Ультразвук Подготовили: учащиеся 9 а класса МБОУ лицея 15 г. Ставрополя Волкова Маргарита Асриева Алина

Краткая теория Ультразвук – это упругие волны высокой (более 20 к Гц) частоты. Хотя о существовании ультразвука известно давно, практическое применение его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах.

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

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 к Гц) 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. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее 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. Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее 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.

Сирена 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 нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. 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 нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.

Ультразвук в живой природе

Кит. Кит - водное млекопитающее. Достигает 19 м длины и 100 т. Имеет хороший звуковой эхолокатор: в надчерепном пространстве есть воздушные мешки, разделенные тонкой перегородкой. Сжимая особые мышцы, кит перекачивает воздух из одного мешка в другой, заставляя этим колебаться перегородку с ультразвуковой частотой. Улавливая отраженные сигналы, он отыскивает добычу на глубине до 2 км. Кит - водное млекопитающее. Достигает 19 м длины и 100 т. Имеет хороший звуковой эхолокатор: в надчерепном пространстве есть воздушные мешки, разделенные тонкой перегородкой. Сжимая особые мышцы, кит перекачивает воздух из одного мешка в другой, заставляя этим колебаться перегородку с ультразвуковой частотой. Улавливая отраженные сигналы, он отыскивает добычу на глубине до 2 км.

Дельфин. Дельфин - обладает совершенным звуколокационным аппаратом. (принцип действия такой же, как и у кита) Его локационные посылки имеют частоту от 750 Гц до 800 к Гц. Частота посылок и интервалы между ними зависят от расстояния до отражающего тела. Удивительная способность дельфина отличать сигналы, отраженные рыбами, от сигналов отраженных предметами таких же размеров. Он может обнаружить брошенную в воду дробинку на расстоянии до метров, а также ориентироваться в мутной воде.

Летучая мышь. Также ультразвуком пользуются летучие мыши. Ультразвуки возникают в гортани летучей мыши в виде ультразвуковых импульсов. Здесь в виде струн натянуты голосовые связки, Которые вибрируя под действием выдыхаемого воздуха производят звук высотой до 150 кГЦ. Охотясь в полной темноте, они используют свои природные ультразвуковые устройства, заменяя ими зрение. Они непрерывно попискивают и, чутко слушая эхо, то есть звук, отразившийся от окружающих предметов, уверенно находят добычу. Диапазон принимаемых частот – от 30 Гц до 1000 к Гц.

Гуахаро (козодой) 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 щёлкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом (их частота примерно Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чуткой птицей. 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 щёлкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом (их частота примерно Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чуткой птицей.

Свистит ли рак на горе? «После дождичка в четверг» или «Когда рак на горе свистнет»-говорят, подразумевая: «никогда». «После дождичка в четверг» или «Когда рак на горе свистнет»-говорят, подразумевая: «никогда». Но дожди по четвергам бывают, а вот свистят ли раки? Оказывается свистят,и как раз на горе. Только не раки, а ракообразные. Так, накануне необычных событий(резких погодных изменений, например)они стараются влезть на какую-нибудь возвышенность и издают протяжный свистящий звук с частотой ~20 МГц.(Это на границе слышимости человеческим ухом, с частотой выше возникает ультразвук.) Высказано предположение, что благодаря звуку ракообразные существа разрушают образующийся в их организме перед природной аномалией ядовитый белок.

Насекомые. Многие насекомые также воспринимают ультразвук: сверчки, бабочки, пчелы, кузнечики. А вот комары гибнут в ультразвуковом диапазоне частот. Так, для борьбы с комарами создан специальный генератор, работающий на частоте, на которую настроены антенны комаров: они слетаются и погибают в мощном ультразвуковом поле. Многие насекомые также воспринимают ультразвук: сверчки, бабочки, пчелы, кузнечики. А вот комары гибнут в ультразвуковом диапазоне частот. Так, для борьбы с комарами создан специальный генератор, работающий на частоте, на которую настроены антенны комаров: они слетаются и погибают в мощном ультразвуковом поле.

Применение ультразвука.

Медицина. Гигиена. То, что ультразвук активно влияет на биологические объекты, известно уже более 70 лет, но до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме его воздействия на больные органы. Одна из гипотез: высококачественные УЗ-колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый микромассажем. То, что ультразвук активно влияет на биологические объекты, известно уже более 70 лет, но до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме его воздействия на больные органы. Одна из гипотез: высококачественные УЗ-колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый микромассажем.

Санитария. Широко применяются в больницах и клиниках УЗ- стерилизаторы хирургических инструментов. Широко применяются в больницах и клиниках УЗ- стерилизаторы хирургических инструментов.Диагностика. Электронная аппаратура со сканированием УЗ-лучом служит для обнаружения опухолей мозга и постановки диагноза. Электронная аппаратура со сканированием УЗ-лучом служит для обнаружения опухолей мозга и постановки диагноза. Аппарат для УЗИ

Акушерство - область медицины, где эхоимпульсные УЗ-методы наиболее прочно укоренились, как, например, ультразвуковое исследование (УЗИ) движений плода, динамики сердца и сосудов, роста, движения конечностей, а также выявления некоторых патологий. Снимок плода аппаратом 3DУЗИ

Офтальмология. Ультразвук особенно удобен для точного измерения размеров глаза, а также для исследования патологий и аномалий его структур. Ультразвук особенно удобен для точного измерения размеров глаза, а также для исследования патологий и аномалий его структур.Кардиология. Ультразвуковые методы широко используются при обследовании сердца и сосудов. Ультразвуковые методы широко используются при обследовании сердца и сосудов. Ультразвуковое исследование сердца

Гидролокация. Давление в УЗ-волне превосходит давление в волне обычного звука в тысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов и гидрофонов. Это дает возможность применения ультразвука для обнаружения косяков рыб или подводных объектов, а также для измерения глубины. Давление в УЗ-волне превосходит давление в волне обычного звука в тысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов и гидрофонов. Это дает возможность применения ультразвука для обнаружения косяков рыб или подводных объектов, а также для измерения глубины.

УЗ-пайка. УЗ-волны позволяют производить пайку алюминия оловянным припоем. Изделия из спаянных ультразвуком металлов стали обычными промышленными товарами.

УЗ-механическая обработка. Энергия ультразвука успешно применяется при обработке деталей из очень твердых и хрупких материалов, как, например, стекло, керамика, карбид вольфрама, закаленная сталь. Энергия ультразвука успешно применяется при обработке деталей из очень твердых и хрупких материалов, как, например, стекло, керамика, карбид вольфрама, закаленная сталь. В промышленности также используется большой ассортимент оборудования для очистки поверхностей кварцевых кристаллов и оптического стекла, снятие заусенцев с малогабаритных деталей. В промышленности также используется большой ассортимент оборудования для очистки поверхностей кварцевых кристаллов и оптического стекла, снятие заусенцев с малогабаритных деталей. Широко применяется ультразвук для приготовлении однородных смесей, что используется в промышленности для изготовлении лаков, красок, фармацевтических изделий, косметики. Широко применяется ультразвук для приготовлении однородных смесей, что используется в промышленности для изготовлении лаков, красок, фармацевтических изделий, косметики. А благодаря использованию УЗ волн, продукты питания можно очищать от частичек земли(корнеплоды) или стерилизовать, не подвергая их тепловому воздействию. А благодаря использованию УЗ волн, продукты питания можно очищать от частичек земли(корнеплоды) или стерилизовать, не подвергая их тепловому воздействию.

Таким образом, ультразвуковые волны не только довольно хорошо изучены, но и нашли применение во многих отраслях науки и техники.