Какво е ултразвук и къде се използва? Приложение на ултразвук. Визуализация на ултразвукови вълни
С развитието на акустиката в края на 19 век е открит ултразвукът и по същото време започват първите изследвания на ултразвука, но основите на приложението му се поставят едва през първата третина на 20 век.
Ултразвук и неговите свойства
В природата ултразвукът се среща като компонент на много естествени шумове: в шума на вятъра, водопадите, дъжда, морските камъчета, търкаляни от прибоя, и в мълниите. Много бозайници, като котки и кучета, имат способността да възприемат ултразвук с честота до 100 kHz, а способностите за локализиране на прилепите, нощните насекоми и морските животни са добре известни на всички.
Ултразвук- механични вибрации, разположени над честотния диапазон, чуваем от човешкото ухо (обикновено 20 kHz). Ултразвуковите вибрации се разпространяват във вълнови форми, подобни на разпространението на светлината. Въпреки това, за разлика от светлинните вълни, които могат да се движат във вакуум, ултразвукът изисква еластична среда като газ, течност или твърдо вещество.
Основните параметри на вълната са дължина на вълната, честота и период. Ултразвуковите вълни по своята природа не се различават от вълните в звуковия диапазон и се подчиняват на същите физични закони. Но ултразвукът има специфични особености, които са обусловили широкото му приложение в науката и технологиите. Ето основните от тях:
- 1. Къса дължина на вълната. За най-ниския ултразвуков диапазон дължината на вълната не надвишава няколко сантиметра в повечето медии. Късата дължина на вълната определя лъчевия характер на разпространението на ултразвуковите вълни. В близост до излъчвателя ултразвукът се разпространява под формата на лъчи, подобни по размер на размера на излъчвателя. Когато удари нехомогенности в средата, ултразвуковият лъч се държи като светлинен лъч, изпитвайки отражение, пречупване и разсейване, което прави възможно формирането на звукови изображения в оптично непрозрачна среда, използвайки чисто оптични ефекти (фокусиране, дифракция и др.).
- 2. Кратък период на трептене, който дава възможност за излъчване на ултразвук под формата на импулси и извършване на прецизна времева селекция на разпространяващите се сигнали в средата.
Възможност за получаване на високи стойности на вибрационна енергия при ниска амплитуда, т.к енергията на вибрациите е пропорционална на квадрата на честотата. Това ви позволява да създавате ултразвукови лъчи и полета с високо нивоенергия, без да е необходимо голямо оборудване.
В ултразвуковото поле се развиват значителни акустични течения. Следователно въздействието на ултразвука върху околната среда поражда специфични ефекти: физични, химични, биологични и медицински. Като кавитация, звуков капилярен ефект, дисперсия, емулгиране, дегазиране, дезинфекция, локално отопление и много други.
потребности военноморски флотводещите сили - Англия и Франция, за изследване на морските дълбини, предизвикаха интереса на много учени в областта на акустиката, т.к. Това е единственият тип сигнал, който може да достигне далеч във вода. Така през 1826 г. френският учен Коладон определя скоростта на звука във водата. През 1838 г. в САЩ за първи път звукът е използван за определяне на профила на морското дъно с цел полагане на телеграфен кабел. Резултатите от експеримента бяха разочароващи. Звукът на камбаната издаде твърде слабо ехо, почти недоловим сред другите звуци на морето. Беше необходимо да се премине към областта на по-високите честоти, позволяващи създаването на насочени звукови лъчи.
Първият ултразвуков генератор е направен през 1883 г. от англичанина Франсис Галтън. Ултразвукът е създаден като свирка на острието на нож, когато духнете върху него. Ролята на такъв връх в свирката на Галтън се играе от цилиндър с остри ръбове. Въздухът или друг газ, излизащ под налягане през пръстеновидна дюза с диаметър, същият като ръба на цилиндъра, се стича върху ръба и възникват високочестотни трептения. Чрез издухване на свирката с водород беше възможно да се получат трептения до 170 kHz.
През 1880 г. Пиер и Жак Кюри правят решаващо откритие за ултразвуковата технология. Братята Кюри забелязват, че когато се приложи натиск върху кварцови кристали, се генерира електрически заряд, който е право пропорционален на силата, приложена към кристала. Това явление се нарича "пиезоелектричество" от гръцката дума, означаваща "натискане". Те също така демонстрираха обратния пиезоелектричен ефект, който възниква, когато към кристала се приложи бързо променящ се електрически потенциал, което го кара да вибрира. Отсега нататък е технически възможно да се произвеждат ултразвукови излъчватели и приемници с малки размери.
