Реферат по физике "Инфразвук и ультразвук"

                                               Оглавление.

                                                          Введение………………………………………………………………………...4

         I.         Понятие о звуке…………………………………………………………5

      II.          Инфразвук …………………………………………………………….11                        

2.1 .Понятие инфразвука ……………………………….…………….11

2.2.Влияние инфразвука на организм людей ……………………….12

2.3. Профилактика и лечение заболеваний, вызванных

Инфразвуком. …………………………………………………………17

2.4. Инфразвуковые аномалии.………………………………………18

2.5. Роль инфразвука в жизни животных.…………………………...21

2.6.  Перспективы использования инфразвука.……………………..22

   III.          Ультразвук …………………………………………………………….25

3.1. Понятие  ультразвука …………………………………………….25

3.2. Влияние ультразвука на организм человека…………………….26

3.3. Профилактика и лечение заболеваний, вызванных

ультразвуком…………………………………………………….….….27

3.4. Использование ультразвуковой диагностики в медицине……..28

3.5 Перспективы использования ультразвуковой технологии

 в различных отраслях производства. .………………………………32

3.6. Роль ультразвука в  мире животных…………………………….36

Заключение………………………………………………….…………………38

Литература…………………………………………………………………….40

                                                  Введение.

Нас, людей, окружает внешняя среда. Отдельные ее факторы, оказывают  определенное влияние на организм человека. К этим факторам относятся воздух, вода, почва, лучистая энергия солнца, животный и растительный мир.

В производственных условиях факторы внешней среды превращаются в факторы производственной среды: воздух содержит неприродные газ и пыль, вода и почва загрязнены химикатами и т.п. Кроме того, появляются новые, чисто производственные факторы, такие как вибрация, шум и ультразвук.

Инфразвук и ультразвук отличаются от простых звуков тем, что не слышимы человеческим ухом. Инфразвук – сверхнизкие частоты, ультразвук – сверхвысокие частоты.

Меня очень заинтересовал, тот факт, что физика и техника наших дней обладают средством не только изучать, но и создавать  «беззвучные звуки» такой частоты, что число колебаний может достигать в этих «сверхзвуках»  до 700 тысяч в секунду. И мы можем успешно применять сверхзвуковые колебания во благо Человечества.

Считаю, что   ультразвуки и инфразвуки играют важнейшую роль и в живом мире и являются неотъемлемой частью нашей жизни. Мы их изучаем и применяем  на практике.

                              I. Понятие о звуке.

       Упругие волны, распространяются  в воздухе, внутри жидкостей и твердых тел, невидимы глазу.  Однако при определенных условиях их можно услышать.   Упругие волны, способные вызывать у человека слуховые ощущения, называют звуковыми волнами или просто звуком.   

Звук – это колебания упругой (твердой, жидкой или газообразной) среды, влекущие за собой возникновение в ней последовательно чередующихся участков сжатия и разряжения. Так как у частиц существуют упругие связи, то давление передается на соседние частицы.  Эти частицы, в свою очередь, воздействуют на следующие. Таким образом, область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления. Если же производить непрерывные смещения частиц упругой среды с какой-то частотой, то образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения, смещаясь, то в одну, то в другую сторону от первоначального положения.

Вспомним простой опыт. Зажав простую линейку в тисках, и, оставив выступать большую часть линейки,  вызвать ее колебания. В этом случае мы не услышим порождаемые ею волны. Как только укоротим выступающую часть линейки, так сразу увеличим  частоту колебаний  и линейка «зазвучит» (рис.1).

Рис.2                                                                                                                                                                              Рис.1                                                                                                         

Один из искусственных источников звука – камертон, с которым мы знакомы еще со школьного курса физики (рис.2) был изобретен в 1711 году английским музыкантом Дж. Шором и применялся для настройки музыкальных инструментов. Камертон представлял собой изогнутый металлический стержень с держателем посередине. После удара по нему резиновым молоточком, возникал звук, так как ветви камертона вибрировали, создавая вокруг себя попеременное сжатие и разрежение воздуха. Распространяясь по воздуху, полученные возмущения образовывали  звуковую волну. Стандартная частота колебаний камертона 440 Гц. Без подставки звук почти не слышим. Поэтому для усиления звука камертон устанавливали на резонатор. Из-за резонанса амплитуда вынужденных колебаний возрастает и поэтому звук усиливается.

Таким образом, любое тело, что колеблется со звуковой  частотой, является источником звука и от него в окружающей среде распространяются звуковые волны. Сжатие и разрежение среды, возникающее,  вследствие колебаний источников звука через некоторое время достигают перепонок человеческого уха, заставляя барабанную перепонку уха совершать вынужденные колебания, т.е. вызывая слуховые ощущения. Человеческое ухо способно воспринимать слуховые ощущения от 16 Гц до 20 кГц.

Человеческое ухо – очень чувствительный прибор, но с возрастом человека, вследствие потери эластичности барабанной перепонки, верхняя граница воспринимаемых частот постепенно снижается. Молодые люди слышат звуки с частотой 20кГц, а люди,  более старшего возраста от12 до 14 кГц. Слух может ухудшаться не только в связи с возрастом, но и от длительного внешнего воздействия громких звуков. Это шум в цехах, громкая музыка, постоянное ношение наушников и т.п., что,  в конечном счете,  может привести и к необратимым последствиям - к потере слуха.

                                                               Рис 3.

Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает к звуковым волнам с частотой 1 – 5 кГц. Если измерить  энергию, переносимую звуковой волной за одну секунду через поверхность площадью в 1, то получим величину, которую называем интенсивностью звука. При этом оказывается, что интенсивность самых громких звуков вызывает ощущение боли, так как превышает интенсивность самых слабых звуков в 10 триллионов раз (рис.3). Поэтому человеческое ухо – это самое совершенное устройство, чем любой измерительный  прибор, потому что ни одним прибором такой широкий диапазон значений  измерить нельзя. (См. Приложение 1)

         Животные (в сравнении с человеком)  в качестве звука воспринимают волны иных частот:

1)    Человек 16-20 000Гц

2)    Сверчок 2-4 000Гц

3)    Кузнечик 10-100 000Гц

4)    Лягушка 50-30 000Гц (см. Приложение 2)                                                                                  

Единицу громкости называют соном.  (от латинского «сонус» - звук). Помимо громкости, звук характеризуется высотой. Высота звука – определяется его частотой: чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук. Колебаниям небольшой частоты соответствуют низкие звуки, колебаниям большей частоты – высокие звуки. Шмель машет крылышками с меньшей частотой, что составляет 220 взмахов в секунду, а у комара 500-600. Поэтому полет шмеля сопровождается низким звуком (жужжанием), а полет комара – высоким (писком).   (См. Приложение 3)

В жидкостях и газах, звуковые (акустические) волны имеют продольный характер, то есть в них совпадают направления колебания частиц и перемещения волны. В твердых  же телах и плотных биотканях,  помимо продольных деформаций, возникают также и упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн, в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.

