Ultrazvok:

1. Kaj je ultrazvok;
2. Vpliv ultrazvoka na človeško telo;
3. Uporaba ultrazvoka v industriji in gospodarstvu;
4. Obeti za uporabo ultrazvoka.

Infrazvok:

1. Kaj je infrazvok;
2. Vpliv infrazvoka na človeško telo;
3. Infrazvočne anomalije;
4. Živali, ki uporabljajo infrazvok;
5. Možnosti uporabe infrazvoka;
6. Zaključek

Ultrazvok

1. Kaj je ultrazvok?

V zadnjem času se v proizvodnji vedno bolj uveljavljajo tehnološki procesi, ki temeljijo na uporabi ultrazvočne energije. Ultrazvok je našel uporabo tudi v medicini. V povezavi z rastjo enotskih moči in hitrosti različnih enot in strojev se raven hrupa povečuje, tudi v ultrazvočnem frekvenčnem območju.

Ultrazvok imenujemo mehanske vibracije elastičnega medija s frekvenco, ki presega zgornjo mejo sluha -20 kHz. Enota za raven zvočnega tlaka je dB. Merska enota za jakost ultrazvoka je vat na kvadratni centimeter (W/s2).Človeško uho ultrazvoka ne zaznava, nekatere živali, na primer netopirji, pa lahko slišijo in oddajajo ultrazvok. Delno ga zaznavajo glodalci, mačke, psi, kiti, delfini. Ultrazvočne vibracije se pojavljajo med delovanjem avtomobilskih motorjev, obdelovalnih strojev in raketnih motorjev.

Zaradi visoke frekvence (majhne valovne dolžine) ima ultrazvok posebne lastnosti. Tako kot svetloba lahko ultrazvočni valovi tvorijo strogo usmerjene žarke. Odboj in lom teh žarkov na meji dveh medijev se podrejata zakonom geometrijske optike. Močno ga absorbirajo plini in šibko tekočine. Pod vplivom ultrazvoka se v tekočini oblikujejo praznine v obliki drobnih mehurčkov, v njih pa se kratkotrajno poveča pritisk. Poleg tega ultrazvočni valovi pospešujejo procese difuzije.

Te lastnosti ultrazvoka in značilnosti njegove interakcije z okoljem določajo njegovo široko tehnično in medicinsko uporabo. Ultrazvok se uporablja v medicini in biologiji za eholokacijo, za odkrivanje in zdravljenje tumorjev in nekaterih okvar v telesnih tkivih, v kirurgiji in travmatologiji za rezanje mehkih in kostnih tkiv pri različnih operacijah, za varjenje zlomljenih kosti, za uničenje celic (ultrazvok visoke moči). Pri ultrazvočni terapiji se v terapevtske namene uporabljajo nihanja 800-900 kHz.

2. Vpliv ultrazvoka na človeško telo

Ultrazvok deluje predvsem lokalno na telo, saj se prenaša z neposrednim stikom z ultrazvočnim instrumentom, obdelovanci ali mediji, kjer se vzbujajo ultrazvočne vibracije. Ultrazvočne vibracije, ki jih ustvarja ultrazvočna nizkofrekvenčna industrijska oprema, negativno vplivajo na človeško telo. Dolgotrajna sistematična izpostavljenost ultrazvoku v zraku povzroča spremembe v živčnem, kardiovaskularnem in endokrinem sistemu, slušnem in vestibularnem analizatorju.

Na področju ultrazvočnih nihanj v živih tkivih deluje ultrazvok mehansko, toplotno, fizikalno in kemično (mikromasaža celic in tkiv). Hkrati se aktivirajo presnovni procesi, povečajo se imunske lastnosti telesa.

3. Uporaba ultrazvoka v industriji in gospodarstvu

Danes se ultrazvok uporablja v ogromno panogah. Med njimi: medicina, geologija, jeklarska industrija, vojaška industrija itd. Ultrazvok se izjemno intenzivno uporablja v geologiji, obstaja posebna veda - geofizika.

S pomočjo ultrazvoka geofiziki najdejo nahajališča dragocenih mineralov in določijo globino njihovega nahajanja. V metalurški industriji se ultrazvok uporablja za diagnosticiranje stanja kovinske kristalne mreže. Pri "poslušanju" cevi, tramov visokokakovostni izdelki prejmejo določen signal, če pa ima izdelek nekaj, kar se razlikuje od norme (gostota, konstrukcijska napaka), bo signal drugačen, kar bo inženirju nakazovalo poroko.

Podmornica, obkrožena s sovražnimi ladjami, ima samo en varen način za stik z bazo - oddajanje signala v vodnem okolju. Za to se uporablja poseben pogojni ultrazvočni signal določene frekvence - takšnega sporočila je skoraj nemogoče prestreči, ker. če želite to narediti, morate poznati njegovo frekvenco, točen čas prenosa in "pot". Je pa tudi pošiljanje signala s čolna zelo zapleten postopek - upoštevati je treba vse globine, temperaturo vode ipd. Baza, ki prejme signal in pozna čas njegovega prehoda, lahko izračuna razdaljo do čolna in posledično njegovo lokacijo. Tudi v podmorniški floti uporabljajo posebne kratke ultrazvočne impulze, ki jih sonar pošilja neposredno iz podmornice; impulz se odbija od predmetov - skal, drugih plovil in z njegovo pomočjo se izračuna smer in razdalja do ovire (tehnika, izposojena od nočnih plenilcev - netopirjev).

Uporabljajo se tudi ultrazvočne kopeli, tako za razkuževanje instrumentov kot v kozmetične namene - masaža stopal, rok, obraza. Zelo učinkoviti so ultrazvočni vlažilci in šobe ter daljinomeri (tudi znani radarji prometne policije uporabljajo ultrazvočne impulze).

4. Možnosti uporabe ultrazvoka

V prihodnosti se obeta širša uporaba ultrazvočnih impulzov v kozmetične namene - znanstveniki so že v bližnji prihodnosti za čiščenje por, osvežitev, pomlajevanje povešene kože - ultrazvočni piling. Potekajo dela za ustvarjanje ultrazvočnega orožja, pa tudi razvoj zaščitnih sistemov pred njim. Pričakuje se širša uporaba ultrazvoka v gospodinjstvu.

infrazvok

5. Kaj je infrazvok?

Razvoj tehnologije in vozil, izboljšanje tehnoloških procesov in opreme spremlja povečanje moči in dimenzij strojev, kar vodi v težnjo po povečanju nizkofrekvenčnih komponent v spektrih in pojavu infrazvoka, ki je razmeroma nov, ne povsem razumljen dejavnik v proizvodnem okolju.

Infrazvok imenujemo akustične vibracije s frekvenco pod 20 Hz. To frekvenčno območje je pod pragom slišnosti in človeško uho ni sposobno zaznati tresljajev teh frekvenc. Produkcijski infrazvok nastane zaradi istih procesov kot hrup slišnih frekvenc. Največjo intenzivnost infrazvočnih vibracij ustvarjajo stroji in mehanizmi z velikimi površinami, ki izvajajo nizkofrekvenčne mehanske vibracije (infrazvok mehanskega izvora) ali turbulentne tokove plinov in tekočin (infrazvok aerodinamičnega ali hidrodinamičnega izvora). Najvišje ravni nizkofrekvenčnih akustičnih nihanj iz industrijskih in transportnih virov dosežejo 100-110 dB.

6. Vpliv infrazvoka na človeško telo

Študije biološkega delovanja infrazvoka na telo so pokazale, da lahko pri glasnosti od 110 do 150 dB ali več povzroča neprijetne subjektivne občutke in številne reaktivne spremembe pri ljudeh, ki vključujejo spremembe v centralnem živčevju, kardiovaskularnem in dihalnem sistemu, vestibularni analizator. Obstajajo dokazi, da infrazvok povzroča izgubo sluha predvsem pri nizkih in srednjih frekvencah. Resnost teh sprememb je odvisna od stopnje intenzivnosti infrazvoka in trajanja dejavnika.

Infrazvok nikakor ni nedavno odkrit pojav. Pravzaprav je orgličarjem poznana že več kot 250 let. Mnoge katedrale in cerkve imajo tako dolge orgelske cevi, da oddajajo zvok s frekvenco manj kot 20 Hz, ki ga človeško uho ne zazna. Toda, kot so ugotovili britanski raziskovalci, lahko takšen infrazvok v občinstvu vzbuja različne in ne preveč prijetne občutke - melanholijo, občutek mraza, tesnobe, tresenje v hrbtenici. Ljudje, ki so izpostavljeni infrazvoku, doživijo približno enake občutke kot ob obisku krajev, kjer so srečali duhove.

7. Infrazvočne anomalije

Obala Severne Amerike v regiji Cape Hatteras, polotok Florida in otok Kuba tvorijo velikanski reflektor. Nevihta, ki se pojavi v Atlantskem oceanu, ustvarja infrazvočne valove, ki se odbijejo od tega reflektorja in se osredotočijo na območje Bermudskega trikotnika. Ogromne dimenzije fokusne strukture nakazujejo prisotnost območij, kjer lahko infrazvočne vibracije dosežejo pomembno vrednost, kar je razlog za nenavadne pojave, ki se tukaj pojavljajo. Kot veste, močne infrazvočne vibracije povzročijo v človeku panični strah in željo po pobegu iz zaprtega prostora. Očitno je to vedenje posledica v daljni preteklosti razvite »instinktivne« reakcije na infrazvok kot predhodnika potresa. Ta reakcija povzroči, da posadka in potniki v paniki zapustijo svojo ladjo. Lahko se usedejo v čolne in odplavajo stran od svoje ladje ali pa stečejo na krov in se vržejo čez krov. Pri zelo visoki intenzivnosti infrazvoka lahko popolnoma poginejo - če padejo v resonanco s človeškimi bioritmi, lahko infrazvok posebej visoke intenzivnosti povzroči takojšnjo smrt.

Infrazvok lahko povzroči resonančne vibracije ladijskih stebrov, kar vodi do njihovega zloma (vpliv infrazvoka na konstrukcijske elemente letala lahko povzroči podobne posledice). Nizkofrekvenčna zvočna nihanja so lahko vzrok za nastanek hitro nastajajoče in tudi hitro izginjajoče goste (»kot mleko«) megle nad oceanom. In končno, infrazvok s frekvenco 5-7 hercev lahko pride v resonanco z nihalom mehanskih ročnih ur, ki imajo enako nihajno dobo.

Očitno podobne fokusne strukture obstajajo tudi v drugih delih sveta. Očitno je panični strah, ki ga povzročajo intenzivne infrazvočne vibracije v eni od teh struktur, služil kot "izhodišče" mita o sirenah ...