Смъртта на Титаник от сблъсък с айсберг и необходимостта от борба с нови оръжия - подводници - изискват бързото развитие на ултразвуковата хидроакустика. През 1914 г. френският физик Пол Ланжевен, заедно с талантливия руски учен-емигрант Константин Василиевич Шиловски, за първи път разработват сонар, състоящ се от ултразвуков излъчвател и хидрофон - приемник на ултразвукови вибрации, базиран на пиезоелектричния ефект. Сонар Langevin - Shilovsky, е първият ултразвуков апарат, използвани в практиката. В същото време руският учен С. Я. Соколов разработва основите на ултразвуковата дефектоскопия в промишлеността. През 1937 г. немският психиатър Карл Дусик, заедно с брат си Фридрих, физик, първи използват ултразвук за откриване на мозъчни тумори, но получените резултати се оказват ненадеждни. В медицинската практика ултразвукът започва да се използва за първи път едва през 50-те години на 20 век в САЩ.
Ако някое тяло осцилира в еластична среда по-бързо, отколкото средата може да тече около него, неговото движение или компресира, или разрежда средата. Слоеве с високо и ниско налягане се разпръскват от осцилиращото тяло във всички посоки и образуват звукови вълни. Ако вибрациите на тялото, което създава вълната, се следват една след друга не по-малко от 16 пъти в секунда, не по-често от 18 хиляди пъти в секунда, тогава човешкото ухо ги чува.Честотите от 16 - 18 000 Hz, които човешкият слухов апарат е в състояние да възприеме, обикновено се наричат звукови честоти, например писъкът на комар »10 kHz. Но въздухът, дълбините на моретата и недрата на земята са пълни със звуци, които се намират под и над този диапазон - инфра и ултразвук. В природата ултразвукът се среща като компонент на много естествени шумове: в шума на вятъра, водопадите, дъжда, морските камъчета, търкаляни от прибоя, и в мълниите. Много бозайници, като котки и кучета, имат способността да възприемат ултразвук с честота до 100 kHz, а способностите за локализиране на прилепите, нощните насекоми и морските животни са добре известни на всички. Съществуването на недоловими звуци е открито с развитието на акустиката в края на 19 век. По същото време започват първите изследвания на ултразвука, но основите на неговото използване са положени едва през първата третина на 20 век.
Долната граница на ултразвуковия диапазон се нарича еластични вибрации с честота 18 kHz. Горната граница на ултразвука се определя от природата на еластичните вълни, които могат да се разпространяват само при условие, че дължината на вълната е значително по-голяма от свободния път на молекулите (в газове) или междуатомни разстояния (в течности и газове). При газове горната граница е »106 kHz, при течности и твърди вещества »1010 kHz. По правило честотите до 106 kHz се наричат ултразвук. По-високите честоти обикновено се наричат хиперзвук.
Ултразвуковите вълни по своята природа не се различават от вълните в звуковия диапазон и се подчиняват на същите физични закони. Но ултразвукът има специфични особености, които са обусловили широкото му приложение в науката и технологиите. Ето основните от тях:
- Къса дължина на вълната. За най-ниския ултразвуков диапазон дължината на вълната не надвишава няколко сантиметра в повечето среди. Късата дължина на вълната определя лъчевия характер на разпространението на ултразвуковите вълни. В близост до излъчвателя ултразвукът се разпространява под формата на лъчи, подобни по размер на размера на излъчвателя. Когато удари нехомогенности в средата, ултразвуковият лъч се държи като светлинен лъч, изпитвайки отражение, пречупване и разсейване, което прави възможно формирането на звукови изображения в оптично непрозрачна среда, използвайки чисто оптични ефекти (фокусиране, дифракция и др.)
- Кратък период на трептене, който дава възможност за излъчване на ултразвук под формата на импулси и извършване на точен времеви избор на разпространяващи се сигнали в средата.
- Възможност за получаване на високи стойности на вибрационна енергия при ниска амплитуда, т.к енергията на вибрациите е пропорционална на квадрата на честотата. Това дава възможност за създаване на ултразвукови лъчи и полета с високо ниво на енергия, без да е необходимо оборудване с големи размери.
- В ултразвуковото поле се развиват значителни акустични течения. Следователно въздействието на ултразвука върху околната среда поражда специфични ефекти: физични, химични, биологични и медицински. Като кавитация, звуков капилярен ефект, дисперсия, емулгиране, дегазиране, дезинфекция, локално отопление и много други.
- Ултразвукът е нечуваем и не създава дискомфорт за оперативния персонал.
История на ултразвука. Кой откри ултразвука?
Вниманието към акустиката е предизвикано от нуждите на флота на водещите сили - Англия и Франция, т.к. акустичният е единственият тип сигнал, който може да достигне далеч във вода. През 1826г Френският учен Коладонопредели скоростта на звука във вода. Експериментът на Colladon се счита за раждането на съвременната хидроакустика. Подводната камбана в Женевското езеро беше ударена с едновременно запалване на барут. Светкавицата от барута е наблюдавана от Коладон на разстояние 10 мили. Той също чу звука на камбаната с помощта на подводна слухова тръба. Чрез измерване на интервала от време между тези две събития, Colladon изчислява скоростта на звука на 1435 m/sec. Разликата със съвременните изчисления е само 3 м/сек.
