Ультразвук
| УЛЬТРАЗВУК | |||
| 109 Гц | |||
| 1013 Гц | |||
Звуки в мире животных.
В настоящее время развивается, набирает силу молодая область знания – биоакустика, изучающая формы, способы и системы звукового общения в мире животных. И не только общения. Оказывается, многие живые существа в процессе эволюции научились использовать «свой голос» для ориентации в пространстве.
Начнем с «мира безмолвия», как до недавнего времени называли мир подводных глубин. Теперь же выяснилось, что он далеко не безмолвный.
В воде звук распространяется почти в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Скорость распространения звука в воде в среднем равна 5300 километров в час, кроме ракет, ни один аппарат, созданный человеком для движения, не может развивать пока такой скорости.
Некоторые представители животного мира обладают тем, чего лишен человек. Им, оказывается, доступны ультразвуковые колебания, которые, исходя из своих возможностей, мы относим к разряду неслышимых звуков. Так, например, морская свинка, сова, серая мышь, барсук, водяные жуки, некоторые ночные бабочки воспринимают ультразвуковые колебания чистотой до 100 тысяч герц. Даже собаки слышат ультразвук. Известен такой цирковой номер-собака «решает» арифметические задачи. Никто из зрителей не догадывается, что она просто выполняет команды, подаваемые дрессировщиком с помощью специального ультразвукового свистка. Есть животные, которые не только воспринимают, но и сами излучают ультразвук, он им заменяет зрение. Наибольший интерес с этой точки зрения представляют летучие мыши, дельфины и киты, у которых особенно хорошо развито ультразвуковое видение, основанное на принципе эхолокации.
Летучая мышь - уникальный объект для ученых-биоакустиков. Она совершенно свободно ориентируется в полной темноте, не натыкаясь на препятствия. Более того, имея плохое зрение, летучая мышь на лету обнаруживает и ловит маленьких насекомых, отличает летящего комара от несущейся по ветру соринки, съедобное насекомое – от невкусной божьей коровки.
Диапазон частот, используемый летучей мышью, довольно широк – от 20 000 до 140 000 герц. Еще одну примечательную особенность заметили ученые у летучих мышей. Их механизм эхолокации тесно взаимодействует со зрительными мышечными органами. Если у летучей мыши удалить глаза, их функцию возьмут на себя другие органы.
Исследователи долгое время считали, что летучие мыши охотятся без промаха, так как их жертвы лишены слуха и поэтому им трудно спасаться. На опыте это не подтвердилось. Некоторые виды бабочек чрезвычайно чутко реагировали на ультразвуковые сигналы. Бабочки улавливают ультразвуки с помощью так называемых тимпональных органов.
Дальнейшие наблюдения за бабочками показали, что они воспринимают звуковые колебания в пределах 3-150 тысяч герц. Чувствительность бабочек очень высока. На расстоянии около 30 метров от источника колебаний бабочка спокойно меняет направление своего полета. Но стоит приблизить источник ультразвука, как бабочка начинает метаться из стороны в сторону, падает, сложив крылья. Реакция была моментальной-от 0,2 до 1 секунды.
Вода плотнее воздуха. Она хорошо проводит звук, но плохо пропускает свет. Тем не менее в этом пространстве существует жизнь, что для науки представляет огромный интерес. Ясно, например, что зрение в привычном для нас представлении там не нужно, эту утрату природа компенсирует развитием каких-либо других органов восприятия внешней среды.
Вот возьмем дельфинов. В воде они могут видеть на расстоянии не более 30 метров, причем, в тех слоях воды, куда достигает дневной свет. У дельфинов хорошо развит голосовой и слуховой аппарат, что позволяет им издавать и воспринимать звуки в широком диапазоне частот- от нескольких сотен до десятков тысяч герц. Дельфины прекрасно ориентируются в самых различных водоемах и отличают живые организмы от неживых предметов.
У дельфинов нет голосовых связок. Чем же тогда они издают звуки? Звуки рождаются в специальных полостях, заполненных воздухом. При сжатии полостей происходит вибрация перепонок и возникают ультразвуковые и звуковые колебания. Отличный слух дельфина позволяет ему улавливать малейшие звуки в ультразвуковом, звуковом и даже
инфразвуковом диапазонах. Из бесчисленного количества звуков дельфины легко выделяют голоса своих сородичей. Диапазон воспринимаемых дельфином частот лежит в пределах от нескольких десятков герц до 196 килогерц.
