Применение ультразвука. Защита от ультразвука и инфразвука Что является для человека ультразвуком инфразвуком

Ультразвук:

1. Что такое ультразвук;
2. Влияние ультразвука на организм человека;
3. Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве;
4. Перспективы использования ультразвука.

Инфразвук:

1. Что такое инфразвук;
2. Влияние инфразвука на организм человека;
3. Инфразвуковые аномалии;
4. Животные, использующие инфразвук;
5. Перспективы использования инфразвука;
6. Вывод

Ультразвук

1. Что такое ультразвук?

В последнее время все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. Ультразвук нашел также применение в медицине. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот.

Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости -20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/с2) Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако некоторые животные, например, летучие мыши могут и слышать, и издавать ультразвук. Частично воспринимают его грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей.

Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии.

Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц.

2. Влияние ультразвука на организм человека

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.

В поле ультразвуковых колебаний в живых тканях ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма.

3. Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве

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

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

Окруженная вражескими суднами подводная лодка имеет только один безопасный способ связаться с базой – передать сигнал в водной среде. Для этого используется особенный условный ультразвуковой сигнал определенной частоты – перехватить такое послание практически невозможно, т.к. для этого необходимо знать его частоту, точное время передачи и “маршрут”. Однако отправка сигнала с лодки также является сложнейшей процедурой – необходимо учитывать все глубины, температуру воды и т.д. База, получая сигнал, и, зная время его прохождения, может высчитать расстояния до лодки, в результате – ее местонахождение. Также в подводном флоте используют специальные короткие ультразвуковые импульсы, посылаемые гидролокатором прямо с подводной лодки; импульс отражается от предметов – скал, других судов, и с его помощью рассчитывают направление и расстояние до препятствия (прием, позаимствованный у ночных хищников - летучих мышей).

Также используются ультразвуковые ванны, как для дезинфекции инструментов, так и в косметических целях – массаж ступней ног, рук, лица. Очень эффективны ультразвуковые увлажнители воздуха и форсунки, а также дальномеры (во всем известных радарах скорости дорожной полиции также используются ультразвуковые импульсы).

4. Перспективы использования ультразвука

В перспективе предполагается более широкое использование ультразвуковых импульсов в косметических целях – ученые уже в ближайшем ультразвука для очистки пор, освежения, омоложения увядшей кожи – ультразвуковой пилинг. Ведутся работы по созданию ультразвукового оружия, а также разработки систем защиты от него. Предполагается более широкое использование ультразвука в бытовом хозяйстве.

Инфразвук

5. Что такое инфразвук?

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

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

6. Влияние инфразвука на организм людей

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно- сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

Инфразвук отнюдь не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях есть столь длинные органные трубы, что они издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства - тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками.

7. Инфразвуковые аномалии

Береговая линия Северной Америки в районе мыса Гаттерас, полуостров Флорида и остров Куба образуют гигантский рефлектор. Шторм, происходящий в Атлантическом океане, генерирует инфразвуковые волны, которые, отразившись от этого рефлектора, фокусируются в районе "Бермудского треугольника". Колоссальные размеры фокусирующей структуры позволяют предположить наличие областей, где инфразвуковые колебания могут достигать значительной величины, что и является причиной происходящих здесь аномальных явлений. Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Очевидно, такое поведение является следствием выработанной ещё в далеком прошлом "инстинктивной" реакции на инфразвук как предвестник землетрясения. Именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свой корабль. Они могут сесть в шлюпки и уплыть от своего судна или выбежать на палубу и броситься за борт. При очень большой интенсивности инфразвука, они могут и вовсе погибнуть - попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть.

Инфразвук может быть причиной резонансного колебания корабельных мачт, приводящих к их поломке (к аналогичным последствиям может привести воздействие инфразвука на элементы конструкции самолёта). Низкочастотные звуковые колебания могут быть причиной появления над океаном быстро возникающего и также быстро исчезающего густого ("как молоко") тумана. И, наконец, инфразвук частотой 5-7 герц может попасть в резонанс с маятником механических, ручных часов, имеющих тот же период колебаний.