През 1838 г. в САЩ за първи път звукът е използван за определяне на профила на морското дъно с цел полагане на телеграфен кабел. Източникът на звука, както в експеримента на Colladon, беше камбана, звучаща под водата, а приемникът бяха големи слухови тръби, спуснати над борда на кораба. Резултатите от експеримента бяха разочароващи. Звукът на камбаната (както и експлозията на барутни гилзи във водата) дава твърде слабо ехо, почти недоловим сред останалите звуци на морето. Беше необходимо да се премине към областта на по-високите честоти, позволяващи създаването на насочени звукови лъчи.
Първият ултразвуков генераторнаправен през 1883 г. от англичанин Франсис Галтън. Ултразвукът е създаден като свирка на ръба на ножа, когато духнете върху него. Ролята на такъв връх в свирката на Галтън се играе от цилиндър с остри ръбове. Въздухът или друг газ, излизащ под налягане през пръстеновидна дюза с диаметър, същият като ръба на цилиндъра, се стича върху ръба и възникват високочестотни трептения. Чрез издухване на свирката с водород беше възможно да се получат трептения до 170 kHz.
През 1880г Пиер и Жак Кюринаправи откритие, което беше решаващо за ултразвуковата технология. Братята Кюри забелязват, че когато се приложи натиск върху кварцови кристали, се генерира електрически заряд, който е право пропорционален на силата, приложена към кристала. Това явление се нарича "пиезоелектричество" от гръцката дума, означаваща "натискане". Те също така демонстрираха обратния пиезоелектричен ефект, който възниква, когато към кристала се приложи бързо променящ се електрически потенциал, което го кара да вибрира. Отсега нататък е технически възможно да се произвеждат ултразвукови излъчватели и приемници с малки размери.
Смъртта на Титаник от сблъсък с айсберг и необходимостта от борба с нови оръжия - подводници - изискват бързото развитие на ултразвуковата хидроакустика. През 1914 г. френски физик Пол Ланжевензаедно с талантливия руски учен емигрант Константин Василиевич Шиловски за първи път разработиха сонар, състоящ се от ултразвуков излъчвател и хидрофон - приемник на ултразвукови вибрации, базиран на пиезоелектричния ефект. Сонар Langevin - Shilovsky, е първият ултразвуков апарат, използвани в практиката. В същото време руският учен С. Я. Соколов разработва основите на ултразвуковата дефектоскопия в промишлеността. През 1937 г. немският психиатър Карл Дусик, заедно с брат си Фридрих, физик, първи използват ултразвук за откриване на мозъчни тумори, но получените резултати се оказват ненадеждни. В медицинската практика ултразвукът започва да се използва за първи път едва през 50-те години на 20 век в САЩ.
Получаване на ултразвук.
Ултразвуковите излъчватели могат да бъдат разделени на две големи групи:
1) Трептенията се възбуждат от препятствия по пътя на поток от газ или течност или от прекъсване на поток от газ или течност. Те се използват в ограничена степен, главно за получаване на мощен ултразвук в газова среда.
2) Трептенията се възбуждат чрез трансформиране в механични трептения на ток или напрежение. Повечето ултразвукови устройства използват излъчватели от тази група: пиезоелектрични и магнитострикционни преобразуватели.
В допълнение към преобразувателите, базирани на пиезоелектричния ефект, се използват магнитострикционни преобразуватели за получаване на мощен ултразвуков лъч. Магнитострикцията е промяна в размера на телата при промяна на магнитното им състояние. Сърцевина от магнитостриктивен материал, поставена в проводима намотка, променя дължината си в съответствие с формата на токовия сигнал, преминаващ през намотката. Това явление, открито през 1842 г. от Джеймс Джаул, е характерно за феромагнетиците и феритите. Най-често използваните магнитострикционни материали са сплави на базата на никел, кобалт, желязо и алуминий. Най-високият интензитет на ултразвуковото излъчване може да бъде постигнат от пермендурната сплав (49% Co, 2% V, останалото Fe), която се използва в мощни ултразвукови излъчватели. По-специално тези, произведени от нашата компания.
Приложение на ултразвук.
Разнообразните приложения на ултразвука могат да бъдат разделени в три области:
- получаване на информация за дадено вещество
- ефект върху веществото
- обработка и предаване на сигнали
Зависимостта на скоростта на разпространение и затихване на акустичните вълни от свойствата на материята и процесите, протичащи в тях, се използва в следните изследвания:
- изследване на молекулярни процеси в газове, течности и полимери
- изследване на структурата на кристали и други твърди тела
- контрол на химични реакции, фазови преходи, полимеризация и др.
- определяне на концентрацията на разтвора
- определяне на якостни характеристики и състав на материалите
- определяне на наличието на примеси
- определяне на дебита на течност и газ
Измерването на скоростта на звука в твърди тела дава възможност да се определят еластичните и якостни характеристики на структурните материали. Този индиректен метод за определяне на якостта е удобен поради своята простота и възможността за използване в реални условия.
