Имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000
 Скачать 62.04 Kb.
|
|
Ультразву́к — звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 герц. Ультразвук представляет собой механические колебания упругой среды, обладающие определенной энергией. По своей физической природе они не отличаются от звуков и характеризуются лишь более высокой частотой, превышающей порог слышимости. Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоёмкости газов, упругие постоянные твёрдых тел. Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне от нескольких десятков кГц до единиц МГц. Существенное влияние на скорость ультразвука оказывает температура среды, так при повышении температуры воздуха на 1° скорость увеличивается на 0,5 м/с. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путём (камертоны, свистки, сирены). В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве и общения (киты, дельфины, летучие мыши, грызуны, долгопяты). Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твёрдого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны. Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон. Ультразвук здесь создаётся подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек. Сирена — механический источник упругих колебаний и, в том числе, ультразвука. Их частотный диапазон может достигать 100 кГц, но известны сирены, работающие на частоте до 600 кГц. Мощность сирен доходит до десятков кВт. Воздушные динамические сирены применяются для сигнализации и технологических целей (коагуляция мелкодисперсных аэрозолей (осаждение туманов), разрушение пены, ускорение процессов массо- и теплообмена и т. д.). Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Частота звука в сиренах зависят от количества отверстий и их геометрической формы, и скорости вращения ротора. Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом. У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых. Эхолокацию используют для навигации и птицы — жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки — от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щёлкающие звуки, воспринимаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 000 Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чутким слухом птицы. Ультразвуковой эхолокацией в воде пользуются китообразные. Применение ультразвука в медицине можно разбить на два основных направления: диагностику и терапию. К первому направлению относятся локационные методы с использованием главным образом импульсного излучения. Это эхоэнцефалография, ультразвуковая кардиография, в офтальмологии – для определения размеров глазных сред. Основное применение ультразвука в терапии основано на механическим и тепловым действием на ткани. При операциях ультразвук применяют как ультразвуковой скальпель. Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией, ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза. Интересные факты об ультразвуке В лабораторных условиях и на производстве ультразвуковые волны прекрасно применяют для очистки как лабораторных колб и пробирок, так и для очистки от мелких частичек. А в некоторых стиральных машинах ультразвук применяют для очистки одежды от грязи. Вследствие воздействия ультразвуковых волн на тело человека, организм претерпит температурные изменения – в данном случае температура повышается, и такое свойство часто используют для борьбы с инфекционными и бактериальными заболеваниями, которые не переносят высоких температур. Наиболее сильное свое воздействие ультразвук оказывает на жировую прослойку в организме человека и потому в медицине его часто применяют для борьбы с целлюлитом. Так посредством аппаратуры, оборудованной ультразвуком, на проблемных участках тела просто «разбивают» жировую ткань и так устраняя целлюлит. У ночной бабочки, отнесенной к семейству медведиц, в процессе эволюции и развития сформировался особый орган, способный генерировать ультразвуковые помехи и так сбивать столку охотящихся на них летучих мышей. Самый первый ультразвуковой свисток был произведен в 1883 году англичанином Гальтон – на тот момент его использовали для дрессировки охотничьих собак и домашних кошек, которых использовали на зернохранилищах для охоты на мышей. Использование ультразвука в медицине. Физиотерапевты часто используют ультразвук для ускорения срастания переломов, но что самое интересное – врачи до сих пор не могут объяснить, как именно это происходит, не могут. Эхолокацию с использованием ультразвука прекрасно освоили и