Профиль акустической волны, как правило, имеет знакопеременный характер, причем давление считается положительным, если участок среды в данный момент времени испытывает сжатие, и отрицательный при разряжении.

Если колебания выражены математически,  в виде функции, то ее значение через равные промежутки времени повторяются, и они называются периодическими (рис.4).  Наименьший интервал времени повторения колебательного процесса соответствует периоду (Т).

Рис 4.

Величина, обратная периоду колебаний, называется частотой:

                                            ν = ,

 которая   показывает число полных колебаний за секунду. Частота колебаний измеряется в герцах (Гц) в честь  немецкого физика  Г. Герца (1857-1894 гг.), но  может выражаться и в более крупных кратных единицах – килогерцах (кГц) и мегагерцах (МГц).
      Частота колебаний (ν) выражается  соотношением:    

                                     ,                     

  где          v - скорость распространения звуковых волн (м/с)

                     λ – длина волны. ( Рис. 5)         

   Рис. 5

    Таким образом, в  соответствии с определенной частотой, звуковые волны принято разделять на следующие диапазоны:

*инфразвук - до 16 Гц                 

*слышимый звук - 16 Гц - 20000 Гц

*ультразвук - 20 кГц - 1000 МГц

*гиперзвук - выше 109 Гц.                                                         

          Итак,  мы  на примерах  выяснили,  что такое звук. Коротко рассмотрели его характеристики для того, чтобы понять: любое тело, колеблющееся со звуковой частотой, является источником звука, так как от него в окружающей его среде возникают и распространяются звуковые волны.   Частоты в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц  называются звуковыми.

   Поэтому, звуковые волны характеризуются частотой в пределах от 16 Гц до 20 Гц. Упругие волны с частотой  ν16 Гц называются инфразвуком, а  ν - ультразвуком.                                      

                                          II.  Инфразвук.

                         2.1    Понятие инфразвука.  

           Развитие современной техники, новых типов транспортных средств, совершенствование технологических процессов и оборудования все больше сопровождаются увеличением мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который является сравнительно новым, не полностью изученным фактором производственной среды.

 Инфразвук (от лат. infra — ниже, под), не слышимые человеческим ухом упругие волны низкой частоты (менее 16 Гц). Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и поэтому человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот.  При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ухе.

Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

 Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказания стихийного бедствия — цунами. Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоев атмосферы, свойств водной среды.

Таким образом, инфразвук  возникает при землетрясениях, подводных и подземных взрывах, во время бурь и ураганов, от волн цунами и пр. Поскольку инфразвук слабо поглощается, он распространяется на большие расстояния и может служить их предвестником.  

 «Голос моря» — это инфразвуковые волны, возникающие над поверхностью моря при сильном ветре, в результате вихреобразования за гребнями волн. Вследствие того, что для инфразвука характерно малое поглощение, он распространяется на большие расстояния, а так как скорость его распространения значительно превышает скорость перемещения области шторма, то «голос моря» служит  заблаговременным предсказанием шторма.

                         2.2. Влияние инфразвука на организм людей.

    Воздействие низкочастотных колебаний на живые организмы известно давно. Например, некоторые люди, испытавшие подземные толчки при землетрясении, страдали от тошноты. Никола Тесла (фамилия которого теперь обозначает одну из основных единиц измерений, уроженец Сербии) около ста лет тому назад инициировал такой эффект у подопытного, сидящего на вибрирующем стуле [8].

    Наблюдаемые результаты относятся к взаимодействию твердых тел, когда колебания передаются человеку через твердую среду. Воздействие колебаний, передаваемых организму от воздушной среды, недостаточно изучено. Раскачать тело, как, например, на качелях, таким способом не удастся. Возможно, что неприятные ощущения возникают при резонансе: совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой колебаний каких-либо органов или тканей. В прежних публикациях об инфразвуке упоминали его воздействие на психику, проявляющееся как необъяснимый страх. Может быть, в этом также "виноват" резонанс.

      В физике резонансом называют увеличение амплитуды колебаний объекта, когда его собственная частота колебаний совпадает с частотой внешнего воздействия. Если таким объектом окажется внутренний орган, кровеносная либо нервная система, то нарушение их функционирования и даже механическое разрушение, вполне реально.

     Исследования биологического действия инфразвука на организм показали:

 *при уровне от 110 до 150 дБ и более инфразвук может вызывать у людей неприятные ощущения;

*вызывает многочисленные реактивные изменения (в центральной нервной, сердечнососудистой  и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе);

 *инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах, (выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора).

Источник инфразвука	Характерный частотный диапазон инфразвука	Уровни инфразвука
Автомобильный транспорт	Весь спектр инфразвукового диапазона	Снаружи 70-90 дБ, внутри до 120 дБ
Железнодорожный транспорт и трамваи	10-16 Гц	Внутри и снаружи от 85 до 120 дБ
Промышленные установки аэродинамического и ударного действия	8-12 Гц	До 90-105 дБ
Вентиляция промышленных установок и помещений, то же в метрополитене	3-20 Гц	До 75-95 дБ
Реактивные самолеты	Около 20 Гц	Снаружи до 130 дБ

     В соответствии с нормами САНПиНа  инфразвука на рабочих местах по характеру спектра инфразвук подразделяется на  широкополосный и гармонический.

 Гармонический характер спектра устанавливают в октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. По временным характеристикам инфразвук подразделяется на постоянный и непостоянный. Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц. Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных полосах 2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. При этом общий уровень звукового давления не должен превышать 110 дБ Лин. Для непостоянного инфразвука нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления.