Infrazvok se lahko širi pod vodo, fokusno strukturo pa lahko tvori topografija dna. Podvodni vulkani in potresi so lahko vir infrazvočnih vibracij. Seveda je oblika "krajinskih" reflektorjev zelo daleč od popolne. Zato bi morali govoriti o sistemu odsevnih elementov, specifičnem za vsak primer posebej. Z dimenzijami, sorazmernimi z valovno dolžino, je struktura lahko resonančna.

8. Živali, ki uporabljajo infrazvok

Ameriški znanstveniki so odkrili, da tigri in sloni za medsebojno komunikacijo ne uporabljajo le renčanja, predenja ali rjovenja in trobentanja, temveč tudi infrazvok, torej zelo nizkofrekvenčne zvočne signale, ki jih človeško uho ne sliši. Po mnenju znanstvenikov infrazvok omogoča živalim komunikacijo na razdalji do 8 kilometrov, saj je širjenje infrazvočnih signalov skoraj neobčutljivo na motnje, ki jih povzroča teren, in je malo odvisno od vremenskih in podnebnih dejavnikov, kot je vlažnost zraka.

Zdaj nameravajo znanstveniki ugotoviti, ali imajo frekvenčni spektri tigrovih glasov posamezne značilnosti, ki omogočajo njihovo identifikacijo. To bi jim močno olajšalo obračunavanje njihove živine.

Med preučevanjem vedenja skupine slonov v živalskem vrtu Portland Zoo v Oregonu je skupina raziskovalcev »začutila« nenavadna nihanja v zraku. Z uporabo sofisticiranega elektronskega sistema za zajemanje zvoka so raziskovalci ugotovili, da gre za infrazvočne valove, ki jih oddajajo sloni. Med opazovanjem prostih slonov v Keniji so raziskovalci uporabili isto opremo za snemanje popolnoma enakih valov. Znanstveniki so prišli do zaključka, da živali uporabljajo nizkofrekvenčne zvoke za medsebojno komunikacijo na razdalji več kilometrov.

Znanstveniki upajo, da bodo v prihodnosti, ko bodo določili pomen infrazvočnih signalov, prešli na najbolj razburljivo fazo poskusov - vzpostavitev stika s sloni z njihovo pomočjo.

9. Možnosti uporabe infrazvoka

Zdaj znanstveniki razvijajo tako imenovano "infrazvočno pištolo". Nizkofrekvenčni zvočni valovi naj bi se tukaj uporabljali kot "generator panike". V tem primeru je infrazvok veliko bolj priročen kot visokofrekvenčni valovi, saj sam po sebi predstavlja nevarnost za zdravje ljudi. Frekvence našega živčnega sistema in srca ležijo v območju infrazvoka – 6 Hz. Posnemanje teh frekvenc vodi do slabega zdravja, neupravičenega strahu, panike, norosti in na koncu smrti.

10. Zaključek

Ko smo opravili to delo - zbrali, obdelali in povzeli veliko gradiva o tej problematiki, smo se naučili veliko o naravi zvoka. O nevarnosti, ki jo lahko predstavlja za človeško telo, in o tem, kako široko jo je mogoče uporabiti v gospodarstvu. Za nas je bila najbolj zanimiva hipoteza o naravi »spoštljive groze«, trepetanja ljudi v templju. Zelo obetavno se nam zdi preučevanje načinov komuniciranja živali in seveda uporaba infrazvoka za napovedovanje kraja in časa prihodnjih izbruhov in potresov.

Ultrazvok:

1. Kaj je ultrazvok;
2. Vpliv ultrazvoka na človeško telo;
3. Uporaba ultrazvoka v industriji in gospodarstvu;
4. Obeti za uporabo ultrazvoka.

Infrazvok:

1. Kaj je infrazvok;
2. Vpliv infrazvoka na človeško telo;
3. Infrazvočne anomalije;
4. Živali, ki uporabljajo infrazvok;
5. Možnosti uporabe infrazvoka;
6. Zaključek

Ultrazvok

1. Kaj je ultrazvok?

V zadnjem času se v proizvodnji vedno bolj uveljavljajo tehnološki procesi, ki temeljijo na uporabi ultrazvočne energije. Ultrazvok je našel uporabo tudi v medicini. V povezavi z rastjo enotskih moči in hitrosti različnih enot in strojev se raven hrupa povečuje, tudi v ultrazvočnem frekvenčnem območju.

Ultrazvok imenujemo mehanske vibracije elastičnega medija s frekvenco, ki presega zgornjo mejo sluha -20 kHz. Enota za raven zvočnega tlaka je dB. Merska enota za jakost ultrazvoka je vat na kvadratni centimeter (W/s2).Človeško uho ultrazvoka ne zaznava, nekatere živali, na primer netopirji, pa lahko slišijo in oddajajo ultrazvok. Delno ga zaznavajo glodalci, mačke, psi, kiti, delfini. Ultrazvočne vibracije se pojavljajo med delovanjem avtomobilskih motorjev, obdelovalnih strojev in raketnih motorjev.

Zaradi visoke frekvence (majhne valovne dolžine) ima ultrazvok posebne lastnosti. Tako kot svetloba lahko ultrazvočni valovi tvorijo strogo usmerjene žarke. Odboj in lom teh žarkov na meji dveh medijev se podrejata zakonom geometrijske optike. Močno ga absorbirajo plini in šibko tekočine. Pod vplivom ultrazvoka se v tekočini oblikujejo praznine v obliki drobnih mehurčkov, v njih pa se kratkotrajno poveča pritisk. Poleg tega ultrazvočni valovi pospešujejo procese difuzije.

Te lastnosti ultrazvoka in značilnosti njegove interakcije z okoljem določajo njegovo široko tehnično in medicinsko uporabo. Ultrazvok se uporablja v medicini in biologiji za eholokacijo, za odkrivanje in zdravljenje tumorjev in nekaterih okvar v telesnih tkivih, v kirurgiji in travmatologiji za rezanje mehkih in kostnih tkiv pri različnih operacijah, za varjenje zlomljenih kosti, za uničenje celic (ultrazvok visoke moči). Pri ultrazvočni terapiji se v terapevtske namene uporabljajo nihanja 800-900 kHz.

2. Vpliv ultrazvoka na človeško telo

Ultrazvok deluje predvsem lokalno na telo, saj se prenaša z neposrednim stikom z ultrazvočnim instrumentom, obdelovanci ali mediji, kjer se vzbujajo ultrazvočne vibracije. Ultrazvočne vibracije, ki jih ustvarja ultrazvočna nizkofrekvenčna industrijska oprema, negativno vplivajo na človeško telo. Dolgotrajna sistematična izpostavljenost ultrazvoku v zraku povzroča spremembe v živčnem, kardiovaskularnem in endokrinem sistemu, slušnem in vestibularnem analizatorju.

Na področju ultrazvočnih nihanj v živih tkivih deluje ultrazvok mehansko, toplotno, fizikalno in kemično (mikromasaža celic in tkiv). Hkrati se aktivirajo presnovni procesi, povečajo se imunske lastnosti telesa.

3. Uporaba ultrazvoka v industriji in gospodarstvu

Danes se ultrazvok uporablja v ogromno panogah. Med njimi: medicina, geologija, jeklarska industrija, vojaška industrija itd. Ultrazvok se izjemno intenzivno uporablja v geologiji, obstaja posebna veda - geofizika.

S pomočjo ultrazvoka geofiziki najdejo nahajališča dragocenih mineralov in določijo globino njihovega nahajanja. V metalurški industriji se ultrazvok uporablja za diagnosticiranje stanja kovinske kristalne mreže. Pri "poslušanju" cevi, tramov visokokakovostni izdelki prejmejo določen signal, če pa ima izdelek nekaj, kar se razlikuje od norme (gostota, konstrukcijska napaka), bo signal drugačen, kar bo inženirju nakazovalo poroko.

Podmornica, obkrožena s sovražnimi ladjami, ima samo en varen način za stik z bazo - oddajanje signala v vodnem okolju. Za to se uporablja poseben pogojni ultrazvočni signal določene frekvence - takšnega sporočila je skoraj nemogoče prestreči, ker. če želite to narediti, morate poznati njegovo frekvenco, točen čas prenosa in "pot". Je pa tudi pošiljanje signala s čolna zelo zapleten postopek - upoštevati je treba vse globine, temperaturo vode ipd. Baza, ki prejme signal in pozna čas njegovega prehoda, lahko izračuna razdaljo do čolna in posledično njegovo lokacijo. Tudi v podmorniški floti uporabljajo posebne kratke ultrazvočne impulze, ki jih sonar pošilja neposredno iz podmornice; impulz se odbija od predmetov - skal, drugih plovil in z njegovo pomočjo se izračuna smer in razdalja do ovire (tehnika, izposojena od nočnih plenilcev - netopirjev).

Uporabljajo se tudi ultrazvočne kopeli, tako za razkuževanje instrumentov kot v kozmetične namene - masaža stopal, rok, obraza. Zelo učinkoviti so ultrazvočni vlažilci in šobe ter daljinomeri (tudi znani radarji prometne policije uporabljajo ultrazvočne impulze).

4. Možnosti uporabe ultrazvoka

V prihodnosti se obeta širša uporaba ultrazvočnih impulzov v kozmetične namene - znanstveniki so že v bližnji prihodnosti za čiščenje por, osvežitev, pomlajevanje povešene kože - ultrazvočni piling. Potekajo dela za ustvarjanje ultrazvočnega orožja, pa tudi razvoj zaščitnih sistemov pred njim. Pričakuje se širša uporaba ultrazvoka v gospodinjstvu.

infrazvok

5. Kaj je infrazvok?

Razvoj tehnologije in vozil, izboljšanje tehnoloških procesov in opreme spremlja povečanje moči in dimenzij strojev, kar vodi v težnjo po povečanju nizkofrekvenčnih komponent v spektrih in pojavu infrazvoka, ki je razmeroma nov, ne povsem razumljen dejavnik v proizvodnem okolju.

Infrazvok imenujemo akustične vibracije s frekvenco pod 20 Hz. To frekvenčno območje je pod pragom slišnosti in človeško uho ni sposobno zaznati tresljajev teh frekvenc. Produkcijski infrazvok nastane zaradi istih procesov kot hrup slišnih frekvenc. Največjo intenzivnost infrazvočnih vibracij ustvarjajo stroji in mehanizmi z velikimi površinami, ki izvajajo nizkofrekvenčne mehanske vibracije (infrazvok mehanskega izvora) ali turbulentne tokove plinov in tekočin (infrazvok aerodinamičnega ali hidrodinamičnega izvora). Najvišje ravni nizkofrekvenčnih akustičnih nihanj iz industrijskih in transportnih virov dosežejo 100-110 dB.