Очевидно, подобные фокусирующие структуры имеются и в других областях земного шара. По всей видимости, панический страх, вызываемый интенсивными инфразвуковыми колебаниями в одной из таких структур, послужил в качестве "отправной точки" мифа о сиренах...

Инфразвук может распространяться под водой, а фокусирующая структура - образовываться рельефом дна. Источником инфразвуковых колебаний могут быть подводные вулканы и землетрясения. Естественно, форма "ландшафтных" отражателей весьма далека от совершенства. Поэтому следует говорить о системе отражающих элементов, конкретной для каждого случая. При размерах, соизмеримых с длиной волны, структура может быть резонирующей.

8. Животные, использующие инфразвук

Американские учёные обнаружили, что тигры и слоны используют для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень низкой частоты, неслышные для человеческого уха. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов почти не чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности, и мало зависит от погодных и климатических факторов вроде влажности воздуха.

Теперь учёные намерены выяснить, обладают ли частотные спектры тигриных голосов индивидуальными особенностями, позволяющими идентифицировать животных. Это существенно облегчило бы учёт их поголовья.

Изучая поведение группы слонов в зоопарке города Портленд в штате Орегон, группа исследователей "ощутила" в воздухе необычные колебания. Используя сложную электронную систему звукоулавливания, исследователи обнаружили, что это инфразвуковые волны, которые испускают слоны. Наблюдая за слонами, живущими на свободе в Кении, исследователи с помощью той же аппаратуры зарегистрировали точно такой же вид волн. Ученые пришли к выводу, что звуки низкой частоты животные используют для связи друг с другом на расстоянии в несколько километров.

Ученые надеются в будущем, определив значение инфразвуковых сигналов, перейти к самой увлекательной стадии экспериментов – установлению с их помощью контакта со слонами.

9. Перспективы использования инфразвука

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

10. Вывод

Выполнив данную работу - собрав, обработав и обобщив большое количество материала по данной проблеме, мы узнали много нового о природе звука. Об опасности, которую он может представлять для организма человека, и о том, насколько широко его можно использовать в хозяйстве. Наиболее интересной для нас оказалась гипотеза о природе “благоговейного ужаса”, трепета людей в храме. Очень перспективными мы считаем исследования способов коммуникации животных и, конечно использование инфразвука в целях прогнозирования места и времени будущих извержений и землетрясений.

Мы воспринимаем колебания частой от 20 до 20000 Гц, как звук. Но звук не ограничивается лишь диапазоном частот, который воспринимает человеческое ухо. В зоне с частотами ниже слышимых лежит оболасть инфразвука, а выше - ультразвука.

Определение 1

Ультразвук - упругие колебания среды, волны лежащие в диапазоне выше слышимой области звуков (от 20000 Гц).

Определение 2

Инфразвук - звуковые волны с частотой ниже, чем порог восприятия ухом человека (ниже 20 Гц).

Приведем весь спектр упругих волн в физике:

Ультразвук и инфразвук в природе

В естественной природе ультразвук и инфразвук распространены так же широко, как слышимый звук.

Например, ультразвук является компонентом спектра многих природных звуков: шум водопада, гром. Ультразвук быстро затухает в воздухе, но хорошо распространяется в жидких средах. Еще один пример - летучие мыши и некоторые грызуны, которые используют ультразвук в процессе охоты и ориентации в темноте. Киты и дельфины также генерируют ультразвуковые сигналы для различных целей: охота, ориентация в мутной воде.

Среди природных источников инфразвука: землетрясения, ураганы, удары молний. Многие животные чувствуют воздействие инфразвука и, фиксируя нарастающий инфразвуковой шум, уходят в укрытие, так как инфразвук - предвестник шторма или бури. Инфразвуковые сигналы в живой природе также используются некоторыми животными для общения: киты, слоны. Инфразвук распространяется на большие расстояния во всех средах и мало подвержен поглощению.