Что очень интересно, инфразвук не является недавно открытым явлением. В действительности,  органистам он известен уже более 250 лет. В некоторых  соборах и церквях сохранились музыкальные инструменты -  органы.  Довольно длинные  их органные трубы, издают звук частотой менее 16 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства — тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками. 
         В статьях, того, довольно давнего времени говорилось, что сотрудник Национальной лаборатории физики в Англии доктор Ричард Лорд и профессор психологии Ричард Вайсман из Хертфордширского университета провели довольно странный эксперимент над аудиторией из 750 человек. С помощью семиметровой трубы им удалось примешать к звучанию обычных акустических инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта, слушателей попросили описать их впечатления. "Подопытные" сообщили, что почувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже побежали мурашки, у кого-то возникло тяжелое чувство страха. Самовнушением это можно было бы объяснить лишь отчасти. Из четырех сыгранных на концерте произведений, инфразвук присутствовал только в двух, при этом слушателям не сообщали, в каких именно. "Некоторые ученые полагают, что инфразвуковые частоты могут присутствовать в местах, которые, по легендам, посещают призраки, и именно инфразвук вызывает странные впечатления, обычно ассоциирующиеся с привидениями, - наше исследование подтверждает эти идеи", - заявил Вайсман.

         26 сентября 2002 года в Ливерпуле посетители концерта органной музыки стали участниками научного эксперимента: британские исследователи хотели проверить, как слушатели будут реагировать на инфразвук, то есть звуковые вибрации, недоступные для восприятия человеческим ухом. Учёные ожидали, что во время 50-минутного концерта российской органистки Евгении Чудинович, который прошел в центральном соборе города (Metropolitan Cathedral), инфразвук вызовет у аудитории сугубо положительные эмоции, к примеру, у людей поднимется настроение. С другой стороны, от "беззвучной музыки" у слушателей могут возникнуть и рвотные позывы.

         Результаты свидетельствуют, что странные ощущения возрастали на 22% при прослушивании самых низких нот. По мнению профессора Ричарда Вайсмана, именно наличием таких труб в органе можно объяснить таинственный трепет, охватывающий многих прихожан, который они отождествляют с Богом. "Странные ощущения" включали в себя: "дрожь в суставах", "странное ощущение в животе", "участившееся сердцебиение", "ужасное беспокойство", "внезапное воспоминание об утрате".

                Если посмотреть еще дальше в прошлое, то там тоже можно заметить воздействие инфразвуковыми частотами на человека. Например, инструкция из книги Мишеля Харнера "Путь шамана": "Для входа в "туннель" вам понадобится, чтобы ваш партнер все время, необходимое для получения вами "шаманского состояния сознания", сопровождал ударами в барабан или бубен с частотой 120 ударов в минуту (2 Гц).  Через несколько минут шаманского "камлания"вы увидите туннель из черных и белых колец и начнете двигаться по нему. Скорость чередования колец задается ритмом ударов".

    Известно, что и  современная рок-музыка, джаз и т. п. обязаны своим происхождением традиционной африканской музыке. Эта так называемая "музыка", ни что иное, как элемент ритуальных действий африканских шаманов или коллективных ритуальных действий племени. Большинство мелодий и ритмов рок-музыки взято непосредственно из практики африканских шаманов [4].

         Таким образом, воздействие рок-музыки на слушателя  тоже основано на том, что он вводится в состояние, похожее на то, которое переживает шаман во время ритуальных действий. "Сила рока заключена в прерывистых пульсациях, ритмах, вызывающих биопсихическую реакцию организма, способную повлиять на функционирование различных органов. Если ритм кратен полутора ударам в секунду и сопровождается мощным давлением инфразвуковых частот, то способен вызвать у человека экстаз. При ритме же, равном двум ударам в секунду, и на тех же частотах, слушающий впадает в танцевальный транс, сродни наркотическому". [4]         

    Воздействие психотронного оружия наиболее массировано, когда в качестве промежуточных каналов используются телевидение и компьютерные системы. Современные компьютерные технологии позволяют преобразовать любой звуковой (музыкальный) файл таким образом, чтобы при прослушивании возникали необходимые спецэффекты:  "…звук, закодированный под альфа-ритм, поможет Вам расслабиться, звук, закодированный под дельта-ритм, поможет уснуть, под тета-ритм — достигнуть состояния медитации", — из инструкции пользователя [2].

                    Создатели сверхоружия, основанного на воздействии инфразвука, утверждают, что оно полностью подавляет противника, вызывая у него такие "неотвратимые" последствия, как тошнота и понос. Юрген Альтман (Jurgen Altmann), исследователь из Германии, на совместной конференции Европейской и Американской акустических ассоциаций (март 1999) заявил, что инфразвуковое оружие не вызывает приписываемых ему эффектов [8, 2].  Он утверждал, что влияние инфразвуковых колебаний на людей и животных через  звуковое оружие не действует. По его словам, даже при уровне шума 170 децибел что-либо особенное, вроде непроизвольных испражнений, зафиксировать не удалось. Сид Хил (Sid Heal), работавший в то время на Минобороны США по программе разработки инфразвукового оружия, отмечал, что исследователи изменили постановку задачи. Наряду с попытками создания прототипов оружия, они тщательно изучают воздействие инфразвука на человека. Однако же, все-таки в настоящее время достаточно в час "Х" добавить "катализатор" — и заложенная программа заработает. Начнется разрушение органов, искусственная мутация генов или изменение сознания.

        Из рассказа доктора технических наук В. Канюка: "Я возглавлял секретный комплекс в Подлипкахю. Он входил в НПО "Энергия" (руководитель — академик В.П. Глушко). Во исполнение закрытого Постановления ЦК КПСС и Совмина СССР от 27 января 1986 года мы создали генератор специальных физических полей. Он был способен корректировать поведения огромных масс населения. Выведенная на космическую орбиту, эта аппаратура охватывала своим "лучом" территорию, равную Краснодарскому краю. Средства, ежегодно выделявшиеся на эту и смежные с ней программы, были эквивалентны пяти миллиардам долларов..."

       В 1991 года комитет Верховного Совета СССР опубликовал жутковатую цифру.  КГБ, Минсредмаш, Академия наук, Министерство обороны и другие ведомства израсходовали на разработки психотронного оружия полмиллиарда полновесных дореформенных рублей. Одной из задач было "дистанционное медико-биологическое и психофизическое воздействие на войска и население противника" [5].

         Торсионные, микролентонные и другие недавно открытые частицы обладают колоссальной проникаемостью. Генераторы подобных полей создавались  в зеленоградской лаборатории. Из инструкции одного из таких приборов узнали : "Прибор настраивается на индивидуальные волновые характеристики человека. Очевидно, возможна настройка на параметры целого этноса. При этом для решения расовых проблем уже не нужны концлагеря. Все происходит абсолютно незаметно. Объект либо вымирает, либо теряет свои национальные черты". [5]

     Многие ученные обеспокоены зловещими возможностями этнического оружия. Существуют отечественные разработки "Лава-5" и "Русло-1" и т.п. Указывается, что в классификации средств массового поражения (ею пользуются военно-промышленные комплексы развитых стран) появился следующий пункт: "Это оружие с воздействием на генетический аппарат. В определенных кругах оно называется "экологически чистым" и даже "гуманным", не разрушающим городов и зачастую не убивающим людей". [5]

          Был случай, когда в 90-х годах в американской прессе прошла серия сенсационных публикаций о загадочной гибели индейцев. По непонятной причине умирали только представители племени Навахо. Количество жертв составило несколько десятков человек. Итак, только индейцы. И только Навахо. Среди версий есть предположение о воздействии психотропным оружием. [5]

2.3.Профилактика и лечение заболеваний, вызванных инфразвуком.

Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является его снижение. При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования - увеличения его быстроходности (например, увеличение числа рабочих ходов кузнечно - прессовых машин, чтобы основная частота следования силовых импульсов лежала за пределами инфразвукового диапазона). Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.).

В борьбе с инфразвуком эффект оказывают глушители интерференционного типа, обычно при наличии дискретных составляющих в спектре инфразвука. Выполненное в последнее время теоретическое обоснование течения нелинейных процессов в поглотителях резонансного типа,  открывает реальные пути конструирования звукопоглощающих панелей, кожухов, эффективных в области низких частот.

Таким образом, в качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж,  УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

                          2.4.   Инфразвуковые аномалии.

       По данным ученых исследователей,  Береговая линия Северной Америки в районе мыса Гаттерас, полуостров Флорида и остров Куба образуют гигантский рефлектор. Шторм, происходящий в Атлантическом океане, генерирует инфразвуковые волны, которые, отразившись от этого рефлектора, фокусируются в районе "Бермудского треугольника".

       Колоссальные размеры фокусирующей структуры позволяют нам предположить наличие областей, где инфразвуковые колебания могут достигать значительной величины, что и является причиной происходящих здесь аномальных явлений. Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Очевидно, такое поведение является следствием выработанной ещё в далеком прошлом "инстинктивной" реакции на инфразвук как предвестник землетрясения. Именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свой корабль. Они могут сесть в шлюпки и уплыть от своего судна  или выбежать на палубу и броситься за борт. При очень большой интенсивности инфразвука, они могут и вовсе погибнуть ─ попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть. . 

          Очевидно, подобные фокусирующие структуры имеются и в других областях земного шара. По всей видимости, панический страх, вызываемый интенсивными инфразвуковыми колебаниями в одной из таких структур, послужил в качестве "отправной точки" мифа о сиренах...                                                Инфразвук может распространяться под водой, а фокусирующая структура — образовываться рельефом дна. Источником инфразвуковых колебаний могут быть подводные вулканы и землетрясения.  Естественно, форма "ландшафтных" отражателей весьма далека от совершенства. Поэтому следует говорить о системе отражающих элементов, конкретной для каждого случая. При размерах, соизмеримых с длиной волны, структура может быть резонирующей. Поэтому, нашим ученым – исследователям,  необходимо вести исследования связи между параметрами источников инфразвуковых волн и распределением интенсивности инфразвуковых колебаний в каждом "подозрительном" районе. Закономерности возникновения опасных зон определят характер необходимых предупредительных мер. .

         Итак, влияние инфразвука на человека, бесспорно, не ограничивается прямым воздействием на его организм, в частности на нервную систему. Как уже сказано, в процессе эволюции у человека, сформировался центр, чувствительный к инфразвуковым колебаниям, — предвестникам землетрясений и вулканических извержений. Комплекс реакций, которые должны проявляться при воздействии на этот центр, можно определить, зная его назначение — обеспечивать выживание при подобных стихийных бедствиях. 

      Какие же это реакции? Это и старание  избегать замкнутых пространств, для того чтобы не попасть в завал. Стремление  удалиться от объектов, грозящих обвалиться. Бежать "куда глаза глядят", для того чтобы выйти из района стихийного бедствия и все это в  сопровождении  чувства панического ужаса. В пользу наличия такого механизма поведения говорит достаточно четкая его  целенаправленность. В тоже время, при непосредственном воздействии на организм возникают неконкретные реакции, такие как вялость, слабость и различные расстройства, так же, как, например, при облучении рентгеновскими лучами, высокочастотными радиоволнами.                                                                                                   

         Человек утратил высокую чувствительность к инфразвуковым колебаниям, но при большой интенсивности древняя защитная реакция пробуждается, блокируя возможности сознательного поведения. Следует подчеркнуть, что страх не будет вызван внешними образами, а будет как бы "исходить изнутри".     У человека будет ощущение, чувство "нечто ужасного".  Видимо этим,  объясняются последние слова погибших лётчиков и моряков: "Небо какое-то не такое", "море выглядит как-то иначе", "происходит нечто ужасное". Думается, если бы страх вызывался внешними образами, то люди этих профессий, люди мужественные, привыкшие к опасностям, смогли бы передать конкретные сообщения.

        Сознание человека будет подыскивать причину подобных явлений, — пытаться их интерпретировать. И, если это сознание воспитано на легендах и мифах, то и интерпретация будет соответствующей, например, — миф о зовущих сиренах (например, знаменитая "Одиссея" Гомера).

                          

         Таким образом, инфразвук может быть причиной резонансного колебания корабельных мачт, приводящих к их поломке (к аналогичным последствиям может привести воздействие инфразвука на элементы конструкции самолёта).  Низкочастотные звуковые колебания могут быть причиной появления над океаном,  быстро возникающего,  и,  также быстро исчезающего густого ("как молоко") тумана.  Туман  ─ атмосферная влага, сконденсировавшиеся за время фазы разряжения, может не успевать растворяться в воздухе за время последующей фазы сжатия, но в тоже время способна "мгновенно" исчезнуть, в течение несколько периодов отсутствия инфразвуковых колебаний. И, наконец, инфразвук частотой 5 — 7 Гц может попасть в резонанс с маятником механических, ручных часов, имеющих тот же период колебаний.

                    2.5.  Роль инфразвука в жизни животных

      По данным американские ученых, нам известно, что тигры и слоны  используют для общения друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и  трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень низкой частоты, неслышные для человеческого уха.    Эд Волш (Ed Walsh) и его коллеги из Национального  исследовательского госпиталя "Бойз-таун" (Boys Town National Research Hospital) в Омахе, штат Небраска, проанализировали частотные спектры  рычания представителей трёх подвидов тигра – уссурийского, бенгальского и суматранского – и обнаружили в каждом из них мощную низкочастотную компоненту. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов почти не чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности, и мало зависит от погодных и климатических факторов вроде влажности воздуха. 
         Теперь учёные намерены выяснить, обладают ли частотные спектры тигриных голосов индивидуальными особенностями, позволяющими идентифицировать животных. Это существенно облегчило бы учёт их поголовья.  