6. Vpliv infrazvoka na človeško telo

Študije biološkega delovanja infrazvoka na telo so pokazale, da lahko pri glasnosti od 110 do 150 dB ali več povzroča neprijetne subjektivne občutke in številne reaktivne spremembe pri ljudeh, ki vključujejo spremembe v centralnem živčevju, kardiovaskularnem in dihalnem sistemu, vestibularni analizator. Obstajajo dokazi, da infrazvok povzroča izgubo sluha predvsem pri nizkih in srednjih frekvencah. Resnost teh sprememb je odvisna od stopnje intenzivnosti infrazvoka in trajanja dejavnika.

Infrazvok nikakor ni nedavno odkrit pojav. Pravzaprav je orgličarjem poznana že več kot 250 let. Mnoge katedrale in cerkve imajo tako dolge orgelske cevi, da oddajajo zvok s frekvenco manj kot 20 Hz, ki ga človeško uho ne zazna. Toda, kot so ugotovili britanski raziskovalci, lahko takšen infrazvok v občinstvu vzbuja različne in ne preveč prijetne občutke - melanholijo, občutek mraza, tesnobe, tresenje v hrbtenici. Ljudje, ki so izpostavljeni infrazvoku, doživijo približno enake občutke kot ob obisku krajev, kjer so srečali duhove.

7. Infrazvočne anomalije

Obala Severne Amerike v regiji Cape Hatteras, polotok Florida in otok Kuba tvorijo velikanski reflektor. Nevihta, ki se pojavi v Atlantskem oceanu, ustvarja infrazvočne valove, ki se odbijejo od tega reflektorja in se osredotočijo na območje Bermudskega trikotnika. Ogromne dimenzije fokusne strukture nakazujejo prisotnost območij, kjer lahko infrazvočne vibracije dosežejo pomembno vrednost, kar je razlog za nenavadne pojave, ki se tukaj pojavljajo. Kot veste, močne infrazvočne vibracije povzročijo v človeku panični strah in željo po pobegu iz zaprtega prostora. Očitno je to vedenje posledica v daljni preteklosti razvite »instinktivne« reakcije na infrazvok kot predhodnika potresa. Ta reakcija povzroči, da posadka in potniki v paniki zapustijo svojo ladjo. Lahko se usedejo v čolne in odplavajo stran od svoje ladje ali pa stečejo na krov in se vržejo čez krov. Pri zelo visoki intenzivnosti infrazvoka lahko popolnoma poginejo - če padejo v resonanco s človeškimi bioritmi, lahko infrazvok posebej visoke intenzivnosti povzroči takojšnjo smrt.

Infrazvok lahko povzroči resonančne vibracije ladijskih stebrov, kar vodi do njihovega zloma (vpliv infrazvoka na konstrukcijske elemente letala lahko povzroči podobne posledice). Nizkofrekvenčna zvočna nihanja so lahko vzrok za nastanek hitro nastajajoče in tudi hitro izginjajoče goste (»kot mleko«) megle nad oceanom. In končno, infrazvok s frekvenco 5-7 hercev lahko pride v resonanco z nihalom mehanskih ročnih ur, ki imajo enako nihajno dobo.

Očitno podobne fokusne strukture obstajajo tudi v drugih delih sveta. Očitno je panični strah, ki ga povzročajo intenzivne infrazvočne vibracije v eni od teh struktur, služil kot "izhodišče" mita o sirenah ...

Infrazvok se lahko širi pod vodo, fokusno strukturo pa lahko tvori topografija dna. Podvodni vulkani in potresi so lahko vir infrazvočnih vibracij. Seveda je oblika "krajinskih" reflektorjev zelo daleč od popolne. Zato bi morali govoriti o sistemu odsevnih elementov, specifičnem za vsak primer posebej. Z dimenzijami, sorazmernimi z valovno dolžino, je struktura lahko resonančna.

8. Živali, ki uporabljajo infrazvok

Ameriški znanstveniki so odkrili, da tigri in sloni za medsebojno komunikacijo ne uporabljajo le renčanja, predenja ali rjovenja in trobentanja, temveč tudi infrazvok, torej zelo nizkofrekvenčne zvočne signale, ki jih človeško uho ne sliši. Po mnenju znanstvenikov infrazvok omogoča živalim komunikacijo na razdalji do 8 kilometrov, saj je širjenje infrazvočnih signalov skoraj neobčutljivo na motnje, ki jih povzroča teren, in je malo odvisno od vremenskih in podnebnih dejavnikov, kot je vlažnost zraka.

Zdaj nameravajo znanstveniki ugotoviti, ali imajo frekvenčni spektri tigrovih glasov posamezne značilnosti, ki omogočajo njihovo identifikacijo. To bi jim močno olajšalo obračunavanje njihove živine.

Med preučevanjem vedenja skupine slonov v živalskem vrtu Portland Zoo v Oregonu je skupina raziskovalcev »začutila« nenavadna nihanja v zraku. Z uporabo sofisticiranega elektronskega sistema za zajemanje zvoka so raziskovalci ugotovili, da gre za infrazvočne valove, ki jih oddajajo sloni. Med opazovanjem prostih slonov v Keniji so raziskovalci uporabili isto opremo za snemanje popolnoma enakih valov. Znanstveniki so prišli do zaključka, da živali uporabljajo nizkofrekvenčne zvoke za medsebojno komunikacijo na razdalji več kilometrov.

Znanstveniki upajo, da bodo v prihodnosti, ko bodo določili pomen infrazvočnih signalov, prešli na najbolj razburljivo fazo poskusov - vzpostavitev stika s sloni z njihovo pomočjo.

9. Možnosti uporabe infrazvoka

Zdaj znanstveniki razvijajo tako imenovano "infrazvočno pištolo". Nizkofrekvenčni zvočni valovi naj bi se tukaj uporabljali kot "generator panike". V tem primeru je infrazvok veliko bolj priročen kot visokofrekvenčni valovi, saj sam po sebi predstavlja nevarnost za zdravje ljudi. Frekvence našega živčnega sistema in srca ležijo v območju infrazvoka – 6 Hz. Posnemanje teh frekvenc vodi do slabega zdravja, neupravičenega strahu, panike, norosti in na koncu smrti.

10. Zaključek

Ko smo opravili to delo - zbrali, obdelali in povzeli veliko gradiva o tej problematiki, smo se naučili veliko o naravi zvoka. O nevarnosti, ki jo lahko predstavlja za človeško telo, in o tem, kako široko jo je mogoče uporabiti v gospodarstvu. Za nas je bila najbolj zanimiva hipoteza o naravi »spoštljive groze«, trepetanja ljudi v templju. Zelo obetavno se nam zdi preučevanje načinov komuniciranja živali in seveda uporaba infrazvoka za napovedovanje kraja in časa prihodnjih izbruhov in potresov.

Ultrazvok- elastične vibracije s frekvenco nad 20 tisoč Hz. Lahko nastane zaradi mehanskih, elektromagnetnih in toplotnih virov. S povečanjem frekvence ultrazvočnih vibracij se poveča njihova absorpcija v mediju in zmanjša globina prodiranja v človeška tkiva. Absorpcijo ultrazvoka spremlja segrevanje medija. Ultrazvok je razdeljen na:

· nizkofrekvenčni;

· visoka frekvenca;

zrak;

stik.

Nizkofrekvenčna zvočna nihanja se dobro širijo v zraku.

Trenutno se ultrazvok pogosto uporablja na različnih področjih tehnologije in industrije, predvsem za analizo in nadzor: odkrivanje napak, strukturna analiza snovi, določanje fizikalno-kemijskih lastnosti materialov itd.

Tehnološki procesi: čiščenje in razmaščevanje delov, obdelava trdih in krhkih materialov, varjenje, spajkanje, kositranje, elektrolitski postopki, pospeševanje kemijskih reakcij - uporaba nizkofrekvenčnih ultrazvočnih vibracij od 18 do 30 kHz in visoke moči - do 6-7 W/cm². Najpogostejši viri ultrazvoka so piezoelektrični in magnetni pretvorniki. Poleg tega se v proizvodnih pogojih nizkofrekvenčni ultrazvok pogosto tvori med aerodinamičnimi procesi: delovanjem reaktivnih motorjev, plinskih turbin, močnih pnevmatskih motorjev itd.

Ultrazvok je v medicini dobil veliko razširjenost za zdravljenje bolezni hrbtenice, sklepov, perifernega živčnega sistema, pa tudi za izvajanje kirurških posegov in diagnostike. Ameriški znanstveniki so leta 2002 razvili metodo za odstranjevanje možganskih tumorjev, ki niso primerni za klasično kirurško zdravljenje. Temelji na principu odstranjevanja sive mrene - drobljenje patološke tvorbe s fokusiranim ultrazvokom.

Leta 2006 so zdravniki na kanadski univerzi Alberta razvili tehnologijo, ki uporablja pulzni ultrazvok nizke intenzivnosti za spodbujanje ponovne rasti izbitih in majavih zob.

Diagnostični ultrazvok se že tri desetletja intenzivno uporablja v nosečnosti in pri boleznih posameznih organov. Ultrazvok, ki trči v oviro v obliki človeških ali fetalnih organov, določa njihovo prisotnost in velikost. Intenzivnost uporabljenega terapevtskega ultrazvoka najpogosteje ne presega 0,2-0,4 W / cm²; frekvenca ultrazvočnih nihanj, ki se uporabljajo za diagnostiko, se giblje od 800 kHz do 20 MHz, intenzivnost se giblje od 0,01 do 20 W / cm² ali več. Nevrokirurgija uporablja elektronsko opremo z močnim fokusiranim visokofrekvenčnim (približno 1000 kHz) žarkom.

Biološki učinek izpostavljenosti telesu je odvisen od intenzivnosti, trajanja izpostavljenosti in velikosti telesa, izpostavljenega ultrazvoku.

Dolgotrajni sistematični vpliv ultrazvoka, ki se širi v zrak, povzroča funkcionalne motnje živčnega, kardiovaskularnega, endokrinega sistema, slušnih in vestibularnih analizatorjev.

Pri ljudeh, ki delajo na ultrazvočnih enotah, opazimo hudo astenijo, vaskularno hipotenzijo in zmanjšanje električne aktivnosti srca in možganov. Obstajajo spremembe v centralnem živčnem sistemu refleksne narave - občutek strahu v temi, v omejenem prostoru; ostri napadi s povečanim srčnim utripom, prekomernim potenjem, krči v želodcu, črevesju, žolčniku.

