonido

Tengo esta galaxia ficticia de ciencia ficción (similar a Mass Effect) en la que una raza de alienígenas es ciega, pero tiene un oído sobrehumano. Quiero hacer que estos alienígenas sean interesantes y algo atemorizantes en el campo de batalla, así que lo primero que pensé fue en una pistola de sonido. Es decir, un arma que dispara un haz de sonido dirigido a un objetivo. El plan original era que podían usar la frecuencia armónica del cerebro humano para volar la cabeza de las personas, pero en este momento me encantaría que pudieran usarla simplemente para aturdir o desorientar a los enemigos.

El principal problema con el que estoy lidiando es que no creo que el sonido pueda dispararse en un haz como la luz. Por experiencia, el sonido tiende a ser omnidireccional o se propaga casi de inmediato. Sin embargo, sé que mi conocimiento de la ciencia es deficiente, así que esperaba poder venir aquí para obtener algunas respuestas definitivas.

Entonces, en resumen, ¿puede existir un arma que dispare un haz de sonido dirigido? ¿Cómo podría funcionar, o si no es posible, cómo podría funcionar un tipo de arma similar para obtener resultados algo ruidosos?

No debería verse afectado por el sonido a medida que pasa, al menos no tanto como lo haría si estuviera en su camino. Esperaría la capacidad de ensordecer temporal o permanentemente a los enemigos con tal arma, pero un efecto más pequeño que se puede ampliar está bien. Como se trata de un escenario de ciencia ficción, hay mucho espacio para la tecnología y el poder, pero me gustaría algo que se base en la ciencia real.

Esta pregunta es más adecuada para la física de cualquier manera aquí tienes 😉
Relacionado: worldbuilding.stackexchange.com/questions/11610/… la primera respuesta puede serle útil.
@James Esa respuesta fue útil, gracias por encontrarla.
Para que el sonido esté bien dirigido, el altavoz debe ser más grande que la longitud de onda. Dado que el sonido viaja a unos 333 m/s, eso significa que se necesita un altavoz de 1 metro de diámetro para dirigir el sonido de 333 Hz (aproximadamente la E por encima del C medio). Es difícil lograr un sonido dirigido con altavoces más pequeños que la longitud de onda.
race of aliens is blind, but has superhuman hearing. I want to make these aliens (...) scary on the battlefield, so the first thing I thought of was a sound gun.¿No los lastimaría a ELLOS más de lo que nos duele a nosotros? ¿No tendrían cañones de luz cegadores masivos que hacen imposible ver en el campo de batalla y dañan permanentemente las retinas? Al igual que usaríamos pulsos EM masivos contra robots (como lo hacen las naves de Matrix) porque los EM son bastante inofensivos contra nosotros mismos (¡así que no hay fuego amigo!)
@xDaizu Estaba pensando que sería más fácil para ellos ajustar sus armas viejas que hacer otras nuevas, y como dijiste, los sonidos los habrían afectado más. Pero sí, también hice una pregunta sobre un arma de ceguera, resulta que también son bastante plausibles.
@DaaaahWhoosh No estoy seguro de que tengan muchas armas de sonido para empezar. Sí, podrían dañarse entre sí de izquierda a derecha con ellos, pero lo que pasa con el sonido es que, en la mayoría de las circunstancias, va a todas partes y "cegaría" al tirador (la misma razón por la que no solemos usar armas de sonido o ligeras) a menos que tienen algún tipo de protección específica. De hecho, creo que esto merece otra pregunta diferente (¿Usaría una raza ciega el sonido como arma entre sí?) para debatirlo.
@DaaaahWhoosh ... pero incluso si tuvieran sus propias armas, creo que se adaptarían. Quiero decir, si tuviéramos que ir a la guerra galáctica contra muchas razas diferentes de robots, todos débiles para los EM (con el beneficio adicional de que son inocuos para nosotros), nos apresuraríamos a I + D y pronto abandonaríamos la mayor parte de nuestro "lanzamiento diminuto". "piezas de metal" y cambiarlo por armas principalmente basadas en EM, ¿no?
@xDaizu bueno, parte de la razón por la que hice esta pregunta fue para ver si una pistola de sonido era factible. Estoy de acuerdo en que podría no ser la mejor opción para estos extraterrestres, pero quería saber qué se podía hacer con el sonido, después de lo cual podría decidir si sería útil. Resulta que creo que tienes razón, pero no lo supe hasta que pregunté.