Ултразвуковите газови анализатори следят натрупването на опасни примеси. Зависимостта на ултразвуковата скорост от температурата се използва за безконтактна термометрия на газове и течности.
Ултразвуковите разходомери, работещи с ефекта на Доплер, се основават на измерване на скоростта на звука в движещи се течности и газове, включително нехомогенни (емулсии, суспензии, пулпи). Подобно оборудване се използва за определяне на скоростта и скоростта на кръвния поток в клинични проучвания.
Голяма група методи за измерване се основават на отразяването и разсейването на ултразвукови вълни на границите между медиите. Тези методи ви позволяват точно да определите местоположението на чужди тела в околната среда и се използват в области като:
- сонар
- безразрушителен контрол и откриване на дефекти
- медицинска диагностика
- определяне нивата на течности и твърди вещества в затворени контейнери
- определяне на размера на продукта
- визуализация на звукови полета - звукова визия и акустична холография
Отражението, пречупването и способността за фокусиране на ултразвук се използват в ултразвукова дефектоскопия, в ултразвукови акустични микроскопи, в медицинската диагностика и за изследване на макронехомогенности на материята. Наличието на нееднородности и техните координати се определят от отразените сигнали или от структурата на сянката.
Методите за измерване, базирани на зависимостта на параметрите на резонансна осцилираща система от свойствата на натоварващата я среда (импеданс), се използват за непрекъснато измерване на вискозитета и плътността на течности и за измерване на дебелината на части, които могат да бъдат достъпни само от една страна. Същият принцип е в основата на ултразвукови тестери за твърдост, нивомери и превключватели за ниво. Предимства на ултразвуковите методи за изпитване: кратко време за измерване, възможност за контрол на експлозивни, агресивни и токсични среди, липса на въздействие на инструмента върху контролираната среда и процеси.
Ефектът на ултразвука върху веществото.
Въздействието на ултразвука върху веществото, което води до необратими промени в него, се използва широко в индустрията. В същото време механизмите на действие на ултразвука са различни за различните среди. В газовете основният действащ фактор са акустичните течения, които ускоряват процесите на пренос на топлина и маса. Освен това ефективността на ултразвуковото смесване е значително по-висока от конвенционалното хидродинамично смесване, т.к граничният слой има по-малка дебелина и в резултат на това по-голям температурен или концентрационен градиент. Този ефект се използва в процеси като:
- ултразвуково сушене
- изгаряне в ултразвуково поле
- аерозолна коагулация
При ултразвукова обработка на течности основният работен фактор е кавитация . Следните технологични процеси се основават на кавитационния ефект:
- ултразвуково почистване
- метализация и запояване
- звуко-капилярен ефект - проникване на течности в най-малките пори и пукнатини. Използва се за импрегниране на порести материали и се среща при всяка ултразвукова обработка на твърди вещества в течности.
- кристализация
- интензификация на електрохимичните процеси
- получаване на аерозоли
- унищожаване на микроорганизми и ултразвукова стерилизация на инструменти
Акустични течения- един от основните механизми на въздействието на ултразвука върху материята. Причинява се от абсорбцията на ултразвукова енергия в веществото и в граничния слой. Акустичните потоци се различават от хидродинамичните по малката дебелина на граничния слой и възможността за неговото изтъняване с увеличаване на честотата на трептене. Това води до намаляване на дебелината на температурния или концентрационния граничен слой и увеличаване на градиентите на температурата или концентрацията, които определят скоростта на пренос на топлина или маса. Това спомага за ускоряване на процесите на изгаряне, сушене, смесване, дестилация, дифузия, екстракция, импрегниране, сорбция, кристализация, разтваряне, дегазиране на течности и стопилки. При високоенергиен поток въздействието на акустичната вълна се осъществява благодарение на енергията на самия поток, чрез промяна на неговата турбулентност. В този случай акустичната енергия може да бъде само част от процента от енергията на потока.
При преминаване на звукова вълна с висок интензитет през течност се получава т.нар акустична кавитация . При интензивна звукова вълна по време на полупериоди на разреждане се появяват кавитационни мехурчета, които рязко се свиват при преминаване към зона с високо налягане. В областта на кавитацията възникват мощни хидродинамични смущения под формата на микроударни вълни и микропотоци. В допълнение, колапсът на мехурчетата е придружен от силно локално нагряване на веществото и отделяне на газ. Такова излагане води до разрушаване дори на такива издръжливи вещества като стомана и кварц. Този ефект се използва за диспергиране на твърди вещества, производство на фини емулсии от несмесващи се течности, възбуждане и ускоряване на химични реакции, унищожаване на микроорганизми и извличане на ензими от животински и растителни клетки. Кавитацията също определя такива ефекти като слабо сияние на течност под въздействието на ултразвук - сонолуминесценция и необичайно дълбоко проникване на течност в капилярите - сонокапилярен ефект .