         Приводился пример, при изучении поведения  группы слонов в зоопарке города Портленд в штате Орегон, группа исследователей "ощутила" в воздухе необычные колебания. Используя сложную электронную систему звукоулавливания, исследователи обнаружили, что это инфразвуковые волны, которые испускают слоны. Наблюдая за слонами, живущими на свободе в Кении, исследователи с помощью той же аппаратуры зарегистрировали точно такой же вид волн. Ученые пришли к выводу, что звуки низкой частоты животные используют для связи друг с другом на расстоянии в несколько километров.                                                            Открытие такого рода "телепатии" позволяет объяснить некоторые загадки поведения слонов. Например, раньше не могли объяснить, почему стада слонов, значительно удаленные друг от друга, узнавали об опасности в одно и то же время.

    Таким образом,  инфразвуковой язык, вероятно, помогает слонам уберечься от браконьеров, угрожающих животным,  как в Африке, так и в Азии. Ученые надеются в будущем, определив значение инфразвуковых сигналов, перейти к самой увлекательной стадии экспериментов - установлению с их помощью контакта со слонами.

          Медузы и инфразвуки.  На краю "колокола" у медузы расположены примитивные глаза и органы равновесия - слуховые колбочки величиной с булавочную головку. Это и есть"уши" медузы. Однако "слышат" они не просто звуковые колебания, доступные и нашему уху, а инфразвуки с частотой 8 – 13Гц. 

   Перед штормом усиливающийся ветер срывает гребни волн и захлестывает их. Каждое такое захлопывание воды на гребне волны порождает акустический удар, создаются инфразвуковые колебания, их-то и улавливает своим куполом медуза. Колокол медузы усиливает инфразвуковые колебания (как рупор) и передает на "слуховые колбочки". Шторм разыгрывается еще за сотни километров от берега, он придет в эти места примерно часов через 20, а медузы уже слышат его и уходят на глубину. .

           Нужно отдать должное бионикам, которые создали электронный автоматический аппарат - предсказатель бурь, работа которого основана на принципе "инфрауха" медузы. Такой прибор может предупредить о надвигающейся буре.

                2.6. Перспективы использования инфразвука.    

       На протяжении многих лет, учеными ведется разработка так называемого «инфразвукового ружья». Низкочастотные звуковые волны здесь планируется использовать в качестве «генератора паники». В этом случае инфразвук намного удобнее высокочастотных волн,  так как он сам по себе представляет угрозу для здоровья человека. Частоты нашей нервной системы и сердца лежат в диапазоне инфразвука - 6 Гц. Эмулирование этих частот приводит к плохому самочувствию, беспричинному страху, панике, сумасшествию, и, наконец, смерти.                      

    В 1970 этим занимался француз Гавро, и причины того, что «инфразвуковое» ружье еще не получило широкого применения, таковы: очень большие размеры, малая дальность, и …опасность для оператора. Зато велики преимущества: управляя мощностью волны, можно будет избирательно оглушать или убивать, не подвергаясь опасности, ведь таким аппаратом можно управлять дистанционно, из изолированного от звуковых волн помещения. Так что, когда- нибудь, вполне возможно, толпа разбушевавшихся демонстрантов получит не струю ледяной воды, а порцию низкочастотного звука.

          Инфразвук в медицине.  Медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, имеющей место при колебаниях с частотой 4 – 8 Гц. Попробовали стягивать (сначала на модели) область живота ремнями. Частоты резонанса несколько повысились, однако физиологическое воздействие инфразвука не ослабилось.

   Легкие и сердце, как всякие объемные резонирующие системы, также склонны к интенсивным колебаниям при совпадении частот их резонансов с частотой инфразвука. Самое малое сопротивление инфразвуку оказывают стенки легких, что, в конце концов, может вызвать их повреждение.

Мозг. Здесь картина взаимодействия с инфразвуком особенно сложна. Небольшой группе испытуемых было предложено решить несложные задачи сначала при воздействии шума с частотой ниже 15 герц и уровнем примерно в 115 дБ, затем под действием алкоголя и, наконец, под действием обоих факторов одновременно. Была установлена аналогия воздействия на человека алкоголя и инфразвукового облучения. При одновременном влиянии этих факторов эффект усиливался, способность к простейшей умственной работе заметно ухудшалась.

    В других опытах было установлено, что и мозг может резонировать на определенных частотах. Кроме резонанса мозга как упруго инерционного тела выявилась возможность "перекрестного" эффекта резонанса инфразвука  и волн, существующих в мозгу каждого человека. Эти биологические волны отчетливо обнаруживаются на энцефалограммах, и по их характеру врачи судят о тех или иных заболеваниях мозга. Высказано предположение о том, что стимуляция биоволн инфразвуком соответствующей частоты,  может влиять на физиологическое состояние мозга.

    Кровеносные сосуды. Здесь уже имеются некоторые статистические данные. В опытах французских акустиков и физиологов 42 молодых человека в течение 50 минут подверглись воздействию инфразвука с частотой 7.5 Гц и уровнем 130 дБ. У всех испытуемых возникло заметное увеличение нижнего предела артериального давления. При воздействии инфразвуком фиксировались изменения ритма сердечных сокращений и дыхания, ослабление функций зрения и слуха, повышенная утомляемость и другие нарушения [6].

      Таким образом, огромному количеству   ученых- исследователей в различных областях науки и техники, медицины,  когда-нибудь предстоит решить проблему использование инфразвука во благо человека.

                                          III. Ультразвук.

                               3.1.   Понятие  ультразвука.

      В последнее время все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин,  растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот. Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости -20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является (Вт/)

        Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей.  В практике для получения ультразвука обычно применяют электромеханические генераторы ультразвука, действие которых основано на способности некоторых материалов изменять свои размеры под действием магнитного (магнитострикционные генераторы) или электрического поля (пьезоэлектрические генераторы), при этом генераторы издают звуки высокой частоты.  (См. приложение 4)
        Вследствие большой частоты (малой длины волны),  ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга). Ультразвуковые волны существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. 
        Таким образом, эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой,  обусловливают его широкое техническое и медицинское использование.