Применение ультразвука и инфразвука

Ультразвук известен людям давно, но лишь сравнительно недавно активно используется в медицине, производстве и научных исследованиях.

Источники получения ультразвука делятся на природные и техногенные. Среди способов получения ультразвука:

1. Механические - струны, трубы, эластичные пластины.
2. Термические - импульсный ток и электрические разряды в жидкостях и газах при постоянном повышении температуры.
3. Отпические - лазер.

Инфразвук находит меньшее практическое применение и обладает негативными последствиями от воздействия на организм. При высоких уровнях инфразвука могут возникать чрезмерная утомляемость, сонливость, агрессия, ощущение давления в ушах. Воздействие инфразвука на человека особенно пагубно, если интенсивность инфразвука высокая. При уровне в 180-190 дБ действие инфразвука смертельно. Тем не менее, чувствительность каждого человека к инфразвуку индивидуальна, а обычные уровни инфразвука в повседневной жизни не могут нанести серьезного вреда здоровью.

Пример

Летучая мышь издает ультразвук частотой ϑ = 45 кГц и летит перпендикулярно стене со скоростью v = 6 м/с. Какова частота отраженного ультразвука, который услышит мышь? Скорость звука в воздухе принять равной с = 340 м/с.

Согласно с эффектом Доплера, частота отраженного звука определится соотношением:

ϑ 1 = с + v c - v ϑ = 340 + 6 340 - 6 45 · 10 3 = 46 , 6 кГц.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Среди звуковых волн есть такие, которые ухо человека не воспринимает. Это инфразвук и ультразвук. В природе они распространены так же широко, как и слышимый звук.

Звуки, которые мы слышим, находятся в диапазоне 16-20 000 Гц. Все звуковые волны, частота которых ниже 16 Гц, называются инфразвуком . А звуки с частотой выше 20 000 Гц считаются ультразвуком .

Инфразвук

Верхней границей инфразвукового диапазона считают частоту 16 Гц. А за нижнюю условно принята частота 0,001 Гц.

Природными источниками инфразвука могут быть извержения вулканов, грозовые разряды, землетрясения, сильный ветер во время ураганов и бурь и т.д. Издают инфразвук киты и слоны.

Техногенные источники - выстрелы крупных орудий, подводные, подземные и наземные взрывы, работающие двигатели реактивных самолётов, тяжёлые станки, турбины, судовые двигатели и др.

Все закономерности, характерные для слышимого звука, справедливы и для инфразвука. Но так как частота его колебаний мала, ему присущи свои особенности.

При равной мощности инфразвук имеет гораздо большую амплитуду, чем слышимый звук.

Инфразвуковая волна плохо поглощается средой, поэтому она способна распространяться в атмосфере, воде, земной коре на очень большие расстояния. Улавливая инфразвук специальными приборами, можно очень точно определить эпицентр сильного взрыва, землетрясения, предсказать появление цунами. В воде инфразвук можно обнаружить за сотни километров. Поэтому рыбаки используют его для поиска косяков рыбы.

Имея большую длину волны, инфразвук легко огибает препятствия, которые задерживают обычный звук. Бороться с ним очень трудно. На него не действуют различные звуковые поглотители, звуковые изоляторы. Он легко проникает в помещения.

Вследствие резонанса он вызывает вибрацию крупных объектов. На уроках физики часто рассказывают историю о том, как рухнул мост, по которому в ногу шагала рота солдат. Частота их шагов была равна примерно 1 Гц. И они попали в резонанс с частотой колебаний самого моста.

Инфразвуковые волны способны оказывать негативное воздействие на организм человека. Наши органы работают с низкой частотой. Частота колебаний сердца примерно 1 Гц, лёгких - 0,3-0,5 Гц. Инфразвук может вызвать резонанс сердца, мозга, желудка и печени, эндокринной системы, вестибулярного аппарата. Возбуждающее действие рок-музыки на наш организм также объясняется резонансным влиянием имеющихся в ней низких частот барабанов, бас-гитар и др.