Кавитационната дисперсия на кристалите на калциевия карбонат (скала) е в основата на акустичните устройства против котлен камък. Под въздействието на ултразвук частиците във водата се разделят, средните им размери намаляват от 10 до 1 микрона, броят им и общата повърхност на частиците се увеличават. Това води до прехвърляне на процеса на образуване на котлен камък от топлообменната повърхност директно в течността. Ултразвукът също въздейства върху образувалия се слой котлен камък, образувайки микропукнатини в него, които допринасят за отчупването на парчета котлен камък от топлообменната повърхност.
В ултразвуковите почистващи инсталации с помощта на кавитацията и генерираните от нея микропотоци се отстраняват както твърдо свързани с повърхността замърсители, като котлен камък, котлен камък, неравности, така и меки замърсители, като мазни филми, мръсотия и др. Същият ефект се използва за интензифициране на електролитни процеси.
Под въздействието на ултразвук възниква такъв любопитен ефект като акустична коагулация, т.е. сближаване и уголемяване на суспендирани частици в течност и газ. Физическият механизъм на това явление все още не е напълно изяснен. Акустичната коагулация се използва за отлагане на промишлен прах, дим и мъгла при честоти, ниски за ултразвук, до 20 kHz. Възможно е благоприятните ефекти от звъна на църковните камбани да се основават на този ефект.
Механичната обработка на твърди вещества с помощта на ултразвук се основава на следните ефекти:
- намаляване на триенето между повърхностите по време на ултразвукови вибрации на една от тях
- намаляване на границата на провлачване или пластична деформация под въздействието на ултразвук
- укрепване и намаляване на остатъчните напрежения в металите при въздействие на инструмент с ултразвукова честота
- При ултразвуковото заваряване се използва комбинираният ефект на статична компресия и ултразвукови вибрации
Има четири вида обработка с помощта на ултразвук:
- размерна обработка на детайли от твърди и крехки материали
- рязане на трудни за рязане материали с ултразвуково приложение върху режещия инструмент
- почистване в ултразвукова вана
- смилане на вискозни материали с ултразвуково почистване на шлифовъчното колело
Ефекти на ултразвук върху биологични обектипричинява различни ефекти и реакции в телесните тъкани, което се използва широко в ултразвуковата терапия и хирургията. Ултразвукът е катализатор, който ускорява установяването на равновесно, от физиологична гледна точка, състояние на организма, т.е. здраво състояние. Ултразвукът има много по-голям ефект върху болните тъкани, отколкото върху здравите. Използва се и ултразвуково пръскане на лекарства за инхалация. Ултразвуковата хирургия се основава на следните ефекти: разрушаване на тъканта чрез самия фокусиран ултразвук и прилагане на ултразвукови вибрации към режещ хирургически инструмент.
Ултразвуковите устройства се използват за преобразуване и аналогова обработка на електронни сигнали и за управление на светлинни сигнали в оптиката и оптоелектрониката. Ултразвукът с ниска скорост се използва в линиите за забавяне. Контролът на оптичните сигнали се основава на дифракцията на светлината от ултразвук. Един от видовете такава дифракция, така наречената Bragg дифракция, зависи от дължината на вълната на ултразвук, което позволява да се изолира тесен честотен интервал от широк спектър светлинно излъчване, т.е. филтърна светлина.
Ултразвукът е изключително интересно нещои може да се предположи, че много от неговите възможности практическо приложениеса все още неизвестни на човечеството. Ние обичаме и познаваме ултразвука и ще се радваме да обсъдим всякакви идеи, свързани с приложението му.
Къде се използва ултразвук - обобщена таблица
Нашата компания "Колцо-Енерго" ЕООД се занимава с производство и монтаж на акустични устройства против котлен камък "Акустик-Т". Произвежданите от нашата фирма апарати се отличават с изключително високо ниво на ултразвуков сигнал, което им позволява да работят с котли без водоподготовка и пароводни котли с артезианска вода. Но предотвратяването на мащаба е много малка част от това, което ултразвукът може да направи. Този удивителен природен инструмент има огромни възможности и ние искаме да ви разкажем за тях. Служителите на нашата компания са работили дълги години във водещи руски предприятия, занимаващи се с акустика. Ние знаем много за ултразвука. И ако изведнъж възникне необходимостта да използвате ултразвук във вашата технология,
Золкина Александра.
Този проект е изпълнен от ученик от 9 клас. Този проект изследва ултразвука в природата. Дадена е концепцията за ултразвук, нейното местоположение върху скалата на електромагнитните вълни е завършено в 9 клас на гимназията.
