физика2

1. «Ультразвук и инфразвук в природе и технике».

2. Что такое ультразвук и инфразвук?

Ультразвук в физике — это звуковые колебания, лежащие выше порога
восприятия органа слуха человека, частоты которых превышают 20 кГц. В
медицинских системах обычно используют частоты от 2 до 10 МГц.
По физической природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом
он не отличается от звука, поэтому частотная граница между звуковыми и
ультразвуковыми волнами условна.
Инфразвук (от лат. infra — «ниже, под») — звуковые волны, имеющие частоту
ниже воспринимаемой человеческим ухом. Обычно человеческое ухо способно
слышать звуки в диапазоне частот 16–20 000 Гц, за верхнюю границу
инфразвука обычно принимают 16 Гц. Нижняя граница инфразвукового
диапазона условно определена как 0,001 Гц.

3. Ультразвук в природе

Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию,
испускают при этом ртом (кожановые — Vespertilionidae) 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,
то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению
звука, создаваемого отбойным молотком. Эхо своих сигналов летучие
мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, то есть в 10
000 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 с
давлением 20 мбар. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще
неизвестен.

4.

При локализации летучими мышами предметов, например, вертикально
натянутых нитей с диаметром всего 0,005 — 0,008 мм на расстоянии 20 см
(половина размаха крыльев), решающую роль играют сдвиг во времени и
разница в интенсивности между испускаемым и отраженным сигналами.
Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха
(моноаурально), что существенно облегчается крупными непрерывно
движущимися ушными раковинами. Они способны компенсировать даже
частотный сдвиг между испускаемыми и отражёнными сигналами,
обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является
более высокочастотным, чем посылаемый сигнал). Понижая во время полёта
эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отражённого
ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их
«слуховых» центров, они могут определить скорость собственного
перемещения.

5.

У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых
помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых.
Эхолокацию используют для навигации и птицы — жирные козодои, или гуахаро.
Населяют они горные пещеры Латинской Америки — от Панамы на северо-западе
до Перу на юге и Суринама на востоке. Живя в кромешной тьме, жирные козодои,
тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают
негромкие щёлкающие звуки, воспринимаемые и человеческим ухом (их частота
примерно 7 кГц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка
отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается
чутким слухом птицы.
Ультразвуковой эхолокацией в воде пользуются китообразные.

6.

7. Ультразвук в технике

Некоторые области применения ультразвука в технике:
Ультразвуковая очистка — ультразвук позволяет ускорить
смешивание различных жидкостей и получить устойчивые эмульсии.
Ультразвуковая дефектоскопия — один из методов неразрушающего
контроля, ультразвуковые колебания выявляют дефекты (раковины,
трещины, расслоения) в металлических деталях без их разрушения.
Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при
воздействии ультразвуковых колебаний. Применяется для соединения
деталей, нагрев которых затруднён, или при соединении разнородных
металлов.
Ультразвук в радиоэлектронике — например, ультразвуковые линии
задержки, которые преобразуют электрические импульсы в импульсы
УЗ-вых механических колебаний.

8. Инфразвук в природе

Инфразвук генерируется земной корой при землетрясениях, ударах молний,
при сильном ветре (инфразвуковой аэродинамический шум) во время бурь и
ураганов (в последнем случае регистрация инфразвука, в том числе
нарастание инфразвукового фона, — верный признак приближения шторма.
В частности прибрежные сухопутные и морские животные уходят в глубь
суши и воды соответственно, заслышав нарастающий инфразвуковой шум
и следовательно ожидая приближение шторма)
При помощи инфразвука общаются между собой киты и слоны. Инфразвук
был зарегистрирован и при взрыве Челябинского метеорита в 2013 г.
инфразвуковыми станциями систем обнаружения ядерных взрывов по всей
Земле.

9.

10. Инфразвук в технике

Техногенный инфразвук генерируется разнообразным оборудованием при
колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными
потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций,
вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс.
Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые
станки, ветрогенераторы, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые
компрессоры, турбины, виброплощадки, сабвуферы, водосливные плотины,
реактивные двигатели, судовые двигатели. Кроме того, инфразвук
возникает при наземных, подводных и подземных взрывах.

11.

Спасибо за внимание!