        Поглощение ультразвуковых волн.   Если среда, в которой происходит распространение ультразвука, обладает вязкостью и теплопроводностью или в ней имеются другие процессы внутреннего трения, то при распространении волны происходит поглощение звука, то есть по мере удаления от источника амплитуда ультразвуковых колебаний становится меньше, так же как и энергия, которую они несут. Среда, в которой распространяется ультразвук, вступает во взаимодействие с проходящей через него энергией и часть ее поглощает. Преобладающая часть поглощенной энергии преобразуется в тепло, меньшая часть вызывает в передающем веществе необратимые структурные изменения. Поглощение является результатом трения частиц друг об друга, в различных средах оно различно. Поглощение зависит также от частоты ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты.

          Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличивается. Интенсивность ультразвуковых колебаний в среде уменьшается по экспоненциальному закону. Этот процесс обусловлен внутренним трением, теплопроводностью поглощающей среды и ее структурой. Его ориентировочно характеризует величина полупоглощающего слоя, которая показывает,  на какой глубине интенсивность колебаний уменьшается в два раза (точнее в 2,718 раза или на 37%). По Пальману,  при частоте, равной 0,8 МГц средние величины полупоглощающего слоя для некоторых тканей таковы: жировая ткань - 6,8 см; мышечная - 3,6 см; жировая и мышечная ткани вместе - 4,9 см. С увеличением частоты ультразвука величина полупоглощающего слоя уменьшается. .  

  Таким образом,  при частоте, равной 2,4 МГц, интенсивность ультразвука, проходящего через жировую и мышечную ткани на глубине 1,5 см,  уменьшается в два раза.   Кроме того, возможно аномальное поглощение энергии ультразвуковых колебаний в некоторых диапазонах частот - это зависит от особенностей молекулярного строения данной ткани. Известно, что энергии ультразвука затухает на молекулярном уровне и на уровне микроскопических тканевых структур.       

              3.2. Влияние ультразвука на организм человека.

        Ультразвук обладает локальным действием на организм, так как передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное  и систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечнососудистой  и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома. .

   Степень выраженности изменений зависит от интенсивности и длительности воздействия ультразвука и усиливается при наличии в спектре высокочастотного шума, при этом присоединяется выраженное снижение слуха. В случае продолжения контакта с ультразвуком указанные расстройства приобретают более стойкий характер. Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ – дают поражающий эффект.

Итак,  мы видим действие ультразвука на организм человека. В поле ультразвуковых колебаний,  в живых тканях,  ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма. Ультразвук оказывает обезболивающее, спазмолитическое, противовоспалительное и общетонизирующее действие, стимулирует крово- и лимфообращение, ускоряет регенеративные процессы.

Время воздействия на болевую зону 3-5 мин, а в сумме - на несколько зон - не более 12-15 мин на всю процедуру и не более 10-12 процедур раз в 3 месяца. Так как ультразвук полностью отражается от тончайших прослоек воздуха, к телу его подводят через безвоздушные контактные среды.

 3.3.   Профилактика и лечение заболеваний, вызванных ультразвуком.

Основу профилактики неблагоприятного воздействия ультразвука на людей, которые обслуживают ультразвуковые установки, составляет гигиеническое нормирование. В соответствии с ГОСТ 12.1.01-89 "Ультразвук. Общие требования безопасности", "Санитарными нормами и правилами при работе на промышленных ультразвуковых установках ограничиваются уровни звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах (от 80 до 110 дБ).  Меры предупреждения неблагоприятного действия ультразвука на организм операторов технологических установок, персонала лечебно-диагностических кабинетов состоят в первую очередь в проведении мероприятий технического характера.

  К ним относятся:

* создание автоматизированного ультразвукового оборудования с дистанционным управлением;

*использование,  по возможности,  маломощного оборудования, что способствует снижению интенсивности шума и ультразвука на рабочих местах на 20-40 дБ;

*размещение оборудования в звукоизолированных помещениях или кабинетах с дистанционным управлением;

*оборудование звукоизолирующих устройств, кожухов, экранов из листовой стали или дюралюминия, покрытых резиной, противошумной мастикой и другими материалами.

При проектировании ультразвуковых установок целесообразно использовать рабочие частоты, наиболее удаленные от слышимого диапазона - не ниже 22 кГц. Чтобы исключить воздействие ультразвука при контакте с жидкими и твердыми средами, необходимо устанавливать систему автоматического отключения ультразвуковых преобразователей при операциях, во время которых возможен контакт (например, загрузка и выгрузка материалов).

Для защиты рук от контактного действия ультразвука рекомендуется применение специального рабочего инструмента с виброизолирующей рукояткой. Если по производственным причинам невозможно снизить уровень интенсивности шума и ультразвука до допустимых значений, необходимо использование средств индивидуальной защиты – против шумов, резиновых перчаток с хлопчатобумажной прокладкой и др.

         3.4.Использование ультразвуковой диагностики в медицине.

     Ультразвуковые колебания при распространении подчиняются законам геометрической оптики. В однородной среде они распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью. На границе различных сред с неодинаковой акустической плотностью часть лучей отражается, а часть преломляется, продолжая прямолинейное распространение. Чем выше градиент перепада акустической плотности граничных сред, тем большая часть ультразвуковых колебаний отражается. Так как на границе перехода ультразвука из воздуха на кожу происходит отражение 99,99 % колебаний, то при ультразвуковом сканировании больного необходимо смазывание поверхности кожи водным желе, которое выполняет роль переходной среды. Отражение зависит от угла падения луча (наибольшее при перпендикулярном направлении) и частоты ультразвуковых колебаний (при более высокой частоте большая часть отражается).  Для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, а также полости малого таза используется частота 2,5 - 3,5 МГц, для исследования щитовидной железы используется частота 7,5 МГц. .

             Генератором ультразвуковых волн является пьезодатчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов в секунду. В промежутках между генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы. В качестве детектора или трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллов, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.

         Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное
(параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа. Для щитовидной железы используются конвексные трансдюсоры на 7,5 МГц, для исследования почек и печени в равной степени пригодны как линейные, так и конвексные датчики.

          Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела.
Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям.

Конвексный датчик имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие.

    Секторный датчик имеет еще большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки.

       Отраженные эхосигналы поступают в усилитель и специальные системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная - черным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение. Выбор позитивной или негативной регистрации не имеет значения.  Полученное изображение фиксируется на экране монитора, а затем регистрируется с помощью термопринтера.

     Первая попытка изготовить фонограммы человеческого тела относится к 1942 году. Немецкий ученый Дуссиле "освещал" ультразвуковым пучком человеческое тело и затем измерял интенсивность пучка, прошедшего через тело (методика работы с рентгеновскими лучами Мюльхаузера). В начале 50 - х годов, американские ученые Уилд и Хаури, впервые и довольно успешно применили ультразвук в клинических условиях. Свои исследования они сосредоточили на мозге, так как диагностика с помощью рентгеновских лучей не только сложна, но и опасна. Применение ультразвука для диагноза при серьезных повреждениях головы позволяет хирургу точно определить места кровоизлияний.