Человек не воспринимает инфразвук. Но его хорошо ощущают животные. Кошки уходят из дома перед землетрясением, птицы перестают петь перед грозой, медузы перед штормом уходят подальше в море. Не оттого ли крысы бегут с тонущего корабля, потому что чувствуют, как корабль входит в резонанс с частотой штормящего моря? Возможно, и суда, найденные в районе Бермудского треугольника, были покинуты экипажем под воздействием инфразвука, образовавшегося в море.

Ультразвук

Как и инфразвук, ультразвук также находится за пределами слышимости человека. По физической природе он ничем не отличается от звука. Но из-за большой частоты и, следовательно, малой длины волны он обладает особыми свойствами.

Подобно свету, ультразвук способен образовывать строго направленные пучки. Как и пучки света, они отражаются и преломляются на границе раздела двух сред. Этот процесс подчиняется законам геометрической оптики. С помощью вогнутых зеркал ультразвуковые волны можно направлять в заданном направлении.

Ультразвуковые волны быстро затухают в газах. А жидкости и твёрдые тела, наоборот, хорошие проводники ультразвука.

Чем выше частота ультразвука, тем больше его интенсивность. Поэтому твёрдые тела, на которые он воздействует, быстро нагреваются. В жидкостях образуются мельчайшие пузырьки с кратковременным возрастанием давления до сотен и даже тысяч атмосфер. Это явление называют кавитацией .

Ультразвуковое излучение влияет на растворимость веществ и на ход химических реакций.

В природе ультразвук встречается в естественных шумах ветра, дождя, водопада, звуков раската грома. Ультразвуковые волны способны излучать дельфины, киты, грызуны и летучие мыши. Дельфины уверенно ориентируются даже в мутной воде, посылая ультразвуковые сигналы и принимая отражённый от препятствий сигнал. Летучие мыши плохо видят. С помощью посылаемых ими ультразвуков они ориентируются в полёте и ловят добычу. Некоторые виды жуков и ночных бабочек могут воспринимать ультразвук, издаваемый летучими мышами. Услышав его, они тут же падают вниз и замирают.

Излучатели ультразвука можно разделить на 2 группы: механические и электромеханические.

Механические излучатели - камертоны, сирены, воздушные и жидкостные свистки. Они используются, в основном, в устройствах сигнализации.

Электромеханические излучатели преобразуют электрические колебания в механические колебания твёрдого тела, которое излучает звуковые волны в окружающую среду.

Приборы с источником ультразвука устанавливают на кораблях и подводных лодках. С их помощью можно определять глубину, искать подводные лодки, осуществлять торпедные атаки без перископа.

Ультразвуком исследуют металлические детали после отливки на предмет наличия в них трещин, делают пайку алюминиевых изделий. Поверхность алюминия всегда покрыта плотным слоем оксидной плёнки, разрушить которую невозможно обычным паяльником. А ультразвуковому паяльнику это оказалось под силу. Он не только нагревается, но и является источником колебаний частотой 20 кГц.

Если обработать ультразвуком две помещённые в одну ёмкость жидкости, которые при обычных условиях смешать невозможно, то они образуют эмульсию. Таким способом в современной промышленности получают лаки, краски, фармацевтические изделия, косметику.

Наиболее широко ультразвук применяют в медицине. Он помогает восстанавливать ткани и затягивать раны. Даже трудно поддающиеся лечению трофические язвы заживают после лечения ультразвуком. С его помощью быстрее рассасываются отёки и срастаются переломы. Он способен оказывать обезболивающее и спазмолитическое действие. Специальным ультразвуковым ножом проводят современные операции на внутренних органах.

Под действием ультразвука погибают микробы. Поэтому им обрабатывают находящиеся в моющем растворе медицинские инструменты. Это позволяет сократить время их дезинфекции, а также удалить возбудителей инфекции даже из очень маленьких и глубоко расположенных отверстий.

