ГлавнаяДиагностика заболеваний человека

Ультразвук и инфразвук

Мы живем, окруженные огромным разнообразием волн. Волновые процессы можно поделить на две большие группы: электромагнитные и механические. Из первой группы нам наиболее знакомы радиоволны, световые лучи, рентгеновское излучение. Акустические, или звуковые, волны относятся ко второй группе. Они представляют собой колебательные движения упругих тел, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах, то есть в различных средах, обладающих массой и упругостью. Невозможность их распространения в вакууме была доказана экспериментально еще в XVII веке Р. Бойлем.

Основными параметрами любого волнового процесса являются частота колебаний, длина, скорость распространения и интенсивность волн. Частота акустических колебаний измеряется числом волн, прошедших через одну точку в течение 1 с. В качестве единицы частоты используют герц (Гц), который соответствует одному колебанию в 1 с. 1000 Гц составляют килогерц (кГц), а 1000000 Гц — мегагерц (мГц).

Акустические волны принято разделять на несколько частотных диапазонов: колебания с частотой меньше 16 кГц — инфразвук, от 16 кГц до 20 кГц — слышимые звуки, от 20 кГц до 1000 мГц — ультразвук, более 1000 мГц — гиперзвук.

Длина акустической волны измеряется расстоянием между двумя последовательными сгущениями или разрежениями проводящей колебания среды. Скорость распространения акустических волн в каждой определенной среде постоянна и зависит от соотношения ее упругости и плотности, но не зависит от частоты колебаний. Чем больше упругость среды, тем быстрее распространяются в ней звуковые колебания: в воздухе скорость их распространения равна 340 м/с, воде — 1500 м/с, в стали — 5100 м/с. Частота и длина волны находятся в обратной зависимости: чем чаще колебания, тем короче длина волны. Еще одна важная характеристика — интенсивность или удельная мощность колебаний, которая измеряется количеством энергии звуковой волны, падающей на площадь в 1 см кв. за 1 с. Единицами ее измерения являются Вт/см кв. или паскаль (Па).

Акустические волны частотой от 16 Гц до 20 кГц человеческий слух воспринимает как слышимые звуки. Природа совместила слуховой и голосовой диапазоны. Мы издаем главным образом те звуки, которые могут быть восприняты нами и другими людьми. Видимо, именно этот диапазон несет наиболее ценную дли нас информацию об окружающем мире, о поэтому наиболее удобен дли общении. Однако волны чистотой менее 16 Гц и более 20 кГц также очень важны. То, что мы их не слышим, вовсе не значит, что они не имеют для человека никакого значения. Напротив, они заполняют окружающее пас пространство и могут весьма ощутимо пропилить себя.

Группа английских ученых в эксперименте на добровольцах изучила воздействие ультразвука частотой 6 и 2 Гц средней интенсивности. При включении инфразвука испытуемые не могли его слышать, однако все они отмечали при этом одинаковые ощущения: чувство дискомфорта, тревогу, неприятные ощущения в ушах, легкую тошноту, головную боль. С уменьшением частоты инфразвука симптомы усиливались, появлялись жалобы на боль в позвоночнике. Отрицательное воздействие инфразвука связывают с тем, что различные внутренние органы человека имеют собственные частоты колебаний в диапазоне инфразвуковых частот. По-видимому, совпадение частот инфразвука с резонансными частотами внутренних органов и является причиной его отрицательного действия на организм. Ультразвук воздействует на организм совсем по-иному.

Приставки «инфра» и «ультра» говорят лишь об отношении этих частот к диапазону слышимого звука: инфразвук — «ниже звука», ультразвук — «выше звука». Однако частотные границы, разделяющие их, выбраны в значительной степени условно. У разных людей диапазон восприятия звуковых частот может значительно отличаться, заметно уменьшаясь в пожилом возрасте. Еще больше смещены звуковой и слуховой диапазоны у различных видов животных. Собаки, например, слышат звуки частотой до 36 кГц. Еще дальше в ультразвуковой области находятся звуковые сигналы, издаваемые домашней кошкой. Большинство певчих птиц наиболее чувствительны к звукам частотой 3-3,5 кГц, однако в голосах многих из них удалось зарегистрировать и высокочастотные сигналы, достигающие 50 кГц. У отдельных видов птиц толос звучит в ультразвуковом диапазоне. Можно наблюдать за такой птицей, когда она, напрягаясь и трепеща всем телом, явно увлечена песней. Но ни одного звука мы не услышим, поскольку все они находятся вне порога нашего восприятия.