Раскрывая «секреты» летучих мышей, дельфинов и других животных, ученые и специалисты все больше и убеждаются в том, что у великого изобретателя- природы есть чему поучиться.
По своей физической природе слышимый звук и ультразвук ничем друг от друга не отличаются. Hет резкого перехода от слышимого звука к ультразвуку: тут граница колеблется в пределах «от» и «до» и зависит от возможностей слухового аппарата людей. Для одних ультразвук начинается с порога 10 килогерц, для других этот порог поднимается до 20 килогерц. А некоторые люди и на 40-50 килогерц могут реагировать.
Стало быть, нижний предел, перейдя который звук становится ультразвуком, зависит от порога слышимости людей, а поскольку он не у всех одинаковый, специалистам ничего не остается, как согласиться на какие-то «средние» величины. Обычно это 16-20 килогерц.
Ультразвук отличается от обычных звуков тем, что обладает значительно более короткими длинами волн, которые легче фокусировать и соответственно получать более узкое и направленное излучение, то есть сосредоточивать всю энергию ультразвука в нужном направлении и концентрировать ее в небольшом объеме. Многие свойства ультразвуковых лучей аналогичны свойствам световых лучей. Но ультразвуковые лучи могут распространяться и в таких средах, которые для световых лучей непрозрачны. Это позволяет использовать ультразвуковые лучи для исследования оптически непрозрачных тел.
Ультразвук отрицательно влияет на многие простейшие живые организмы. Например, большие дозы ультразвука разрывают и уничтожают инфузории и даже такие стойкие микроорганизмы, как туберкулезные палочки. Под действием ультразвука в течении часа снижается активность вирусов гриппа в тысячи раз, а такие бактерии, как стафилококки, стрептококки, вирусы, уничтожаются полностью. Разрушение микроорганизмов наблюдается только при повышенной интенсивности излучения.
При малых же интенсивностях ультразвука, наоборот, происходит стимулирование роста бактерий и вирусов. Ультразвук действует и на более сложные живые организмы, такие, как головастики, лягушки, рыбы. При облучении эти организмы парализуются или погибают. Сразу же после начала облучения животные проявляют сильное беспокойство, а через минуту полностью прекращают двигаться. Рыбы при этом переворачиваются на бок или даже вверх брюшком, а некоторые из них всплывают на поверхность. Если прекратить облучение, рыбы становятся вновь подвижными; если облучение продолжать, то они погибают. При интенсивном облучении на теле рыб возникают небольшие кровотечения. В поле мощной ультразвуковой сирены мелкие животные и насекомые.
А как ультразвуковые колебания воздействуют на человека? Ученые установили, что на человека оказывают действие колебания только большой интенсивности. Те, кто попал в зону сильного ультразвукового излучения, жалуются на недомогание и легкое головокружение, у них появляется тошнота. Если при ультразвуковых колебаниях большой силы держать рот открытым, то в нем ощущается покалывание, в носу появляется неприятное ощущение. Люди, работающие вблизи реактивных самолетов, а также с кузнечными и пневматическими молотками и другими машинами, производящими шум, быстрее утомляются, снижается их слуховая чувствительность. Ученые объясняют это тем, что некоторые механизмы наряду со слышимыми звуками излучают ультразвук.
Все большую роль ультразвук начинает играть в научных исследованиях. Успешно проведены теоретические и экспериментальные исследования в области ультразвуковой кавитации и акустических течений. Формируется новое направление в химии - ультразвуковая химия, то есть химия, использующая ультразвук для ускорения химико-технологических процессов. Научные исследования в области физики способствовали зарождению нового раздела акустики- молекулярной акустики, изучающей молекулярное взаимодействие звуковых волн с веществом. Возникли новые области применения ультразвука: интроскопия, голография, квантовая акустика, ультразвуковая фазометрия, акустоэлектроника.
Одновременно с теоретическими и экспериментальными исследованиями выполнено много практических работ. Разработаны и внедрены в производство универсальные и специальные ультразвуковые приборы, станки, агрегаты, установки. Созданы и применяются ультразвуковые автоматы; включенные в поточные линии, они позволяют значительно повысить производительность труда, эффективность производства и улучшить качество продукции. G