Изтегляне:
Преглед:
За да използвате визуализации на презентации, създайте акаунт в Google и влезте в него: https://accounts.google.com
Надписи на слайдове:
Ултразвукът е еластични вибрации и вълни, чиято честота надвишава 15 - 20 kHz
В природата ултразвукът се среща като компонент на много естествени шумове: шумът от вятър, водопади, дъжд и при мълнии. Локационните способности на прилепите, нощните насекоми и морските животни са добре известни на всички. Съществуването на такива звуци е открито с развитието на акустиката в края на 19 век. От физическа гледна точка всеки звук е колебателно движение, разпространяващо се във вълни в еластична среда. Колкото повече вибрации прави едно трептящо тяло (или еластична среда) за секунда, толкова по-висока е честотата на звука. Най-ниският човешки глас (бас) вибрира около осемдесет пъти в секунда или, както казват физиците, неговата честота на вибрация достига осемдесет херца. Най-високият глас (например сопраното на перуанската певица Ima Sumac) е около 1400 херца.
В навигацията и риболова ехолотът се монтира на дъното на кораб или лодка и гарантира безопасността на моряците, корабите и пътниците. Само при използване на ехолот корабът може да плава безопасно. В крайна сметка дъното става „видимо“.
Съвременните ехолоти ви позволяват не само да измервате дълбочината, но и да търсите риба, да разберете размера на рибата, разстоянието до рибата и дълбочината на ято или отделни риби. Например модерният ехолот HUMMINBIRD 580.
В природата и техниката са известни звуци с още по-високи честоти - стотици хиляди и дори милиони херца. Кварцът има рекордно висок звук - до един милиард херца! Силата на звука на вибрираща в течност кварцова плоча е 40 хиляди пъти по-голяма от силата на звука на двигател на самолет. Но не можем да оглушеем от този „адски рев“, защото не го чуваме. Човешкото ухо възприема звуци с честота на вибрация само от шестнадесет до двадесет хиляди херца. Високочестотните акустични вибрации обикновено се наричат ултразвук; прилепите използват своите вълни, за да „усещат“ заобикалящата ги среда.
Делфините Делфинът използва ултразвукови вълни, като ги фокусира в желаната посока, благодарение на изпъкналата форма на черепа и мастния слой под формата на израстък на главата. Ехото се връща към делфина под формата на звукова картина, по която той може да разпознае дали е плячка или хищник.
ПрилепиИзразът „сляп като прилеп“ е напълно верен – учените са установили, че когато тези животни разчитат само на зрението, те се блъскат в околните предмети много по-често, отколкото когато използват ултразвук за навигация.
Ултразвуците се появяват в ларинкса на прилепите. Тук гласните струни са опънати под формата на особени струни, които, вибрирайки, произвеждат звук. Ларинксът по своята структура прилича на обикновена свирка: въздухът, издишан от белите дробове, се втурва през него като вихрушка - появява се „свирка“ с много висока честота, до 150 хиляди херца (човек не може да го чуе).
Прилепът може периодично да блокира въздушния поток. Тогава той избухва с такава сила, сякаш изхвърлен от експлозия. Налягането на въздуха, преминаващ през ларинкса, е два пъти по-високо, отколкото в парен котел. Не е лошо постижение за животно с тегло 5 - 20 грама! В ларинкса на прилепа се възбуждат краткотрайни високочестотни звукови вибрации - ултразвукови импулси. Има от 5 до 60 импулса в секунда, а при някои видове дори от 10 до 200 импулса. Всеки импулс, "експлозията", продължава само 2 - 5 хилядни. Краткостта на звуковия сигнал е много важен физически фактор. Само благодарение на него е възможна точна локация на ехото, тоест ориентация с помощта на ултразвук.
Молци от семейството на мечките са разработили ултразвуков генератор на шум, който „отстранява миризмата“ на прилепи, преследващи тези насекоми. Пеперуди
Ултразвукова ехолокация на молци
Дълбочина на проникване на ултразвуковите вълни Дълбочината на проникване на ултразвука се отнася до дълбочината, при която интензитетът намалява наполовина. Тази стойност е обратно пропорционална на абсорбцията: колкото по-силно средата абсорбира ултразвук, толкова по-късо е разстоянието, на което ултразвуковият интензитет намалява наполовина
Работата е изпълнена от: Александра Золкина, ученичка от 9 клас А
Далабаева Гулжан Кушикбаевна
учител по физика и математика
Водещ фактор са хората, тяхната воля, енергия,
постоянство, знания. Това е този
„златен ключ“, който ще ни позволи
отвори вратата към просперитет и независимост.
Н. Назарбаев „Казахстан 2030“
Цел на доклада:
Покажете разнообразието от свойства и характеристики на звуковите вибрации.
Задачи
Проследете историята на изучаването на звуците.
Помислете за различни източници на звук
Съставете интересни въпросии задачи.
Разширете хоризонтите си
Предговор
Звук- това са механични вибрации, разпространяващи се в еластични среди - газове, течности и твърди тела - и възприемани от органите на слуха.
Сега да помислим малко. Ако например камък падне в планината и наблизо няма никой, който да чуе звука от падането му, съществува ли звукът или не? На въпроса може да се отговори както положително, така и отрицателно в еднаква степен, тъй като думата „звук“ има двойно значение. Следователно е необходимо да се споразумеят какво се счита за звук - физическо явление под формата на разпространение на звукови вибрации във въздуха или усещане на слушателя. Първото е по същество причината, второто е следствието, докато първото понятие за звук е обективно, второто е субективно.