Najbolj značilna je vegetovaskularna distonija s pritožbami hude utrujenosti, glavobolov in občutka pritiska v glavi, težav s koncentracijo, zaviranja miselnega procesa in nespečnosti.

Kontaktni učinek visokofrekvenčnega ultrazvoka na roke vodi do motenj kapilarne cirkulacije v rokah, zmanjšanja občutljivosti na bolečino. Ugotovljeno je bilo, da lahko ultrazvočne vibracije povzročijo spremembe v kostni strukturi z redčenjem kostne gostote.

infrazvok- elastični valovi, podobni zvoku, vendar s frekvencami, nižjimi od slišnih za človeka. Običajno se kot zgornja meja infrazvočnega (IS) območja vzame 16-25 Hz, spodnja meja ni definirana. Infrazvok je vsebovan v hrupu ozračja, gozdov in morja. Viri IZ-nihanj so strele (grom), eksplozije, streli. V zemeljski skorji opazimo nihanja IS, ki jih vzbujajo različni viri, vključno s potresi, eksplozijami, zemeljskimi plazovi in ​​vozili.

Infrazvok se v različnih medijih slabo absorbira, zato se lahko širi na zelo velike razdalje. To najde praktično uporabo pri določanju lokacije epicentra potresa, močne eksplozije ali streljanja. Širjenje IS na velike razdalje v morju omogoča napovedovanje naravnih nesreč (cunamijev). Eksplozije, ki ustvarjajo širok razpon frekvenc IS, se uporabljajo za preučevanje zgornjih plasti atmosfere, lastnosti vodnega okolja.

Razvoj industrijske proizvodnje in prometa je povzročil znatno povečanje virov infrazvoka v okolju in povečanje njegove ravni. Glavni umetni viri infrazvoka v mestu so podani v tabeli (tabela 3):

Tabela 3

V proizvodnih pogojih se infrazvok običajno kombinira z nizkofrekvenčnim hrupom, v nekaterih primerih pa z nizkofrekvenčnimi vibracijami.

V poznih 60-ih letih je francoski raziskovalec Gavro odkril, da infrazvočno valovanje določenih frekvenc lahko povzroči tesnobo in tesnobo pri človeku, glavobol, zmanjša pozornost in zmogljivost, moti delovanje vestibularnega aparata in povzroči krvavitev iz nosu in ušes. Profesor Gavro je predlagal, da se biološki učinek infrazvoka kaže, če frekvenca valovanja sovpada z alfa ritmom človeških možganov.

Mehanizem zaznavanja infrazvoka in njegov fiziološki učinek na človeka še nista povsem ugotovljena. Možno je, da je povezana z vzbujanjem resonančnih nihanj v telesu. Torej je naravna frekvenca našega vestibularnega aparata blizu 6 Hz in mnogi ljudje poznajo neprijetne občutke med dolgotrajno vožnjo z avtobusom, vlakom, plovbo na ladji ali guganjem na gugalnici. Infrazvok s frekvenco 7 Hz je smrtonosen. Lastnost infrazvoka, da povzroča strah, uporablja policija v številnih državah sveta: za razpršitev množice so vklopljeni močni generatorji, katerih frekvence se razlikujejo za 5-9 Hz. Sevanja, ki izhajajo iz razlike v frekvencah teh generatorjev, imajo frekvenco IS in pri marsikom povzročajo nezavedni občutek strahu, željo po čimprejšnjem odhodu.

Pod vplivom infrazvoka se lahko vizualne slike, ki jih ustvarita levo in desno oko, razlikujejo, obzorje se začne izkrivljati, pojavijo se težave z orientacijo v prostoru. Podobne občutke povzroča pulziranje svetlobe s frekvenco 4-8 Hz. Tudi egipčanski svečeniki so ga, da bi zatrli psiho in dosegli priznanje ujetnika, zvezali in mu s pomočjo ogledal v oči usmerili utripajoč sončni žarek. Čez nekaj časa je imel zapornik krče, iz ust je začela teči pena in odgovarjal je na vprašanja.

Pri izpostavljenosti infrazvoku na telo na ravni 110-150 dB lahko pride do motenj v centralnem živčnem sistemu, kardiovaskularnem sistemu, dihalih in vestibularnem analizatorju. Opažene so pritožbe zaradi glavobolov, omotice, zvonjenja v ušesih in glavi, zmanjšane pozornosti in učinkovitosti. Lahko se pojavi občutek strahu, zaspanost, težave pri govoru, neravnovesje, pojav tesnobe in negotovosti, čustvena nestabilnost.

Ultrazvok je zvok, katerega frekvenca je nad zgornjo mejo slišnosti za normalno človeško uho. Ultrazvočne naprave delujejo na frekvencah od $20$ kHz do nekaj gigahercev.

Slika 1. Frekvenčni pasovi

Ultrazvok v naravi

Netopirji uporabljajo ultrazvočne valove visoke frekvence (kratke valovne dolžine), da povečajo svojo sposobnost lova. Tipičen plen netopirjev je molj, predmet, ki ni veliko večji od samega netopirja. Netopirji uporabljajo tehnike ultrazvočne eholokacije, da locirajo svoje sorodnike v zraku.

Slika 2. Netopirji uporabljajo ultrazvok za navigacijo v temi

Toda zakaj ultrazvok? Odgovor na to vprašanje je v fiziki uklona. Ko valovna dolžina postane krajša od ovire, na katero naleti, se val ne more več razpršiti okoli nje in se zato odbije. Netopirji uporabljajo ultrazvočne valove z valovno dolžino, manjšo od velikosti njihovega plena. Ti zvočni valovi bodo trčili ob plen in namesto da bi se razpršili okoli plena, se bodo od plena odbili, kar bo miški omogočilo lov z eholokacijo.

Psi z normalnim sluhom slišijo ultrazvok.

Zobati kiti, vključno z delfini, lahko slišijo ultrazvok in uporabljajo takšne zvoke v svojem navigacijskem sistemu (biosonar).

Metode za pridobivanje ultrazvoka

1. mehanski način- vibracijski sistemi (strune, elastične plošče, cevi).
2. toplotna metoda- od električnih razelektritev v tekočinah in plinih, s stalnim povišanjem temperature ali impulznega toka.
3. Optični način- laser lahko proizvaja elastične valove v širokem območju ultrazvočnih frekvenc.

infrazvok

Definicija 1

infrazvok- zvočne valove, ki jih človeško uho ne sliši, ker je njihova frekvenca prenizka.

Slika 3. Vetrne elektrarne proizvajajo infrazvok

Za infrazvok je značilna sposobnost premagovanja velikih razdalj in sposobnost obvoza ovir, ima pa tudi zelo dolgo valovno dolžino - preko $17$ m.

Naravni viri infrazvoka so: nevihte, valovi, snežni plazovi, potresi, vulkani, slapovi, strele.

Vpliv z infrazvokom

Podzvočne frekvence se merijo od $0,1$ do $20$ Hz. Infrazvoka ali zvočnih frekvenc pod $20$ Hz uho ne zazna.

Opomba 1

Raziskave o učinkih infrazvoka potekajo predvsem na živalih, zato vpliva infrazvoka na človeško telo ni mogoče povsem razumeti. Številne študije kažejo, da lahko pri izpostavljenosti visokim nivojem infrazvoka pride do: občutka pritiska v ušesih, nelagodja, prekomerne utrujenosti, zaspanosti in celo apatije in depresije. Študije na živalih so pokazale, da lahko infrazvok zelo visoke intenzivnosti povzroči resne poškodbe strukture ušesa. Ni pa zanesljivih študij, ki bi kazale na škodljivost virov infrazvoka v vsakdanjem življenju. Samo izpostavljenost zelo visokim frekvencam tovrstnega zvoka je lahko nevarna za vaše zdravje. Rezultati prejšnjih študij na tem področju so mešani, občutljivost pa je individualna za vsako osebo.

Znano je, da živali zaznajo infrazvočne valove, ki prehajajo skozi zemljo kot posledico naravnih nesreč, in jih lahko uporabijo kot opozorilo. Nedavni primer tega pojava sta potres in cunami v Indijskem oceanu leta 2004 $. Živali so začele bežati pred dejanskim cunamijem ob obali Azije. Zagotovo ni znano, ali je bil to natančen vzrok, vendar nekateri menijo, da je bil morda vpliv elektromagnetnega valovanja in ne infrazvočnega valovanja tisto, kar je te živali spodbudilo k begu.

Primer 1

Netopir leti pravokotno na steno s hitrostjo $6.0\ (m)/(s)$ in oddaja ultrazvok s frekvenco $v=45\ kHz$. Kateri dve zvočni frekvenci $v_1$ in $v_2$ sliši netopir? Hitrost širjenja zvoka v zraku je $c=340\ (m)/(s)$.

Po Dopplerjevem principu je frekvenca zvoka, ki ga zazna opazovalec, določena s formulo

Po stanju

(2) -- hitrost netopirja.

Netopir bo slišal zvok in se odbil od stene. Za neposredni zvok iz formule (1) imamo

\ \[((\mathbf v))_((\mathbf 2))(\mathbf =)\frac((\mathbf c)(\mathbf +)(\mathbf u))((\mathbf c)(\ mathbf +)(\mathbf u))(\mathbf v)(\mathbf =)(\mathbf 46),(\mathbf 6)(\mathbf \ kHz)\]

Odgovor: $\ v_1=45\ kHz$, $((\mathbf v))_((\mathbf 2))(\mathbf =)(\mathbf 46),(\mathbf 6)(\mathbf \ kHz)$ .

1. Oddajniki in sprejemniki ultrazvoka.

2. Absorpcija ultrazvoka v snovi. Akustični tokovi in ​​kavitacija.

3. Odboj ultrazvoka. Zvočna vizija.

4. Biofizikalni učinek ultrazvoka.

5. Uporaba ultrazvoka v medicini: terapija, kirurgija, diagnostika.

6. Infrazvok in njegovi viri.

7. Vpliv infrazvoka na človeka. Uporaba infrazvoka v medicini.

8. Osnovni pojmi in formule. Mize.

9. Naloge.

Ultrazvok - elastična nihanja in valovi s frekvencami od približno 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Imenuje se frekvenčno območje ultrazvoka od 1 do 1000 GHz hiperzvočni. Ultrazvočne frekvence so razdeljene na tri območja:

ULF - nizkofrekvenčni ultrazvok (20-100 kHz);

USCH - ultrazvok srednje frekvence (0,1-10 MHz);

UZVCH - visokofrekvenčni ultrazvok (10-1000 MHz).

Vsak obseg ima svoje specifične medicinske aplikacije.

5.1. Oddajniki in sprejemniki ultrazvoka

Elektromehanski oddajniki in sprejemniki ZDA uporabite pojav piezoelektričnega učinka, katerega bistvo je razloženo na sl. 5.1.