«Виртуозами ультразвука» в животном мире являются летучие мыши и дельфины. Они издают и воспринимают акустические сигналы частотой до 160 кГц. Кузнечики и бабочки некоторых видов реагируют на акустические волны частотой до 200 кГц. Рыбы, напротив, хорошо воспринимают низкочастотные инфразвуковые колебания, издаваемые различными обитателями подводного мира. Несмотря на бытующее мнение об их молчаливости, сила «голоса» некоторых морских рыб так велика, что описаны случаи, когда издаваемые ими звуки вызывали взрывы акустических мин, применявшихся во время второй мировой войны для поражения судов и подводных лодок противника.

Неслышимые звуки окружают нас со всех сторон. Они вплетаются в свист ветра, шум моря, отдаленные раскаты грома, в грохот реактивных двигателей и в жужжание вентиляционных установок. Даже при кипении воды образуется ультразвук, который, по мнению ученых, может убивать микроорганизмы, стерилизуя таким образом воду.

Ультразвук в технике вначале получали механическим образом — при помощи свистков и сирен. Первый ультразвуковой свисток сделал англичанин Ф. Гальтон в 1883 г. Газ, пропускаемый через полую трубку под давлением, ударялся в губу резонатора, вызывая колебания в резонансной полости трубки, частота которых могла превышать 150 кГц. Но мощность свистка Гальтона мала и применение его ограничено. Его использовали, например, для подачи неслышимых публике команд при цирковых трюках с собаками. Позже были разработаны жидкостные ультразвуковые свистки, которые были применены для получения однородных смесей различных нерастворимых жидкостей. Еще один механический источник ультразвука — сирена. Ротационные сирены состоят из камеры, в верхней стенке которой, так называемом статоре, имеется много отверстий. Внутри камеры вращается ротор — диск с отверстиями. Временами отверстия совпадают. Тогда подающийся в камеру под давлением воздух вырывается из них, создавая ультразвуковые колебания порядка 25 кГц. Мощность сирен относительно велика. Их используют для осаждения тумана и других целей.

В настоящее время ультразвук получают при помощи магнитнострикционных и пьезоэлектрических преобразователей.

Его используют при проведении различных химических реакций, для ускорения процессов растворения и диффузии. Ультразвук занял важное место в научных исследованиях по молекулярной физике, биологии, медицине и при производстве лекарств. Отдельная обширная область использования ультразвуковой техники в промышленности, на транспорте, в медицине — ультразвуковая эхолокация.

Мы перечислили только наиболее известные сферы применения ультразвука. Но в печати то и дело появляются сообщения о новых видах его применения. Чему только ни служат «неслышимые звуки»! Ультразвук измеряет температуру расплавленного металла, восстанавливает свечи зажигания, ультразвуковая сирена осаждает густой туман на несколько сот метров впереди идущего морского судна. А в Германии ультразвук был использован даже для отпугивания мышей и крыс, которые повадились лакомиться изоляцией проводов и шлангами автомобилей на открытых стоянках. Маленький генератор ультразвука, питающийся от автомобильного аккумулятора, отпугивает грызунов.

О масштабах применения ультразвука говорит то обстоятельство, что уже 20 лет назад в США ультразвуковое оборудование изготовляли более 50 фирм. Разнообразная ультразвуковая аппаратура выпускается и в нашей стране.

Медицина — одна из наиболее важных областей применения ультразвука. Из всего разнообразия ультразвуковых методов, применяемых в медицине, можно выделить, по крайней мере, три основных направления, каждое из которых, в свою очередь, охватывает целый ряд специальных методик.

Читайте также


Как рассчитать нормальный вес?

Норма роста и веса детей по годам и месяцам

Почему трясутся руки?

Как лечить заеды в уголках рта?

Почему набухает грудь?

Как определить температуру без градусника

Все материалы на сайте размещены для справки.
Перед началом лечения проконсультируйтесь с врачом.
© Все права защищены. При копировании материалов размещение активной ссылки на doktorland.ru обязательно.