Ультразвук, упругие колебания и волны с частотами

Ультразвук, упругие колебания и волны с частотами приблизительно от
1,5— 2 104 гц (15—20 кгц) и до 109 гц (1 Ггц), область частот ультразвук от
109 до 1012-13 гц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука
можно подразделить на три подобласти: ультразвук низких частот (1,5104—
105 гц) — УНЧ, ультразвук средних частот (105 — 107 гц) — УСЧ и область
высоких частот ультразвук (107—109 гц) — УЗВЧ. Каждая из этих
подобластей характеризуется своими специфическими особенностями
генерации, приёма, распространения и применения.
Физические свойства и особенности распространения ультразвука. По
своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в
этом он не отличается от звука. Частотная граница между звуковыми и
ультразвуковыми волнами поэтому условна; она определяется
субъективными свойствами человеческого слуха и соответствует
усреднённой верхней границе слышимого звука. Однако благодаря более
высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн имеет место ряд
особенностей распространения ультразвука. Так, для УЗВЧ длины волн в
воздухе составляют 3,410-3—3,410-5 см, в воде 1,510-2—1,5 10-4 см и в стали
510-2— 510-4 см. ультразвук в газах и, в частности, в воздухе
распространяется с большим затуханием . Жидкости и твёрдые тела (в
особенности монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие
проводники ультразвук, затухание в которых значительно меньше. Так,
например, в воде затухание ультразвука, при прочих равных условиях
приблизительно в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Поэтому области
использования УСЧ и УЗВЧ относятся почти исключительно к жидкостям и
твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только УНЧ. Ввиду малой
длины волны ультразвук на характере его распространения сказывается
молекулярная структура среды, поэтому, измеряя скорость ультразвука с и
коэффициент поглощения , можно судить о молекулярных свойствах
вещества. Этими вопросами занимается молекулярная акустика. Характерная
особенность распространения ультразвука в газах и жидкостях —
существование отчётливо выраженных областей дисперсии,
сопровождающейся резким возрастанием его поглощения. Коэффициент
поглощения ультразвука в ряде жидкостей существенно превосходит
рассчитанный по классической теории и не обнаруживает предсказанного
этой теорией увеличения, пропорционального квадрату частоты.
Ультразвук в природе. Целый ряд животных способен воспринимать и
излучать частоты упругих волн значительно выше 20 кгц. Так, птицы
болезненно реагируют на ультразвуковые частоты более 25 кгц, что
используется, например, для отпугивания чаек от водоёмов с питьевой водой.
Мелкие насекомые при своём полёте создают ультразвуковые волны.
Интересно используют ультразвук летучие мыши. Для того чтобы летучая
мышь могла существовать в полной темноте, природа снабдила ее
эхолокатаром исключительного совершенства. Он работает на
ультразвуковых частотах. При полете, летучая мышь испускает неслышные
человеческим ухом сигналы с частотой 25000 – 50000 циклов в секунду.
Каждый сигнал длится примерно 10 – 15 тысячных долей секунды.
Ультразвуковой сигнал, посланный мышью в определенном по отношению к
ее телу направлений, попадает на препятствие, отражается от него и
возвращается. Слуховые органы летучей мыши тоже необыкновенно развиты
– летучая мышь способна услышать отражающий сигнал, даже если он будет
в две тысячи раз слабее первичного сигнала. Более того, летучая мышь
способна различать свой отраженный сигнал среди постороннего шума, хотя
бы этот шум в тысячи раз превосходит по силе эхо посланного ею сигнала.
По времени, которое проходит с момента подачи сигнала до его
возвращения, мышь определяет (разумеется, инстинктивно), как далеко
находится препятствие.
Дельфины издают и воспринимают звуки в диапазоне частот 250 – 222000
Гц. Низкие частоты излучаются лобным бугром (линзой), что позволяет
животным обнаруживать отдаленные объекты. Высокие частоты ,
излучаемые через кончик морды, различают близкие предметы. Отраженное
эхо воспринимается жировым синусом в нижней челюсти и передается к
слуховому барабану. Мозг анализирует эту информацию и создает
акустический образ объекта. Так дельфины обнаруживают косяки рыб за
сотни метров. Особенность ультразвука заключается еще и в том, что его
легче, чем обычный звук сфокусировать.
Список использованной литературы:
1. Ландау Л.Д. Физика для всех: [Текст]. – М.: Наука, 1974. – 390с.
2. Моря и океаны: [Текст]./Под ред. М.В. Гагарина– М.:Росмэн, 1997. –
190с. – (Мир дикой природы)
3. Физика. Большой энциклопедический словарь: [Текст]./Гл. ред. А.М.
Прохоров. – 4-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. –
944с.