Ультразвук, УЗИ и дельфины
Так уж бывает, что люди болеют. И для постановки диагноза им назначают УЗИ сердца, внутренних органов. У беременных женщин УЗИ позволяет исследовать младенцев, выявить патологии, а для любопытных – узнать пол будущего ребёнка. Но так ли безопасно это ультразвуковое исследование? И причём же здесь дельфины? Как раз к месту, и это я теперь точно знаю. Но обо всём по - порядку.
Для начала перечислим некоторые успешные современные технологические применения ультразвука.
Ультразвуковая сварка под давлением. Стык шероховатых поверхностей уже через 0,1 секунды после воздействия ультразвука приобретает гладкую структуру.
Облучение ультразвуком расплавленных металлов и сплавов позволяет получить более однородную мелкокристаллическую структуру.
Облучение ультразвуком расплавленных металлов содействует удалению из них газов, что в конечном итоге также улучшает качество металла, обеспечивает отсутствие в нем усадочных раковин.
Ультразвук используется также при закалке и отпуске сплавов, сварке и пайке, значительны перспективы применения ультразвука при сверлении и долбежке твердых материалов, очистке металлических изделий, для предотвращения образования накипи на стенках котлов и иных сосудов, получения однородных горючих смесей, при газоочистке и сушке различных материалов. В США освоен дешевый метод нарезания резьбы произвольного профиля на металлических изделиях с помощью ультразвука.
Но что же такое ультразвук? Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда успевает обтекать его, то своим движением оно то сжимает, то разрежает среду. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются во все стороны от колеблющегося тела и образуют звуковую волну. Если колебания тела, создающего волну следуют друг за другом не реже, чем 16 раз в секунду не чаще, чем 20 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо слышит их.
Для начала перечислим некоторые успешные современные технологические применения ультразвука.
Ультразвуковая сварка под давлением. Стык шероховатых поверхностей уже через 0,1 секунды после воздействия ультразвука приобретает гладкую структуру.
Облучение ультразвуком расплавленных металлов и сплавов позволяет получить более однородную мелкокристаллическую структуру.
Облучение ультразвуком расплавленных металлов содействует удалению из них газов, что в конечном итоге также улучшает качество металла, обеспечивает отсутствие в нем усадочных раковин.
Ультразвук используется также при закалке и отпуске сплавов, сварке и пайке, значительны перспективы применения ультразвука при сверлении и долбежке твердых материалов, очистке металлических изделий, для предотвращения образования накипи на стенках котлов и иных сосудов, получения однородных горючих смесей, при газоочистке и сушке различных материалов. В США освоен дешевый метод нарезания резьбы произвольного профиля на металлических изделиях с помощью ультразвука.
Но что же такое ультразвук? Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда успевает обтекать его, то своим движением оно то сжимает, то разрежает среду. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются во все стороны от колеблющегося тела и образуют звуковую волну. Если колебания тела, создающего волну следуют друг за другом не реже, чем 16 раз в секунду не чаще, чем 20 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо слышит их.
Частоты 16 Гц- 20 кГц, которые способен воспринимать слуховой аппарат человека принято называть звуковыми или акустическими, например писк комара »10 кГц. Но воздух, глубины морей и земные недра наполнены звуками, лежащими вне этого диапазона – инфра- и ультразвуками. В природе ультразвук встречается в качестве компонента многих естественных шумов, в шуме ветра, водопада, дождя, морской гальки, перекатываемой прибоем, в грозовых разрядах. Многие млекопитающие, например кошки и собаки, обладают способностью восприятия ультразвука, частотой до 100 кГц, а локационные способности летучих мышей, ночных бабочек (совок) и морских животных (дельфинов) всем хорошо известны.
Летучая мышь издает ультразвуки, а затем улавливает эхо, отраженное от препятствий. Частота звуков, издаваемых летучей мышью, достигает 50 кГц. Дельфины используют главным образом частоты от 80-100 к Гц. Мощность излучаемых дельфинами локационных сигналов может быть очень большой; известно, что они могут обнаруживать косяки рыбы на расстояниях до километра.
Ультразвук и дельфины |
Удивительные технологии в природе. Дельфины |
Язык дельфинов |
Дельфины |
Существование таких звуков было обнаружено с развитием акустики только в конце XIX века. Тогда же начались первые исследования ультразвука, но основы его применения были заложены только в первой трети XX-века.
Ультразвуковые волны (неслышимый звук) по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. У ультразвука есть специфические особенности, которые определили его широкое применение в науке и технике.
Известны как тепловые, так и механические воздействия упругих колебаний с частотами свыше 100 кГц. Даже малая интенсивность подобных концентрированных колебаний значительно влияет на мыслительные структуры и нервную систему, вызывая головную боль, головокружение, расстройства зрения и дыхания, конвульсии, а иногда и отключение сознания.
Ультразвук воздействует на вирусы, даже вирусы гриппа, желтухи. Они просто гибнут. Тифозная палочка гибнет в течение нескольких секунд. Используется ультразвук в биологии и медицине для дробления жидких и твёрдых веществ.
Многие из вас проходили УЗИ – ультразвуковое исследование внутренних органов. Но ультразвуковое обследование, используемое в медицине, не так уж безопасно. Учёные задумались, нравится ли малышу в мамином животе ни с того ни с сего нарушают каким-то ультразвуком? И вообще: чувствует ли он, что к нему «стучатся»? Над этим задумалась группа исследователей из города Рочестер в американском штате Миннесота. Как сообщает сайт Ananova.com, они с помощью крошечного гидрофона услышали то, что слышит ребёнок. Сначала звук был похож на самую верхнюю ноту, которую можно взять на фортепиано. А когда ультразвук направили прямо на гидрофон, исследователям показалось, что к ним приближается гудящий паровоз. Сомнительно, что младенец приходил в восторг, когда ему в уши ударяют 100 дБ.
Кроме того, опыт с сахаром (см. ниже) говорит нам о том, что ультразвук может творить подобные перестройки с веществом и сахарами в нашем организме, что до конца не исследовано.
Учёные также советуют врачам быть осторожнее и не направлять ультразвук прямо в ухо эмбриона – возможно, это может быть причиной аномалий развития лица и черепной коробки.
Ультразвук для формирования аэрозолей при ингаляции
|
Ультразвуковое исследование сердца
|
Справка о понятии ультразвука: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ULTRAZVUK.html
Интересная особенность ультразвука: http://class-fizika.narod.ru/stir3.htm
Вывод
Таким образом, ультразвук - вид упругих механических волн высоких частот, не воспринимаемых человеческим ухом, но встречающийся в природе. Ультразвук способен совершать невероятные явления и оказывать разнообразнейшие действия на окружающую среду, что нашло широкое применение в медицине, биологии и промышленности. Чтобы узнать о других свойствах ультразвука, советую заглянуть на страничку эхо.