Respuestas (4)

Pistola ultrasónica

Es bien sabido que con la frecuencia correcta aplicada, ese sonido, y solo el sonido, puede romper una copa de vino. Estas demostraciones son siempre espectaculares, así que construyamos un arma con el mismo principio.

suposiciones

Dado que estamos trabajando con sonido, por encima de cierto umbral, una onda de sonido simplemente pulverizará el objetivo. El CDC enumera 10 psi de sobrepresión como

La mayoría de las personas son asesinadas

así que usemos eso como nuestro límite superior para los requisitos de potencia de esta arma, ya que queremos licuar a la persona, no pulverizarla instantáneamente.

Además, asumimos que podemos superar la alta elasticidad natural de la piel para hacer que se licúe.

Preocupaciones de seguridad

El OP establece que esta será un arma montada por humanos, por lo que se deben tomar precauciones de seguridad para garantizar que el portador del arma no se licúe también. Si bien el ultrasonido sigue siendo un sonido, es "apuntable" en el sentido de que apuntar el transductor ultrasónico envía el sonido en esa dirección y no en ningún otro lugar. Siempre que el portador del arma no esté "mirando por el cañón", entonces debería estar bien.

requerimientos de energía

El umbral de sobrepresión de 10 psi establecido en la sección Supuestos es 700 veces el límite del oído humano (130 db). Los altavoces que generan 110db de sonido a menudo requieren miles de vatios. De acuerdo, la energía de los altavoces normales se distribuye en un área mucho más amplia que la de un transductor ultrasónico, pero creo que eso establece un límite inferior decente en los requisitos de potencia para esta arma. Dado que tampoco conocemos los requisitos de energía para lograr una resonancia destructiva en los tejidos humanos, es posible que se le solicite a la fuente de alimentación que proporcione megavatios de energía, pero dado que no sabemos cuánta energía se necesita para licuar la carne humana, solo digamos: Saluda y llámalo bueno.

Los altavoces normales simplemente no tienen la potencia de salida requerida o la direccionalidad que queremos, así que vamos con los transductores ultrasónicos. Supongamos que se puede crear un transductor ultrasónico de clase de megavatios y combinarlo con la tecnología de disipación de calor adecuada.

Requisitos de frecuencia

No hay una frecuencia en la que el cuerpo humano resuene, o quizás la haya, pero los requisitos de potencia para hacerlo equivalen a ser golpeado por la onda expansiva de los explosivos de alta potencia.

Como mínimo, solo necesita conocer dos frecuencias: músculo y piel para contar como "licuar el objetivo". El músculo solo hará que el objetivo se caiga. La piel por sí sola solo hace que el objetivo se vea desnudo. Esto deja la horrible perspectiva de que el cerebro todavía está intacto pero el cuerpo del objetivo se está licuando. Si las terminaciones nerviosas aún funcionan, entonces... La muerte sigue poco después, pero mirando hacia abajo para ver cómo su cuerpo se vuelve líquido... eso es combustible de pesadilla.

Matar a alguien puede no ser tan efectivo como licuar su piel. Los soldados heridos requieren significativamente más recursos para tratar/transportar que un soldado muerto.

Tiempo para el efecto

No tengo números, pero creo que los efectos ocurrirían muy rápidamente, solo unos segundos. Esto lo convierte en un arma eficaz en el campo de batalla porque no puedes esperar que un objetivo se quede quieto durante un minuto más o menos.