В първияВ този случай звукът наистина представлява поток от енергия, течащ като речен поток. Такъв звук може да промени средата, през която преминава, и самият той се променя от нея. Във вторияВ този случай под звук имаме предвид онези усещания, които възникват в слушателя, когато звукова вълна действа върху мозъка чрез слухов апарат. Чувайки звук, човек може да изпита различни чувства. Най-разнообразни емоции предизвикват у нас този сложен комплекс от звуци, който наричаме музика. Звуците формират основата речи, който служи като основно средство за комуникация в човешкото общество. И накрая, има такава форма на звук като шум. Анализът на звука от гледна точка на субективното възприятие е по-сложен, отколкото при обективна оценка.
История на изучаването на звуците
Звуците започват да се изучават в древни времена. Първите акустични наблюдения са направени през 6 век пр.н.е. Питагор установи връзката между височината и дължината на струната или тръбата, която произвежда звука.
През 4 век. пр.н.е Аристотел първият правилно си представи как звукът се разпространява във въздуха. Той каза, че звучащото тяло причинява компресия и разреждане на въздуха и обясни ехото като отражение на звука от препятствия.
През 15 век Леонардо да Винчи формулира принципа за независимост на звуковите вълни от различни източници.
Светът, в който живеем, е пълен с всякакви звуци. Шумоленето на листата, тътенът на гръмотевиците, шумът на морския прибой, свиренето на вятъра, ръмженето на животните, пеенето на птиците... Тези звуци са чували древните хора.
Живеем в свят на звуци, които ни позволяват да получаваме информация за случващото се около нас.
Звук– механични вибрации, разпространяващи се в еластични среди, газове, течности и твърди тела, възприемани от ухото.
ДИФРАКЦИЯ НА ЗВУКОВИТЕ ВЪЛНИ при отвор. Отляво - дължината на вълната на звука е много по-голяма от диаметъра на отвора, фронтът на вълната зад отвора има формата на полусфера; вдясно - дължината на вълната на звука е значително по-малка от диаметъра на отвора, вълната почти не се разминава в страни.
ЗОНА НА ТИШИНА може да възникне, когато температурата на въздуха намалява с увеличаване на надморската височина. Звуковите вълни, идващи от източник на звук, се отклоняват нагоре поради пречупване. Звукът не прониква в зоната на тишината при пречупени звукови лъчи.
УЛТРАЗВУК
УЛТРАЗВУК,еластични вълни с висока честота, на които са посветени специални раздели на науката и техниката. Човешкото ухо възприема еластични вълни, разпространяващи се в среда с честота до приблизително 16 000 вибрации в секунда (Hz); колебания с повече висока честотапредставляват ултразвук (извън границата на чуваемост). Въпреки че учените знаят за съществуването на ултразвук от дълго време, практическото му използване в науката, технологиите и индустрията започна сравнително наскоро. Сега ултразвукът се използва широко в различни физически и технологични методи.
За първи път идеята за практическото използване на ултразвука възниква, както е известно, през първата половина на миналия век във връзка с разработването на методи и инструменти за откриване на различни обекти в морските дълбини. : подводници, рифове, подводни части от айсберги и др. Това е причинено преди всичко от потъването на Титаник през 1912 г. и началото на участието на подводници във военни операции по време на Първата световна война.
Ултразвуците могат да се произвеждат и възприемат от животни като кучета, котки, делфини, мравки, прилепи и др. Прилепите издават кратки, високи звуци по време на полет. В полета си те се ръководят от отраженията на тези звуци от предмети, срещани по пътя; те дори могат да ловят насекоми, ръководени само от ехото на своята малка плячка. Котките и кучетата могат да чуят много високи свистящи звуци (ултразвук).
Наблюденията показват, че мравките също излъчват ултразвукови сигнали с различна честота различни ситуации. Всички записани звукови сигнали на мравки могат да бъдат разделени на три групи: „сигнал за бедствие“, „сигнал за агресия“ (по време на битка) и „сигнал за храна“. Мравките издават звуци в относително широк диапазон от честоти - от 0,3 до 5 килохерца.
Приложение в биологията и медицината.Фактът, че ултразвукът активно засяга биологични обекти (например убива бактерии), е известен от повече от 70 години. Ултразвуковите стерилизатори за хирургически инструменти се използват в болници и клиники. Електронното оборудване със сканиращ ултразвуков лъч служи за откриване на тумори в мозъка и поставяне на диагноза; използва се в неврохирургията за инактивиране на отделни области на мозъка с мощен фокусиран високочестотен (около 1000 kHz) лъч. Но ултразвукът се използва най-широко в терапията - при лечение на лумбаго, миалгия и контузии, въпреки че все още няма консенсус сред лекарите относно конкретния механизъм на въздействие на ултразвука върху болните органи. Вибрациите с висока честота причиняват вътрешно нагряване на тъканите, което е възможно придружено от микромасаж.