Takšni kristalni dielektriki, kot so kremen, sol Rochelle itd., Imajo izrazite piezoelektrične lastnosti.

Ultrazvočni oddajniki

Elektromehanski ultrazvočni oddajnik uporablja pojav inverznega piezoelektričnega učinka in je sestavljen iz naslednjih elementov (slika 5.2):

riž. 5.1. A - neposredni piezoelektrični učinek: stiskanje in raztezanje piezoelektrične plošče vodi do pojava potencialne razlike ustreznega znaka;

b - povratni piezoelektrični učinek: odvisno od predznaka potencialne razlike, ki se nanaša na piezoelektrično ploščo, se stisne ali raztegne

riž. 5.2. ultrazvočni oddajnik

1 - plošče snovi s piezoelektričnimi lastnostmi;

2 - elektrode, nanesene na njegovo površino v obliki prevodnih plasti;

3 - generator, ki napaja elektrode z izmenično napetostjo zahtevane frekvence.

Ko se iz generatorja (3) na elektrode (2) dovaja izmenična napetost, se plošča (1) občasno razteza in stiska. Nastanejo prisilna nihanja, katerih frekvenca je enaka frekvenci spremembe napetosti. Te vibracije se prenašajo na delce okolja in ustvarjajo mehansko valovanje z ustrezno frekvenco. Amplituda nihanja delcev medija v bližini radiatorja je enaka amplitudi nihanja plošče.

Posebnosti ultrazvoka vključujejo možnost pridobivanja valov visoke intenzivnosti tudi pri relativno majhnih amplitudah nihanja, saj je pri določeni amplitudi gostota

riž. 5.3. Fokusiranje ultrazvočnega žarka v vodi s planokonkavno lečo iz pleksi stekla (ultrazvočna frekvenca 8 MHz)

pretok energije je sorazmeren z frekvenca na kvadrat(glej formulo 2.6). Mejno intenzivnost ultrazvočnega sevanja določajo lastnosti materiala oddajnikov, pa tudi značilnosti pogojev za njihovo uporabo. Razpon jakosti pri ustvarjanju ultrazvoka v UHF območju je izjemno širok: od 10 -14 W/cm 2 do 0,1 W/cm 2 .

Za številne namene so potrebne veliko višje intenzivnosti od tistih, ki jih je mogoče pridobiti s površine oddajnika. V teh primerih lahko uporabite fokus. Slika 5.3 prikazuje fokusiranje ultrazvoka z lečo iz pleksi stekla. Za pridobitev zelo velika Intenzivnosti ultrazvoka uporabljajo bolj zapletene metode fokusiranja. Torej, v žarišču paraboloida, katerega notranje stene so izdelane iz mozaika kremenčevih plošč ali piezokeramike barijevega titanita, pri frekvenci 0,5 MHz je mogoče dobiti ultrazvočne intenzitete do 10 5 W / cm 2 v vodi.

Ultrazvočni sprejemniki

Elektromehanski sprejemniki ZDA(Sl. 5.4) uporabite pojav neposrednega piezoelektričnega učinka. V tem primeru pod delovanjem ultrazvočnega valovanja pride do nihanja kristalne plošče (1),

riž. 5.4. Ultrazvočni sprejemnik

zaradi česar se na elektrodah (2) pojavi izmenična napetost, ki jo fiksira snemalni sistem (3).

V večini medicinskih pripomočkov se generator ultrazvočnih valov hkrati uporablja kot njihov sprejemnik.

5.2. Absorpcija ultrazvoka v snovi. Akustični tokovi in ​​kavitacija

Po fizičnem bistvu se ultrazvok ne razlikuje od zvoka in je mehansko valovanje. Med širjenjem se oblikujejo izmenična območja kondenzacije in redčenja delcev medija. Hitrosti širjenja ultrazvoka in zvoka v medijih sta enaki (v zraku ~ 340 m/s, v vodi in mehkih tkivih ~ 1500 m/s). Vendar pa visoka intenzivnost in kratka dolžina ultrazvočnih valov povzročata številne posebne značilnosti.

Ko se ultrazvok širi v snovi, pride do nepovratnega prehoda energije zvočnega valovanja v druge vrste energije, predvsem v toploto. Ta pojav se imenuje absorpcija zvoka. Zmanjšanje amplitude nihanja delcev in intenzitete US zaradi absorpcije je eksponentno:

kjer sta A, A 0 amplitudi nihanj delcev medija blizu površine snovi in ​​na globini h; I, I 0 - ustrezna intenzivnost ultrazvočnega valovanja; α- absorpcijski koeficient, odvisno od frekvence ultrazvočnega valovanja, temperature in lastnosti medija.

Absorpcijski koeficient - recipročna vrednost razdalje, pri kateri amplituda zvočnega vala pade za faktor "e".

Večji kot je absorpcijski koeficient, močneje medij absorbira ultrazvok.

Absorpcijski koeficient (α) narašča z naraščajočo frekvenco ultrazvoka. Zato je dušenje ultrazvoka v mediju mnogokrat večje od dušenja slišnega zvoka.

Skupaj z absorpcijski koeficient, in se uporabljajo kot značilnosti ultrazvočne absorpcije. globina polovične absorpcije(H), ki je z njim povezana z inverzno povezavo (H = 0,347/α).

Globina polovične absorpcije(H) je globina, pri kateri se jakost ultrazvočnega valovanja prepolovi.

Vrednosti absorpcijskega koeficienta in globine polovične absorpcije v različnih tkivih so predstavljene v tabeli. 5.1.

V plinih in zlasti v zraku se ultrazvok širi z velikim slabljenjem. Tekočine in trdne snovi (predvsem monokristali) so praviloma dobri prevodniki ultrazvoka, slabljenje v njih je veliko manjše. Tako je na primer v vodi dušenje ultrazvočnih valov, če so ostale enake, približno 1000-krat manjše kot v zraku. Zato so področja uporabe UHF in UHF skoraj izključno za tekočine in trdne snovi, v zraku in plinih pa se uporablja le ULF.

Sproščanje toplote in kemične reakcije

Absorpcijo ultrazvoka s snovjo spremlja prenos mehanske energije v notranjo energijo snovi, kar vodi do njenega segrevanja. Najbolj intenzivno segrevanje se pojavi na območjih, ki mejijo na vmesnike med mediji, ko je koeficient refleksije blizu enote (100%). To je posledica dejstva, da se zaradi odboja intenzivnost valovanja v bližini meje poveča in s tem poveča količina absorbirane energije. To je mogoče eksperimentalno preveriti. Ultrazvočni oddajnik je potrebno pritrditi na mokro roko. Kmalu se na nasprotni strani dlani pojavi občutek (podoben bolečini pri opeklinah), ki ga povzroči ultrazvok, ki se odbija od meje koža-zrak.

Tkiva s kompleksno zgradbo (pljuča) so bolj občutljiva na ultrazvočno segrevanje kot homogena tkiva (jetra). Na meji mehkih tkiv in kosti se sprosti razmeroma veliko toplote.

Lokalno segrevanje tkiv za frakcije stopinj prispeva k vitalni aktivnosti bioloških objektov, poveča intenzivnost presnovnih procesov. Vendar lahko dolgotrajna izpostavljenost povzroči pregrevanje.

V nekaterih primerih se fokusirani ultrazvok uporablja za lokalne učinke na posamezne telesne strukture. Ta učinek vam omogoča, da dosežete nadzorovano hipertermijo, tj. segrevanje do 41-44 °C brez pregrevanja sosednjih tkiv.

Povišanje temperature in veliki padci tlaka, ki spremljajo prehod ultrazvoka, lahko povzročijo nastanek ionov in radikalov, ki lahko medsebojno delujejo z molekulami. V tem primeru lahko pride do takih kemičnih reakcij, ki v normalnih pogojih niso izvedljive. Kemični učinek ultrazvoka se kaže zlasti v cepitvi molekule vode v radikale H + in OH -, čemur sledi tvorba vodikovega peroksida H 2 O 2 .

Akustični tokovi in ​​kavitacija

Ultrazvočne valove visoke intenzivnosti spremljajo številni specifični učinki. Torej širjenje ultrazvočnih valov v plinih in tekočinah spremlja gibanje medija, ki se imenuje akustični tok (slika 5.5, A). Pri frekvencah območja UHF v ultrazvočnem polju z intenzivnostjo več W / cm 2 lahko pride do izlivanja tekočine (slika 5.5, b) in ga razpršite, da nastane zelo fina meglica. Ta lastnost širjenja ultrazvoka se uporablja v ultrazvočnih inhalatorjih.

Med pomembnimi pojavi, ki nastanejo med širjenjem intenzivnega ultrazvoka v tekočinah, je akustični kavitacija - rast v ultrazvočnem polju mehurčkov iz razpoložljivih

riž. 5.5. a) zvočni tok, ki nastane zaradi širjenja ultrazvoka s frekvenco 5 MHz v benzenu; b) tekoči vodnjak, ki nastane, ko ultrazvočni žarek pade iz notranjosti tekočine na njeno površino (ultrazvočna frekvenca 1,5 MHz, intenzivnost 15 W / cm 2)

submikroskopska jedra plina ali hlapov v tekočinah velikosti do delcev mm, ki začnejo utripati z ultrazvočno frekvenco in se sesedejo v fazi pozitivnega tlaka. Ko se plinski mehurčki zrušijo, veliki lokalni pritiski reda tisoč atmosfer, sferične udarni valovi. Tako intenzivno mehansko delovanje na delce v tekočini lahko vodi do različnih učinkov, vključno z destruktivnimi, tudi brez vpliva toplotnega delovanja ultrazvoka. Mehanski učinki so še posebej pomembni pod delovanjem fokusiranega ultrazvoka.

Druga posledica kolapsa kavitacijskih mehurčkov je močno segrevanje njihove vsebine (do temperature okoli 10.000 °C), ki ga spremlja ionizacija in disociacija molekul.

Pojav kavitacije spremlja erozija delovnih površin sevalnikov, poškodbe celic itd. Vendar pa ta pojav vodi tudi do številnih blagodejnih učinkov. Tako na primer v območju kavitacije pride do okrepljenega mešanja snovi, ki se uporablja za pripravo emulzij.

5.3. odboj ultrazvoka. zvočni vid

Kot pri vseh vrstah valov sta ultrazvoku lastna pojava odboja in loma. Ti pojavi pa so opazni šele, ko so dimenzije nehomogenosti primerljive z valovno dolžino. Dolžina ultrazvočnega vala je bistveno manjša od dolžine zvočnega vala (λ = v/v). Torej sta dolžini zvočnih in ultrazvočnih valov v mehkih tkivih pri frekvencah 1 kHz oziroma 1 MHz enaki: λ = 1500/1000 = 1,5 m;

1500/1.000.000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. V skladu z zgoraj navedenim telo velikosti 10 cm praktično ne odbija zvoka z valovno dolžino λ = 1,5 m, ampak je reflektor za ultrazvočno valovanje z λ = 1,5 mm.