      Получение такой информации с помощью рентгеновских лучей требует около часа времени, что весьма нежелательно при тяжелом состоянии больного. При использовании переносного зонда можно установить положение средней линии мозга (она разделяет его на два полушария) примерно в течение одной минуты. Принцип работы такого зонда основывается на регистрации ультразвукового эха от границы раздела полушарий.

     Ультразвуковые зонды применяются для измерения размеров глаза и определения положения хрусталика, при определении местонахождения камней в желчном пузыре. Существуют зонды, которые помогают во время операций на сердце следить за работой митрального клапана, расположенного между желудочком и предсердием.

         Использование эффекта Доплера в диагностике вызывает особый интерес. Суть этого эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

         При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя. В настоящее время на основе эффекта Доплера исследованы только движение крови и биение сердца. Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через нее крови, а через 9 - 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвуковых устройств количество зародышей или констатировать смерть плода.

         Применение ультразвука в терапии и хирургии.  Ультразвук, применяемый в медицине, может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей (0,125 - 3,0 Вт/) – не повреждающий нагрев или какие-либо не тепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях (> 5 Вт/) основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.

          Итак, первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе - ультразвуковую хирургию.

     Существуют две основные области применения ультразвука в хирургии. В первой из них используется способность сильно фокусированного пучка ультразвука вызывать локальные разрушения в тканях, а во второй механические колебания ультразвуковой частоты накладываются на хирургические инструменты типа лезвий, пил, механических наконечников.

Таким образом,  в современной медицине одна из самых распространенных процедур – УЗИ, где ультразвук используется для диагностики состояния внутренних органов. Широко применяется  ультразвуковая  физиотерапия, позволяющая ускорить регенерацию шрамов, тканей, сращивания костей; ультразвуковая кардиограмма. (см. раздел «Приложения»)

              3.5. Перспективы использования ультразвуковой технологии в различных отраслях производства.

           Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя. Наиболее распространены керамические преобразователи из титаната бария.

         В некоторых случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука.     Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены). .

          Свисток Гальтона.   Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Гальтон.   Ультразвук здесь создается 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 (она составляет около 170 Кгц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак.

          Жидкостный ультразвуковой свисток.   Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука,  жидкостные ультразвуковые свистки маломощны, но иногда, например, для ультразвуковой гомогенизации, они обладают существенным преимуществом. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую.  Самой удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учеными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов 20 века. В нем поток жидкости под высоким давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку. Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.

         Сирена.  Другая разновидность механических источников ультразвука - сирена. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. 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 нем периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подается сжатый воздух, который вырывается из нее в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.
Основная задача при изготовлении сирен - это, во-первых, сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, достичь большой скорости его вращения. Однако практически выполнить оба эти требования очень трудно.

        Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей
(гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика. Широкое внедрение такого метода приготовления эмульсий в промышленность началось после изобретения жидкостного свистка.

Сегодня ультразвук применяется в огромном количестве отраслей. Среди них: медицина, геология, сталелитейная промышленность, военная промышленность и т.д. Чрезвычайно интенсивно ультразвук применяется в геологии, существует специальная наука – геофизика.

С помощью ультразвука геофизики находят залежи ценных ископаемых и определяют глубину их местонахождения. В металлолитейной отрасли ультразвук применяется для диагностики состояния кристаллической решетки металла. При «прослушивании» труб, балок у качественных изделий получается определенный сигнал, если же у изделия что-то отличается от нормы (плотность, дефект конструкции), сигнал будет другим, что и укажет инженеру на брак. 

         Подводная лодка, находясь в походе,  имеет только один способ связаться с базой – передать сигнал в водной среде. Для этого используется особенный условный ультразвуковой сигнал определенной частоты –для этого необходимо знать его частоту, точное время передачи и «маршрут». Отправка сигнала с лодки  является сложнейшей процедурой – необходимо учитывать все глубины, температуру воды и т.д. База, получая сигнал, и, зная время его прохождения, может высчитать расстояния до лодки и вычислить  ее местонахождение. Также в подводном флоте используют специальные короткие ультразвуковые импульсы, посылаемые гидролокатором прямо с подводной лодки; импульс отражается от предметов – скал, других судов, и с его помощью рассчитывают направление и расстояние до препятствия (прием, позаимствованный у ночных хищников - летучих мышей). . 

         Поскольку звук большой частоты имеет ограниченную площадь воздействия (чем больше частота, тем меньше площадь) и наоборот, то ультразвуковым лучом большой мощности можно нарушить работу даже искусственного спутника. Луч «забьет» все радиоэлектронные приборы, что будет чревато опасными последствиями. Ходят слухи, что подобное уже происходило при запуске американского «Аполлона». Но пожалуй, это единственное оружие, «пуля» в котором – ультразвук.

Ведутся работы по созданию ультразвукового оружия, а также разработки систем защиты от него. Как пишет газета «Скотсмен» (“Scot’s Men”), в США фирмой American Technology Corporation,  на протяжении нескольких лет, разрабатывается ружье, использующее направленный поток ультразвуковых волн, которые при встрече с препятствием будут трансформироваться в звук громкостью 140 децибел. Разработчики считают, что если в качестве источника звука использовать запись детского плача, пущенную в обратном направлении, то это заставит солдат противника запаниковать и обратиться в бегство.

Само оружие имеет вид трубки с ультразвуковым излучателем. Ультразвук здесь служит лишь средством синтезирования громкого слышимого звука, что в принципе схоже со светошумовой гранатой у спецслужб. Если подобное устройство будет создано, оно может быть применено не только для военных целей, но и для обезвреживания террористов.

        Таким образом, мы видим, что сегодня огромное распространение получили всевозможные аппараты с использованием ультразвуковых импульсов. И распространение не только в промышленности, но и хозяйстве современных россиян. Один из самых известных аппаратов – ультразвуковая стиральная машинка: небольшая «таблетка», подсоединяющаяся к сети и стирающая без моющих средств. Такое приспособление получает самые положительные отзывы: стирка бесшумна и экономична – аппарат требует крайне мало вспомогательных моющих средств и потребляет энергии меньше 50-ваттовой лампочки, белье не только очищается, но и дезинфицируется.  Ультразвук средних частот ( -  Гц) в воздухе распространяется на малые расстояния: сантиметры-миллиметры. В воде-  на метры-сантиметры,  и примерно, так же в обычных твердых телах. .