Човечеството знае много начини за въздействие върху тялото за терапевтични и превантивни цели. Те включват лекарства, хирургични методи, физиотерапевтични методи и алтернативна медицина. Не може да се каже, че някоя от тези опции е по-предпочитана, тъй като те най-често се използват в комбинация помежду си и се избират индивидуално. Един от невероятните методи за въздействие върху човешкото тяло е ултразвукът, ще обсъдим (накратко) използването на ултразвук в медицината и технологиите.
Ултразвукът е специални звукови вълни. Те са недоловими за човешкото ухо и имат честота над 20 000 херца. Човечеството има информация за ултразвуковите вълни от много години, но те не са били използвани в ежедневието толкова дълго.
Използване на ултразвук в медицината (накратко)
Ултразвукът намира широко приложение в различни области на медицината – за терапевтични и диагностични цели. Най-познатата му употреба в технологиите е ултразвукова (ултразвукова) машина.
Използва се в медицината за диагностика
Такива звукови вълни се използват за изследване на различни вътрешни органи. В крайна сметка ултразвукът се разпространява добре меки тъканинашето тяло и се характеризира с относителна безвредност в сравнение с рентгеновите лъчи. Освен това е много по-лесен за използване от по-информативната магнитно-резонансна терапия.
Използването на ултразвук в диагностиката позволява да се визуализира състоянието на различни вътрешни органи, често се използва при изследване на коремни или тазови органи.
Това изследване дава възможност да се определи размерът на органите и състоянието на тъканите в тях. Специалист по ултразвук може да открие туморни образувания, кисти, възпалителни процеси и др.
Приложение в медицината в травматологията
Ултразвукът се използва широко в травматологията; устройство като ултразвуков остеометър позволява не само да се определи наличието на фрактури или пукнатини в костите, но също така се използва за откриване на минимални промени в костната структура при съмнение за остеопороза или при диагностицирането й.
Ехографията (друго популярно изследване с помощта на ултразвук) ви позволява да определите наличието на вътрешно кървене в случай на затворени наранявания на гръдния кош или корема. Ако се открие течност в коремната кухина, ехографията позволява да се определи местоположението и количеството на ексудата. Освен това се извършва и при диагностициране на запушвания на големи кръвоносни съдове - за определяне на размера и местоположението на емболите, както и на кръвните съсиреци.
Акушерство
Ултразвуковото изследване е един от най-информативните методи за проследяване на развитието на плода и диагностика на различни нарушения. С негова помощ лекарите точно определят къде се намира плацентата. Също така ултразвуковото изследване по време на бременност дава възможност да се оцени развитието на плода, да се направят измервания, да се установят размерите на корема, гърдите, диаметъра и обиколката на главата и др.
Доста често тази диагностична опция позволява предварително да се открият анормални състояния в плода и да се изследват движенията му.
Кардиология
Ултразвуковите диагностични методи се използват широко за изследване на сърцето и кръвоносните съдове. Например, така нареченият М-режим се използва за откриване и разпознаване на сърдечни аномалии. В кардиологията има нужда да се регистрира движението на сърдечните клапи изключително с честоти от около 50 херца, съответно такова изследване може да се извърши само с помощта на ултразвук.
Терапевтични приложения на ултразвука
Ултразвукът се използва широко в медицината за постигане на терапевтичен ефект. Има отлично противовъзпалително и абсорбиращо действие, има аналгетични и спазмолитични свойства. Има доказателства, че ултразвукът се характеризира и с антисептични, съдоразширяващи, абсорбиращи и десенсибилизиращи (антиалергични) свойства. В допълнение, ултразвукът може да се използва за подобряване на пропускливостта на кожата с паралелно използване на допълнителни лекарства. Този метод на лечение се нарича фонофореза. Когато се извършва, върху тъканта на пациента не се прилага обикновен гел за излъчване на ултразвук, а лекарствени вещества (лекарства или природни съставки). Благодарение на ултразвука, лечебните частици проникват дълбоко в тъканта.
За терапевтични цели ултразвукът се използва с различна честота, отколкото за диагностика - от 800 000 до 3 000 000 трептения в секунда.
Кратко приложение на ултразвуковата технология
За медицински цели се използват различни ултразвукови устройства. Някои от тях са предназначени само за използване в лечебни заведения, докато други могат да се използват у дома. Последните включват малки ултразвукови препарати, които излъчват ултразвук в диапазона 500-3000 kHz. Те ви позволяват да провеждате сесии за домашна физиотерапия, имат противовъзпалителен и аналгетичен ефект, подобряват кръвообращението, стимулират резорбцията, заздравяването на раневите повърхности, премахват подуване и белези, а също така помагат за унищожаване на вирусни частици и др.
Въпреки това, такава ултразвукова технология трябва да се използва само след консултация с лекар, тъй като има редица противопоказания за употреба.
Това е използването на ултразвук в технологиите и медицината.