Učinkovitost refleksije ne določajo le geometrijska razmerja, temveč tudi koeficient refleksije r, ki je odvisen od razmerja valovna impedanca x(glej formule 3.8, 3.9):

Za vrednosti x blizu 0 je odboj skoraj popoln. To je ovira za prehod ultrazvoka iz zraka v mehka tkiva (x = 3x10 -4, r= 99,88 %). Če ultrazvočni oddajnik nanesemo neposredno na človeško kožo, potem ultrazvok ne bo prodrl v notranjost, temveč se bo odbijal od tanke plasti zraka med oddajnikom in kožo. V tem primeru majhne vrednosti X igrajo negativno vlogo. Za odpravo zračne plasti površino kože prekrijemo s plastjo ustreznega lubrikanta (vodnega želeja), ki deluje kot prehodni medij, ki zmanjša odboj. Nasprotno, za odkrivanje nehomogenosti v srednjih, majhnih vrednostih X so pozitiven dejavnik.

Vrednosti odbojnega koeficienta na mejah različnih tkiv so podane v tabeli. 5.2.

Intenzivnost sprejetega odbitega signala ni odvisna samo od vrednosti koeficienta refleksije, temveč tudi od stopnje absorpcije ultrazvoka v mediju, v katerem se širi. Absorpcija ultrazvočnega valovanja vodi do dejstva, da je odmevni signal, ki se odbije od strukture, ki se nahaja v globini, veliko šibkejši od tistega, ki nastane ob odboju od podobne strukture, ki se nahaja blizu površine.

Temelji na odboju ultrazvočnih valov od nehomogenosti zvočni vid, uporablja se pri medicinskih ultrazvočnih preiskavah (ultrazvok). Pri tem se ultrazvok, ki se odbije od nehomogenosti (posamezni organi, tumorji), pretvori v električne tresljaje, slednji pa v svetlobne tresljaje, kar omogoča, da določene objekte na ekranu vidimo v mediju nepropustnem za svetlobo. Slika 5.6 prikazuje sliko

riž. 5.6. 5 MHz ultrazvočna slika 17 tednov starega človeškega ploda

človeški plod, star 17 tednov, pridobljen z ultrazvokom.

Na frekvencah v ultrazvočnem območju je bil ustvarjen ultrazvočni mikroskop - naprava, podobna običajnemu mikroskopu, katere prednost pred optičnim je, da biološke študije ne zahtevajo predhodnega obarvanja predmeta. Slika 5.7 prikazuje fotografije rdečih krvničk, posnete z optičnim in ultrazvočnim mikroskopom.

riž. 5.7. Fotografije rdečih krvničk, pridobljene z optičnim (a) in ultrazvočnim (b) mikroskopom

Z večanjem frekvence ultrazvočnih valov se poveča ločljivost (zaznamo lahko manjše nehomogenosti), zmanjša pa se njihova prodorna moč, t.j. globina, na kateri je mogoče raziskati zanimive strukture, se zmanjša. Zato je ultrazvočna frekvenca izbrana tako, da združuje zadostno ločljivost z zahtevano globino preiskave. Torej, za ultrazvočni pregled ščitnice, ki se nahaja neposredno pod kožo, se uporabljajo valovi 7,5 MHz, za študij trebušnih organov pa se uporablja frekvenca 3,5-5,5 MHz. Poleg tega se upošteva tudi debelina maščobne plasti: za suhe otroke se uporablja frekvenca 5,5 MHz, za otroke in odrasle s prekomerno telesno težo pa frekvenca 3,5 MHz.

5.4. Biofizični učinek ultrazvoka

Pod vplivom ultrazvoka na biološke objekte v obsevanih organih in tkivih na razdaljah, ki so enake polovici valovne dolžine, se lahko pojavijo razlike v tlaku od enot do več deset atmosfer. Tako intenzivni vplivi vodijo do različnih bioloških učinkov, katerih fizična narava je določena s kombiniranim delovanjem mehanskih, toplotnih in fizikalno-kemijskih pojavov, ki spremljajo širjenje ultrazvoka v mediju.

Splošni učinek ultrazvoka na tkiva in telo kot celoto

Biološki učinek ultrazvoka, tj. Spremembe v vitalni aktivnosti in strukturi bioloških objektov, ki so izpostavljeni ultrazvoku, so določene predvsem z njegovo intenzivnostjo in trajanjem obsevanja in imajo lahko pozitivne in negativne učinke na vitalno aktivnost organizmov. Tako mehanska nihanja delcev, ki nastanejo pri relativno nizkih jakostih ultrazvoka (do 1,5 W/cm 2 ), povzročijo nekakšno mikromasažo tkiv, kar pripomore k boljši presnovi in ​​boljši oskrbi tkiv s krvjo in limfo. Lokalno segrevanje tkiv po frakcijah in enotah stopinj praviloma prispeva k vitalni aktivnosti bioloških predmetov, povečuje intenzivnost presnovnih procesov. ultrazvočni valovi majhna in sredina Intenzivnosti povzročajo pozitivne biološke učinke v živih tkivih, spodbujajo potek normalnih fizioloških procesov.

Uspešna uporaba ultrazvoka navedenih jakosti se uporablja v nevrologiji pri rehabilitaciji bolezni, kot so kronični išias, poliartritis, nevritis in nevralgija. Ultrazvok se uporablja pri zdravljenju bolezni hrbtenice, sklepov (uničenje usedlin soli v sklepih in votlinah); pri zdravljenju različnih zapletov po poškodbah sklepov, vezi, tetiv itd.

Ultrazvok visoke intenzivnosti (3-10 W / cm 2) ima škodljiv učinek na posamezne organe in človeško telo kot celoto. Ultrazvok visoke intenzivnosti lahko povzroči

v bioloških medijih akustična kavitacija, ki jo spremlja mehansko uničenje celic in tkiv. Dolgotrajna intenzivna izpostavljenost ultrazvoku lahko povzroči pregrevanje bioloških struktur in njihovo uničenje (denaturacija beljakovin itd.). Izpostavljenost intenzivnemu ultrazvoku ima lahko dolgoročne posledice. Na primer, pri dolgotrajni izpostavljenosti ultrazvoku s frekvenco 20-30 kHz, ki se pojavi v nekaterih proizvodnih pogojih, se pri človeku razvijejo motnje živčnega sistema, poveča se utrujenost, temperatura se znatno dvigne in pride do okvare sluha.

Zelo intenziven ultrazvok je za človeka usoden. Tako je bilo v Španiji 80 prostovoljcev izpostavljenih ultrazvočnim turbulentnim motorjem. Rezultati tega barbarskega poskusa so bili žalostni: 28 ljudi je umrlo, ostali so bili popolnoma ali delno paralizirani.

Toplotni učinek, ki ga povzroča ultrazvok visoke intenzivnosti, je lahko zelo pomemben: z ultrazvočnim obsevanjem z močjo 4 W / cm 2 za 20 s se temperatura telesnih tkiv na globini 2-5 cm dvigne za 5-6 ° C. .

Da bi preprečili poklicne bolezni pri osebah, ki delajo z ultrazvočnimi napravami, ko je možen stik z viri ultrazvočnih vibracij, je treba za zaščito rok uporabiti 2 para rokavic: zunanje gumijaste in notranje - bombažne.

Delovanje ultrazvoka na celični ravni

Sekundarni fizikalni in kemični učinki so lahko tudi osnova biološkega učinka UZ. Tako lahko med nastajanjem akustičnih tokov pride do mešanja znotrajceličnih struktur. Kavitacija vodi do lomljenja molekularnih vezi v biopolimerih in drugih vitalnih spojinah ter do razvoja redoks reakcij. Ultrazvok poveča prepustnost bioloških membran, zaradi česar se zaradi difuzije pospešijo presnovni procesi. Sprememba pretoka različnih snovi skozi citoplazmatsko membrano povzroči spremembo sestave znotrajceličnega okolja in mikrookolja celice. To vpliva na hitrost biokemičnih reakcij, ki vključujejo encime, ki so občutljivi na vsebnost določenih snovi v mediju.

drugi ioni. V nekaterih primerih lahko sprememba sestave medija v celici povzroči pospešitev encimskih reakcij, kar opazimo, ko so celice izpostavljene ultrazvoku nizke intenzivnosti.

Številne znotrajcelične encime aktivirajo kalijevi ioni. Zato s povečanjem intenzivnosti ultrazvoka postane bolj verjeten učinek zatiranja encimskih reakcij v celici, saj se koncentracija kalijevih ionov v znotrajceličnem mediju zmanjša zaradi depolarizacije celičnih membran.

Učinek ultrazvoka na celice lahko spremljajo naslednji pojavi:

Kršitev mikrookolja celičnih membran v obliki spremembe koncentracijskih gradientov različnih snovi v bližini membran, sprememba viskoznosti medija znotraj in zunaj celice;

Sprememba prepustnosti celičnih membran v obliki pospeševanja normalne in olajšane difuzije, sprememba učinkovitosti aktivnega transporta, kršitev strukture membran;

Kršitev sestave znotrajceličnega okolja v obliki spremembe koncentracije različnih snovi v celici, spremembe viskoznosti;

Spremembe hitrosti encimskih reakcij v celici zaradi sprememb optimalnih koncentracij snovi, potrebnih za delovanje encimov.

Sprememba prepustnosti celičnih membran je univerzalen odgovor na izpostavljenost ultrazvoku, ne glede na to, kateri od ultrazvočnih dejavnikov, ki delujejo na celico, v posameznem primeru prevladuje.

Pri dovolj visoki jakosti ultrazvoka pride do uničenja membran. Vendar imajo različne celice različno odpornost: nekatere celice se uničijo pri jakosti 0,1 W/cm 2 , druge pri 25 W/cm 2 .

V določenem območju jakosti so opazovani biološki učinki ultrazvoka reverzibilni. Zgornja meja tega intervala 0,1 W/cm 2 pri frekvenci 0,8-2 MHz je vzeta kot prag. Preseganje te meje vodi do izrazitih destruktivnih sprememb v celicah.

Uničenje mikroorganizmov

Za uničenje bakterij in virusov v tekočini se uporablja ultrazvočno obsevanje z intenzivnostjo, ki presega prag kavitacije.