Diseño de armas

Dado que un transductor ultrasónico, por definición, emite sonido a más de 20 kHz, necesitaremos un segundo transductor para usar la interferencia para generar la frecuencia objetivo. Ambos transductores se pueden instalar en un soporte similar a una pistola conectado a la mochila de la fuente de alimentación. La disipación de calor de la fuente de alimentación y los transductores serán consideraciones importantes. Agregue un control para permitir que el portador del arma seleccione una frecuencia objetivo con algunos ajustes preestablecidos para piel, hueso, etc. Sin embargo, el acceso a la frecuencia sin procesar permite al portador experimentar para encontrar la frecuencia para piedra o metal.

Pistolas de sonido ; también conocido como Dispositivos acústicos de largo alcance (LRAD) en el ejército de los EE. UU.; existen, fueron desarrollados por militares, armados y desplegados hace varios años (alrededor de 2005).

Estas armas proyectan un haz de sonido altamente direccional y se han utilizado para "disuadir" a los piratas somalíes cuando atacan a los cruceros.

LRAD:
LRAD

Según las especificaciones del fabricante, los sistemas pesan de 15 a 320 libras (6,8 a 145,1 kg) y pueden emitir sonido en un haz de 30°-60° a 2,5 kHz.

y alguna información técnica sobre la directividad del sonido:

El parámetro "ka", que es el número de onda multiplicado por el radio del altavoz, se usa a menudo para caracterizar la directividad de la fuente de sonido. Para esta fuente, ka=19 a 2,5 kHz, y según la hoja de datos de LRAD, el ángulo de haz de unos 30 grados en total es precisamente lo que se predice para un altavoz normal.]

Los pequeños dispositivos acústicos esféricos de "fuente puntual" siguen la conocida ley del cuadrado inverso, que predice la pérdida de 6 dB por cada duplicación de la distancia desde la fuente, únicamente debido a la dispersión geométrica. Los altavoces grandes (o arreglos grandes), como estos, tienen un patrón de interferencia en el campo cercano que produce picos 6 dB más altos que la presión de salida y nulos donde la presión es esencialmente cero.[5] Cuanto más grande sea el altavoz y mayor sea la frecuencia, más largo será el campo cercano efectivo. El campo cercano para este dispositivo es de aproximadamente 8 m.

1. El Cañón Vortex es absolutamente posible. Sólo necesita refinamiento.

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2. También te puede interesar Kate Bush - Experimento IV

No se muestran detalles técnicos, pero la idea está ahí. (¡No apto para niños nerviosos!)

Kate Bush - Experimento IV

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Letras de canciones:

Trabajábamos en secreto
para los militares.
Nuestro experimento con el sonido estaba casi listo para comenzar...

Nos dijeron que todo lo que querían
era un sonido que pudiera matar a alguien desde la distancia

3. La idea de enfocar el sonido ya se ha abordado aquí.

¿Cómo puedes enfocar el sonido?

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¿Podría ampliar algunos de estos? Tan pronto como un enlace muera, perderemos todos los detalles allí.
Un vórtice toroidal no es "sonido".

Los platos parabólicos se pueden usar para enfocar las ondas de sonido. Con un par de platos parabólicos uno frente al otro, las personas pueden hablar a más de 100 m de distancia sin esforzarse. Esto se ve a veces en las áreas de juego de los niños.

El arma en la excelente respuesta de Chasly quema 100 L de aire con la cantidad correspondiente de acetileno: eso es aproximadamente 20 L de oxígeno y 10 L de acetileno: aproximadamente 60 g de material explosivo. Creo que un plato de 2-3 metros adecuadamente reforzado con 1 kg de explosivo sólido en su foco sería un arma menos voluminosa y probablemente más efectiva. Es cierto que nunca he construido uno.

Entonces, ¿quiere decir que provocó una explosión en el punto de enfoque de un plato y alguien se destruye en el foco del otro? Eso es muy ingenioso. Sin embargo, persuadir al objetivo para que se quede quieto en el segundo punto de enfoque puede ser complicado.
@chaslyfromUK no, solo usas un plato al final del arma.
Si lo hace ligeramente elipsoidal, puede tener un foco puntual sin ningún segundo plato, aunque más del doble del rango focal sería menos potente que solo un plato parabólico.
Cómo hacer una pistola de sonido
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