китоподобные, живя и охотясь, общаясь в глубинах океана по тому же принципу, что и летучие мыши. Летучие мыши мешают друг другу охоте посредством ультразвука. В процессе охоты каждый летучий охотник сканирует вокруг себя пространство при помощи ультразвука, издавая короткие сигналы, ультразвуковой крик и при выявлении потенциальной жертвы выдает еще более частую серию криков – это помогает установить ее точное местоположение. В тоже время, если рядом охотится еще одна летучая мышь – ее ультразвук будет накладываться на сигналы первой, и тем самым обе они будут просто промахиваться мимо потенциального обеда. В процессе проведенных экспериментов удалось установить, что именно посредством ультразвука эти холоднокровные земноводные могут общаться меж собой. Как полагают ученые амфибии перешли на такой способ общения вынужденно – в местности, которая служит их природным ареалом обитания, достаточно шумные воды рек и просто «переквакать», так сказать перекричав их, просто не удается. Но от этого квакать они не перестали, но большая часть таких «разговоров» переключилась в диапазон ультразвука. Ученым из Канады, Д. Хэйром было установлено, что подобный лексикон общения на уровне ультразвука имеют и североамериканские. Ученым удалось установить, что так сказать нормального диапазона звуки, которые издают суслики, идут вперемешку с сиплым шепотом. Сама же аппаратура, которая применялась для изучения летучих мышей, зафиксировала, что именно эти непонятные всхлипы и шепот богаты на различные по своему диапазону ультразвуковые частоты, которые и есть для сусликов такими себе сигналами коммуникации, речью. Хищники на слух их не воспринимают, а сами суслики общаются ими меж собой при небольшой опасности – если угроза весьма близка, то животные подают звуки, слышимые даже для человека, когда уже не до шифровок. А не задумывались ли вы над тем, почему пищат младенцы, независимо человеческое ли это дитя или же щенок или котенок? Так писк малыша может резать слух и при всем этом нельзя сказать, что они громкие и тут дело даже не в том, что ребенок не способен издавать звуки взрослой особы. Все дело в том, что высокие, ультразвуковые волны не способны распространяться на достаточно большое расстояние и потому с легкостью поглощаются воздухом, окружающими малыша предметами. В силу этого писк новорожденного просто не слышен хищниками, и то, если последние находится недалеко от него. Помимо этого, ученые установили, что основная частота писка малыша лежит в так называемом диапазоне болевого уровня, порога – это также служит дополнительной звуковой защитой от потенциального хищника и врага. Именно такой по своему диапазону крик играет ту же роль, что и жало у пчелы или же шипы на теле некоторых животных. ФАКТы О ВРЕДЕ УЛЬТРАЗВУКА Исследования показывают, что у людей, подвергавшихся воздействиюультразвука, уровень перинатальной смертности возрастает в четыре раза, увеличивается уровень риска повреждения мозга, задержки развития речи, эпилепсии и трудности обучения. 1. В группе, подвергавшейся воздействию ультразвука, уровень перинатальной смертности возрос в четыре раза. 2. Исследование 1984г. показывает, что у детей, подвергавшихся воздействию ультразвука, чаще развивалась дислексия, а в два раза чаще происходила задержка речевого развития по неизвестным причинам. 3. Дети мужского пола, подвергавшиеся воздействию ультразвука, были наиболее склонны к проявлению признаков повреждения мозга. 4. Младенцы, подвергшиеся воздействию ультразвука, более склонны к развитию эпилепсии и трудностям в обучении. 5. Исследователи, разработавшие ультразвук, допускали возможность нанесения вреда в результате его применения и категорически не рекомендовали его использование применительно к детям до 3 месяцев. 6. Клетки, подвергнутые единственной дозе ультразвука, проявляют ненормальные свойства на протяжении десяти поколений после облучения. 7. У мышей, подвергнутых влиянию ультразвука, отмечается замедление функций мозга и снижение двигательной и поисковой. 8. В результате газовой кавитации ультразвука увеличивается производство свободных радикалов в амниотической жидкости и плазме крови. Также это способствует вероятному механизму повреждения ДНК. 9. ультразвук измеряется в 100 децибел (в утробе), что эквивалентно нахождению ребенка на платформе метро в то время, когда поезд с ревом приближается и со скрежетом останавливается.  Реферат по физике на тему "Ультразвук и его особенность" Подготовила ученица 9 "в" класса Удовенко Елизавета |