5.5. Uporaba ultrazvoka v medicini: terapija, kirurgija, diagnostika

Deformacije pod vplivom ultrazvoka se uporabljajo pri mletju ali disperziji medijev.

Pojav kavitacije se uporablja za pridobivanje emulzij nemešljivih tekočin, za čiščenje kovin iz vodnega kamna in maščobnih filmov.

ultrazvočna terapija

Terapevtski učinek ultrazvoka je posledica mehanskih, termičnih, kemičnih dejavnikov. Njihovo skupno delovanje izboljša prepustnost membran, razširi krvne žile, izboljša metabolizem, kar pripomore k ponovni vzpostavitvi ravnovesja v telesu. Z doziranim žarkom ultrazvoka lahko nežno masiramo srce, pljuča ter druge organe in tkiva.

V otorinolaringologiji ultrazvok vpliva na bobnič, nosno sluznico. Na ta način se izvaja rehabilitacija kroničnega rinitisa, bolezni maksilarnih votlin.

FONOFOREZA - vnos zdravil v tkiva skozi kožne pore z uporabo ultrazvoka. Ta metoda je podobna elektroforezi, vendar za razliko od električnega polja ultrazvočno polje premika ne le ione, ampak tudi nenapolnjena delci. Pod delovanjem ultrazvoka se poveča prepustnost celičnih membran, kar prispeva k prodiranju zdravil v celico, med elektroforezo pa se zdravila koncentrirajo predvsem med celicami.

AVTOHEMOTERAPIJA - intramuskularno injiciranje lastne krvi osebe, vzete iz vene. Ta postopek je učinkovitejši, če odvzeto kri pred infuzijo obsevamo z ultrazvokom.

Ultrazvočno obsevanje poveča občutljivost celice na učinke kemikalij. To vam omogoča ustvarjanje manj škodljivih

cepiv, saj se pri njihovi izdelavi lahko uporabljajo nižje koncentracije kemikalij.

Predhodna izpostavljenost ultrazvoku poveča učinek γ- in mikrovalovnega sevanja na tumorje.

V farmacevtski industriji se ultrazvok uporablja za izdelavo emulzij in aerosolov nekaterih zdravilnih učinkovin.

V fizioterapiji se ultrazvok uporablja za lokalno izpostavljenost, ki se izvaja s pomočjo ustreznega oddajnika, kontaktnega nanosa skozi mazalno podlago na določeno področje telesa.

ultrazvočna operacija

Ultrazvočna kirurgija je razdeljena na dve vrsti, od katerih je ena povezana z učinkom zvočnih vibracij na tkiva, druga pa z nalaganjem ultrazvočnih vibracij na kirurški instrument.

Uničenje tumorjev. Več oddajnikov, nameščenih na pacientovem telesu, oddaja ultrazvočne žarke, ki se osredotočajo na tumor. Intenzivnost posameznega žarka je nezadostna, da bi poškodovala zdravo tkivo, na mestu, kjer se žarka združita, pa se intenzivnost poveča in tumor se zaradi kavitacije in toplote uniči.

V urologiji se z mehanskim delovanjem ultrazvoka zdrobijo kamni v sečilih, kar prihrani bolnike pred operacijami.

Varjenje mehkih tkiv.Če dve prerezani žili sestavimo skupaj in ju stisnemo eno ob drugo, potem po obsevanju nastane zvar.

Varjenje kosti(ultrazvočna osteosinteza). Območje zloma je napolnjeno z zdrobljenim kostnim tkivom, pomešanim s tekočim polimerom (ciakrinom), ki pod delovanjem ultrazvoka hitro polimerizira. Po obsevanju nastane močan zvar, ki se postopoma raztopi in ga nadomesti kostno tkivo.

Superpozicija ultrazvočnih vibracij na kirurške instrumente(skalpeli, pile, igle) znatno zmanjša rezalne sile, zmanjša bolečino, deluje hemostatsko in sterilizirajoče. Amplituda nihanja rezalnega orodja pri frekvenci 20-50 kHz je 10-50 mikronov. Ultrazvočni skalpeli omogočajo posege na dihalnih organih brez odpiranja prsnega koša,

operacije na požiralniku in na krvnih žilah. Z vstavitvijo dolgega in tankega ultrazvočnega skalpela v veno je mogoče uničiti holesterolne zadebelitve v žili.

Sterilizacija. Destruktivni učinek ultrazvoka na mikroorganizme se uporablja za sterilizacijo kirurških instrumentov.

V nekaterih primerih se ultrazvok uporablja v kombinaciji z drugimi fizičnimi vplivi, na primer z kriogeni, pri kirurškem zdravljenju hemangiomov in brazgotin.

ultrazvočna diagnostika

Ultrazvočna diagnostika je niz metod za preučevanje zdravega in bolnega človeškega telesa, ki temelji na uporabi ultrazvoka. Fizikalna osnova ultrazvočne diagnostike je odvisnost parametrov širjenja zvoka v bioloških tkivih (hitrost zvoka, koeficient slabljenja, valovna odpornost) od vrste tkiva in njegovega stanja. Ultrazvočne metode omogočajo vizualizacijo notranjih struktur telesa, pa tudi preučevanje gibanja bioloških objektov v telesu. Glavna značilnost ultrazvočne diagnostike je zmožnost pridobivanja informacij o mehkih tkivih, ki se nekoliko razlikujejo po gostoti ali elastičnosti. Metoda ultrazvočne preiskave je zelo občutljiva, z njo lahko odkrijemo tvorbe, ki jih rentgen ne zazna, ne zahteva uporabe kontrastnih sredstev, je neboleča in nima kontraindikacij.

Za diagnostične namene se uporablja ultrazvočna frekvenca od 0,8 do 15 MHz. Nizke frekvence se uporabljajo pri preučevanju globoko ležečih predmetov ali v študiji, ki se izvaja skozi kostno tkivo, visoke frekvence se uporabljajo za vizualizacijo predmetov blizu površine telesa, za diagnostiko v oftalmologiji in pri študiju površinsko nameščenih žil.

V ultrazvočni diagnostiki se najpogosteje uporabljajo eholokacijske metode, ki temeljijo na odboju ali sipanju impulznih ultrazvočnih signalov. Naprave za ultrazvočno diagnostiko so glede na način pridobivanja in naravo podajanja informacij razdeljene v 3 skupine: enodimenzionalne naprave z indikacijo tipa A; enodimenzionalni instrumenti z indikacijo tipa M; dvodimenzionalni instrumenti z indikacijo tipa B.

Pri ultrazvočni diagnostiki z napravo tipa A se oddajnik, ki oddaja kratke (trajanje reda 10 -6 s) ultrazvočne impulze, nanaša na preiskovano območje telesa skozi kontaktno snov. V pavzah med impulzi naprava sprejema impulze, ki se odbijajo od različnih nehomogenosti v tkivih. Po ojačanju se ti impulzi opazujejo na zaslonu katodne cevi v obliki odmikov žarka od vodoravne črte. Popolna slika odbitih impulzov se imenuje enodimenzionalni ehogram tipa A. Slika 5.8 prikazuje ehogram, pridobljen z ehoskopijo očesa.

riž. 5.8. Ehoskopija očesa po A-metodi:

1 - odmevni signal s sprednje površine roženice; 2, 3 - odmev signalov s sprednje in zadnje površine leče; 4 - odmevnega signala iz mrežnice in struktur zadnjega pola zrkla

Ehogrami tkiv različnih vrst se med seboj razlikujejo po številu impulzov in njihovi amplitudi. Analiza ehograma tipa A v mnogih primerih daje dodatne informacije o stanju, globini in obsegu patološkega področja.

Enodimenzionalne naprave z indikacijo tipa A se uporabljajo v nevrologiji, nevrokirurgiji, onkologiji, porodništvu, oftalmologiji in na drugih področjih medicine.

V napravah z indikacijo tipa M se odbiti impulzi po ojačanju dovajajo na modulacijsko elektrodo katodne cevi in ​​so predstavljeni kot črtice, katerih svetlost je povezana z amplitudo impulza, širina pa z njegovim trajanjem. Razvoj teh črt v času daje sliko posameznih odsevnih struktur. Ta vrsta indikacije se pogosto uporablja v kardiografiji. Ultrazvočni kardiogram se lahko posname s katodno cevjo s pomnilnikom ali na papirni magnetofon. Ta metoda beleži gibanje elementov srca, kar omogoča ugotavljanje stenoze mitralne zaklopke, prirojenih srčnih napak itd.

Pri uporabi metod registracije tipa A in M ​​je pretvornik v fiksnem položaju na pacientovem telesu.

V primeru indikacije tipa B se pretvornik premika (skenira) vzdolž površine telesa, na zaslonu katodne cevi pa se posname dvodimenzionalni ehogram, ki reproducira presek proučevanega področja telesa.

Različica metode B je multiscan, pri katerem je mehansko gibanje senzorja nadomeščeno z zaporednim električnim preklapljanjem številnih elementov, ki se nahajajo na isti liniji. Večkratno skeniranje omogoča opazovanje proučevanih odsekov skoraj v realnem času. Druga različica metode B je sektorsko skeniranje, pri katerem ni premikanja ehosonde, spremeni pa se kot vnosa ultrazvočnega žarka.

Ultrazvočne naprave z indikacijo tipa B se uporabljajo v onkologiji, porodništvu in ginekologiji, urologiji, otorinolaringologiji, oftalmologiji itd. V kardiologiji se uporabljajo modifikacije naprav tipa B z multiskeniranjem in sektorskim skeniranjem.

Vse eholokacijske metode ultrazvočne diagnostike omogočajo tako ali drugače registracijo meja regij z različnimi valovnimi impedancami znotraj telesa.

Nova metoda ultrazvočne diagnostike - rekonstruktivna (ali računalniška) tomografija - daje prostorsko porazdelitev parametrov širjenja zvoka: koeficient atenuacije (modifikacija atenuacije metode) ali hitrost zvoka (modifikacija refrakcije). Pri tej metodi se raziskovani del predmeta večkrat ozvoči v različnih smereh. Informacije o sondiranih koordinatah in odzivnih signalih se računalniško obdelajo, zaradi česar se na zaslonu prikaže rekonstruiran tomogram.

Pred kratkim je bila uvedena metoda elastometrija za preučevanje jetrnih tkiv tako v normalnih pogojih kot na različnih stopnjah mikroze. Bistvo metode je naslednje. Senzor je nameščen pravokotno na površino telesa. S pomočjo vibratorja, vgrajenega v senzor, se ustvari nizkofrekvenčno zvočno mehansko valovanje (ν = 50 Hz, A = 1 mm), katerega hitrost širjenja po spodnjih jetrnih tkivih ocenimo z ultrazvokom s frekvenco ν = 3,5 MHz (pravzaprav se izvaja eholokacija). Uporaba

modul E (elastičnost) tkiva. Za pacienta se izvede serija meritev (vsaj 10) v medrebrnih prostorih v projekciji položaja jeter. Analiza vseh podatkov poteka samodejno, naprava daje kvantitativno oceno elastičnosti (gostote), ki je predstavljena v številčni in barvni obliki.