      «Проводниками» гиперзвука (частоты Гц) являются только кристаллы.  В области частот свыше 1 ГГц с хорошими проводниками являются высококачественные кристаллы сапфира, кварца и кремния. Поскольку,  при понижении температуры из-за уменьшения эффективной вязкости,  поглощение уменьшается, для увеличения «звукопроводности» в области гигагерцевых частот температуру кристалла снижают до температуры жидкого гелия.

        Пьезокерамические излучатели возбуждают ультразвуковые колебания, образующие в растворе огромное количество микроскопических пузырьков (кавитация) с высоким давлением внутри, которые, взрываясь,  нарушают сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчают их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла.  При этом, очищение волокон ткани происходит изнутри, что позволяет достигать высокой эффективности стирки.

 Таким образом, мы видим, что ультразвук стал  неотъемлемой  частью нашей жизни. И его широкое применение мы видим совсем рядом с нами. Это и  использование  ультразвуковых  ванн, как для дезинфекции инструментов, так и в косметических целях – массаж ступней ног, рук, лица. Очень эффективны ультразвуковые  увлажнители воздуха и форсунки, а также дальномеры (во всем известных радарах скорости дорожной полиции также  пользуются ультразвуковые импульсы).

 В перспективе предполагается более широкое использование ультразвуковых импульсов и  в косметических целях – ученые уже в ближайшем будущем собираются представить технологию применения ультразвука для очистки пор, освежения, омоложения увядшей кожи – ультразвуковой пилинг.

                              3.6. Роль ультразвука в  мире животных.

  Доказано, что ультразвук  не воспринимается человеческим ухом.  Однако его способны излучать и воспринимать такие   животные, как собаки, кошки, дельфины, муравьи, летучие мыши и др. Летучие мыши во время полёта издают короткие звуки высокого тона. В своём полете, они руководствуются отражениями этих звуков от предметов, встречающихся на пути; они могут даже ловить насекомых, руководствуясь только эхом от своей мелкой добычи. Кошки и собаки могут слышать очень высокие свистящие звуки (ультразвуки).

     Наблюдения за муравьями показали, что они издают ультразвуковые сигналы с разными частотами в разных ситуациях. Все муравьиные звуковые сигналы можно разделить на три группы: «сигнал бедствия», «сигнал агрессии» (во время борьбы) и «пищевые сигналы». Эти сигналы представляют собой кратковременные импульсы, длительностью от 10 до 100 микросекунд. Муравьи издают звуки в сравнительно широком диапазоне частот — от 0,3 до 5 кГц.

     Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом (кожановые - Vеsperti+ lianidae) или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием (подковоносые - Rhinolophidae) сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На расстоянии 1 - 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 мбар, т.е. соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого отбойным молотком. Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, т.е. в 10000 раз меньше, чем у испускаемых сигналов. При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются ультразвуковые помехи.  Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен.

        Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха
(моноурально), что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами. Они способны компенсировать даже частотный сдвиг между испускаемыми и отраженными сигналами, обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является более высокочастотным, чем посылаемый сигнал). Понижая во время полета эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отраженного ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их "слуховых" центров, они могут определить скорость собственного перемещения.

      У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, "сбивающий со следа" летучих мышей, преследующих этих насекомых.

         Не менее умелые навигаторы - жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки - от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Самый большой подарок природы - это способность гуахаро к эхолокации. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые 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 чуткой птицей.

              Таким образом, волны ультразвукового диапазона в воздухе затухают достаточно быстро. Сравнительно низкий ультразвук (до 100-200кГц) может распространяться в воздухе на расстоянии порядка десятков метров. Это именно тот диапазон, который используется летучими мышами для ночной ориентации, обнаружения и ловли насекомых. В воде ультразвук в этой области частот разносится на сотни метров. Эти частоты как раз и используются дельфинами для ориентации, поиска рыбы и  передачи  сигналов.

                                              3аключение

                                        Список литературы

1. Альфред Брем «Жизнь животных», том 2 ─ хищные животные
2. Воробьевский Ю. Творцы серой расы // Москва. №7, 1997. С.154 – 161.
3.  Енохович А.С. Справочник по физике и технике: Учеь.пособиедля учащихся. – 3-е изд., пребаб. И доп.- М.: Просвещение, 1989. -224 с.
4. Жан Поль Рожембаль. Рок-н-рол как феномен мирового масштаба. М., 1990
5. Журнал "Регион" №31, 06.09.1997.
6. Журнал «Наука и жизнь», март 2002; статья Владимира Шульга, кандидата технических наук, старшего научного сотрудника Национальной академии наук Украины; «Миф об инфразвуке»
7. Записки о ритуальном кодировании. СПб, 1994.
8. Зарембо Л.К., Болотовский Б.М. и др.Школьникам о современной физике: Акустика. Теория относительности. Биофизика: Книга для учащихся.-М.: Просвещение, 1997-175с.:
9. Клюкин И. И. Удивительный мир звука. Л., 1986.
10. Новые религиозные организации России деструктивного и оккультного характера. Белгород, 1997.
11. Перельман Я.И. Занимательная физика: Книги первая и вторая.-23-е изд.-М.: Наука.,1991г.-496 ст
12. Физическая энциклопедия. Т. 2. Гл. ред. А. М. Прохоров М., 1990.

                                   Источники сети Интернет

1.     «Матрица ─ статьи про психоаппаратуру»; www.matrica_ps.ru

2.     Не так уж страшен инфразвук? перевод В. Лесова // Сетевой журнал "Наука. Техника". 01.04.99 — http://www.technics.com.

3.     Оффициальный сайт исследовательского центра "Бойз-таун", Омаха, штат Небраска (Boys Town National Research Hospital); www.btnrh.edu

4.     Оффициальный сайт ОАО «Ретона+»; www.retonaplus.narod.ru

5.     Сайт Фонда защиты слонов; www.saveelephants.com

Краткое описание документа:

Нас, людей, окружает внешняя среда. Отдельные ее факторы, оказывают определенное влияние на организм человека. К этим факторам относятся воздух, вода, почва, лучистая энергия солнца, животный и растительный мир.

В производственных условиях факторы внешней среды превращаются в факторы производственной среды: воздух содержит не природные газ и пыль, вода и почва загрязнены химикатами и т.п. Кроме того, появляются новые, чисто производственные факторы, такие как вибрация, шум и ультразвук.

Инфразвук и ультразвук отличаются от простых звуков тем, что не слышимы человеческим ухом. Инфразвук – сверхнизкие частоты, ультразвук – сверхвысокие частоты.