Za pridobivanje informacij o gibljivih strukturah telesa se uporabljajo metode in naprave, katerih delo temelji na Dopplerjevem učinku. Takšne naprave običajno vsebujejo dva piezoelektrična elementa: ultrazvočni oddajnik, ki deluje v neprekinjenem načinu, in sprejemnik odbitih signalov. Z merjenjem Dopplerjevega premika frekvence ultrazvočnega valovanja, ki se odbije od premikajočega se predmeta (na primer od stene posode), se določi hitrost gibanja odbojnega predmeta (glej formulo 2.9). Najnaprednejše tovrstne naprave uporabljajo impulzno-dopplersko (koherentno) metodo lociranja, ki omogoča izolacijo signala iz določene točke v prostoru.

Naprave, ki uporabljajo Dopplerjev učinek, se uporabljajo za diagnosticiranje bolezni srca in ožilja (definicija

premikanje delov srca in sten krvnih žil), v porodništvu (preučevanje srčnega utripa ploda), za preučevanje pretoka krvi itd.

Organe pregledamo skozi požiralnik, s katerim mejijo.

Primerjava ultrazvočnih in rentgenskih "prenosov"

V nekaterih primerih ima ultrazvočno presvetljevanje prednost pred rentgenskim žarkom. To je posledica dejstva, da rentgenski žarki dajejo jasno sliko "trdih" tkiv na ozadju "mehkih". Tako so na primer kosti jasno vidne na ozadju mehkih tkiv. Da bi dobili rentgensko sliko mehkih tkiv na ozadju drugih mehkih tkiv (na primer krvne žile na ozadju mišic), je treba žilo napolniti s snovjo, ki dobro absorbira rentgenske žarke (kontrastno sredstvo). Ultrazvočna transiluminacija zaradi že navedenih lastnosti v tem primeru daje sliko brez uporabe kontrastnih sredstev.

Z rentgenskim pregledom se razlika v gostoti razlikuje do 10%, z ultrazvokom - do 1%.

5.6. Infrazvok in njegovi viri

infrazvok- elastična nihanja in valovi s frekvencami, ki ležijo pod območjem frekvenc, ki jih človek sliši. Običajno se za zgornjo mejo infrazvočnega območja vzame 16-20 Hz. Takšna opredelitev je pogojna, saj se z zadostno intenzivnostjo slušno zaznavanje pojavi tudi pri frekvencah nekaj Hz, čeprav v tem primeru tonski značaj občutka izgine in se razlikujejo le posamezni cikli nihanj. Spodnja frekvenčna meja infrazvoka je negotova; trenutno se njegovo področje študija razteza do približno 0,001 Hz.

Infrazvočno valovanje se širi v zračnem in vodnem okolju, pa tudi v zemeljski skorji (seizmični valovi). Glavna značilnost infrazvoka je zaradi nizke frekvence nizka absorpcija. Pri širjenju v globokem morju in atmosferi pri tleh se infrazvočni valovi s frekvenco 10-20 Hz na razdalji 1000 km oslabijo za največ nekaj decibelov. Znano je, da zveni

vulkanski izbruhi in atomske eksplozije lahko večkrat obkrožijo svet. Zaradi velike valovne dolžine je malo sipanja infrazvoka. V naravnih okoljih opazno razpršenost ustvarjajo le zelo veliki objekti - hribi, gore, visoke zgradbe.

Naravni viri infrazvoka so meteorološki, seizmični in vulkanski pojavi. Infrazvok ustvarjajo atmosferska in oceanska turbulentna nihanja tlaka, veter, morski valovi (vključno s plimovanjem), slapovi, potresi in zemeljski plazovi.

Viri infrazvoka, povezani s človekovo dejavnostjo, so eksplozije, streli, udarni valovi nadzvočnih letal, udarci pilotov, reaktivnih motorjev itd. Infrazvok je vsebovan v hrupu motorjev in procesne opreme. Vibracije zgradb, ki jih povzročajo industrijski in gospodinjski vzbujevalniki, praviloma vsebujejo infrazvočne komponente. Hrup prometa pomembno prispeva k infrazvočnemu onesnaževanju okolja. Na primer, avtomobili pri hitrosti 100 km / h ustvarjajo infrazvok z intenzivnostjo do 100 dB. V motornem prostoru velikih plovil so bile registrirane infrazvočne vibracije, ki jih povzročajo delujoči motorji, s frekvenco 7-13 Hz in jakostjo 115 dB. V zgornjih nadstropjih visokih stavb, zlasti pri močnem vetru, stopnja intenzivnosti infrazvoka doseže

Infrazvok je skoraj nemogoče izolirati - pri nizkih frekvencah vsi materiali, ki absorbirajo zvok, skoraj popolnoma izgubijo svojo učinkovitost.

5.7. Vpliv infrazvoka na človeka. Uporaba infrazvoka v medicini

Praviloma ima infrazvok negativen učinek na človeka: povzroča depresivno razpoloženje, utrujenost, glavobol, razdraženost. Oseba, izpostavljena nizkointenzivnemu infrazvoku, razvije simptome "morske bolezni", slabost, vrtoglavico. Pojavi se glavobol, poveča se utrujenost, sluh oslabi. Pri frekvenci 2-5 Hz

in jakosti 100-125 dB se subjektivna reakcija zmanjša na občutek pritiska v ušesu, težave pri požiranju, prisilno modulacijo glasu in težave pri govoru. Vpliv infrazvoka negativno vpliva na vid: vidne funkcije se poslabšajo, ostrina vida se zmanjša, vidno polje se zoži, akomodacijska sposobnost oslabi, stabilnost fiksiranja opazovanega predmeta z očesom je motena.

Hrup pri frekvenci 2-15 Hz pri stopnji intenzivnosti 100 dB povzroči povečanje napake sledenja puščičnih indikatorjev. Obstaja konvulzivno trzanje zrkla, kršitev funkcije ravnotežnih organov.

Piloti in kozmonavti, ki so bili med treningom izpostavljeni infrazvoku, so bili počasnejši pri reševanju celo preprostih aritmetičnih nalog.

Obstaja domneva, da so različne anomalije v stanju ljudi v slabem vremenu, ki jih pojasnjujejo podnebne razmere, dejansko posledica izpostavljenosti infrazvočnim valovom.

Pri srednji jakosti (140-155 dB) lahko pride do omedlevice in začasne izgube vida. Pri visoki intenzivnosti (približno 180 dB) lahko pride do paralize s smrtnim izidom.

Predpostavlja se, da je negativni vpliv infrazvoka posledica dejstva, da frekvence lastnih nihanj nekaterih organov in delov človeškega telesa ležijo v infrazvočnem območju. To povzroči neželene resonančne pojave. Navajamo nekaj frekvenc naravnih nihanj za osebo:

Človeško telo v ležečem položaju - (3-4) Hz;

Prsni koš - (5-8) Hz;

Trebušna votlina - (3-4) Hz;

Oči - (12-27) Hz.

Posebej škodljiv je vpliv infrazvoka na srce. Pri zadostni moči pride do prisilnih nihanj srčne mišice. Pri resonanci (6-7 Hz) se njihova amplituda poveča, kar lahko povzroči krvavitev.

Uporaba infrazvoka v medicini

V zadnjih letih se infrazvok pogosto uporablja v medicinski praksi. Torej, v oftalmologiji, infrazvočni valovi

s frekvencami do 12 Hz se uporabljajo pri zdravljenju miopije. Pri zdravljenju bolezni vek se infrazvok uporablja za fonoforezo (slika 5.9), kot tudi za čiščenje površin ran, za izboljšanje hemodinamike in regeneracije v vekah, masažo (slika 5.10) itd.

Slika 5.9 prikazuje uporabo infrazvoka za zdravljenje anomalije v razvoju solznih kanalov pri novorojenčkih.

V eni od stopenj zdravljenja se izvede masaža solzne vrečke. V tem primeru infrazvočni generator ustvari prekomerni pritisk v solzni vrečki, kar prispeva k raztrganju embrionalnega tkiva v solznem kanalu.

riž. 5.9. Shema infrazvočne fonoforeze

riž. 5.10. Masaža solzne vrečke

5.8. Osnovni pojmi in formule. mize

Tabela 5.1. Absorpcijski koeficient in globina polovične absorpcije pri frekvenci 1 MHz

Tabela 5.2. Odbojni koeficient na mejah različnih tkiv

5.9. Naloge

1. Odboj valov od majhnih nehomogenosti postane opazen, ko njihove dimenzije presegajo valovno dolžino. Ocenite najmanjšo velikost d ledvičnega kamna, ki ga lahko zazna ultrazvočna diagnostika pri frekvenci ν = 5 MHz. Hitrost ultrazvočnih valov v= 1500 m/s.

rešitev

Poiščimo valovno dolžino: λ \u003d v / ν \u003d 1500 / (5 * 10 6) \u003d 0,0003 m \u003d 0,3 mm. d > λ.

odgovor: d > 0,3 mm.

2. Pri nekaterih fizioterapevtskih postopkih se uporablja ultrazvočna frekvenca ν = 800 kHz in jakost I = 1 W/cm 2. Poiščite amplitudo nihanja molekul mehkega tkiva.

rešitev

Intenzivnost mehanskih valov je določena s formulo (2.6)

Gostota mehkih tkiv ρ « 1000 kg/m 3 .

krožna frekvenca ω \u003d 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1;

hitrost ultrazvoka v mehkih tkivih ν ≈ 1500 m/s.

Intenzivnost je treba pretvoriti v SI: I \u003d 1 W / cm 2 \u003d 10 4 W / m 2.

Če nadomestimo številske vrednosti v zadnji formuli, ugotovimo:

Tako majhen premik molekul med prehodom ultrazvoka kaže, da se njegovo delovanje kaže na celični ravni. odgovor: A = 0,023 µm.

3. Kakovost jeklenih delov se preverja z ultrazvočnim detektorjem napak. Na kateri globini h v delu je bila zaznana razpoka in kakšna je debelina d dela, če sta po oddaji ultrazvočnega signala po 0,1 ms in 0,2 ms sprejeta dva odbita signala? Hitrost širjenja ultrazvočnega valovanja v jeklu je enaka v= 5200 m/s.

rešitev

2h = tv →h = tv/2. odgovor: h = 26 cm; d = 52 cm.