Невозможно представить без ультразвука современную диагностику. Ультразвуковое исследование позволяет получить информацию о состоянии органов и тканей организма, а также рассмотреть потоки в сосудах.

Ультразвук:

1. Что такое ультразвук;
2. Влияние ультразвука на организм человека;
3. Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве;
4. Перспективы использования ультразвука.

Инфразвук:

1. Что такое инфразвук;
2. Влияние инфразвука на организм человека;
3. Инфразвуковые аномалии;
4. Животные, использующие инфразвук;
5. Перспективы использования инфразвука;
6. Вывод

Ультразвук

1. Что такое ультразвук?

В последнее время все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. Ультразвук нашел также применение в медицине. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот.

Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости -20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/с2) Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако некоторые животные, например, летучие мыши могут и слышать, и издавать ультразвук. Частично воспринимают его грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей.

Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии.

Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц.

2. Влияние ультразвука на организм человека

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.

В поле ультразвуковых колебаний в живых тканях ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма.

3. Использование ультразвука в промышленности и хозяйстве

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

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

Окруженная вражескими суднами подводная лодка имеет только один безопасный способ связаться с базой – передать сигнал в водной среде. Для этого используется особенный условный ультразвуковой сигнал определенной частоты – перехватить такое послание практически невозможно, т.к. для этого необходимо знать его частоту, точное время передачи и “маршрут”. Однако отправка сигнала с лодки также является сложнейшей процедурой – необходимо учитывать все глубины, температуру воды и т.д. База, получая сигнал, и, зная время его прохождения, может высчитать расстояния до лодки, в результате – ее местонахождение. Также в подводном флоте используют специальные короткие ультразвуковые импульсы, посылаемые гидролокатором прямо с подводной лодки; импульс отражается от предметов – скал, других судов, и с его помощью рассчитывают направление и расстояние до препятствия (прием, позаимствованный у ночных хищников - летучих мышей).

Также используются ультразвуковые ванны, как для дезинфекции инструментов, так и в косметических целях – массаж ступней ног, рук, лица. Очень эффективны ультразвуковые увлажнители воздуха и форсунки, а также дальномеры (во всем известных радарах скорости дорожной полиции также используются ультразвуковые импульсы).

4. Перспективы использования ультразвука

В перспективе предполагается более широкое использование ультразвуковых импульсов в косметических целях – ученые уже в ближайшем ультразвука для очистки пор, освежения, омоложения увядшей кожи – ультразвуковой пилинг. Ведутся работы по созданию ультразвукового оружия, а также разработки систем защиты от него. Предполагается более широкое использование ультразвука в бытовом хозяйстве.

Инфразвук

5. Что такое инфразвук?

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

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

6. Влияние инфразвука на организм людей

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно- сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

Инфразвук отнюдь не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях есть столь длинные органные трубы, что они издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства - тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при посещении мест, где происходили встречи с призраками.

7. Инфразвуковые аномалии

Береговая линия Северной Америки в районе мыса Гаттерас, полуостров Флорида и остров Куба образуют гигантский рефлектор. Шторм, происходящий в Атлантическом океане, генерирует инфразвуковые волны, которые, отразившись от этого рефлектора, фокусируются в районе "Бермудского треугольника". Колоссальные размеры фокусирующей структуры позволяют предположить наличие областей, где инфразвуковые колебания могут достигать значительной величины, что и является причиной происходящих здесь аномальных явлений. Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Очевидно, такое поведение является следствием выработанной ещё в далеком прошлом "инстинктивной" реакции на инфразвук как предвестник землетрясения. Именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свой корабль. Они могут сесть в шлюпки и уплыть от своего судна или выбежать на палубу и броситься за борт. При очень большой интенсивности инфразвука, они могут и вовсе погибнуть - попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть.

Инфразвук может быть причиной резонансного колебания корабельных мачт, приводящих к их поломке (к аналогичным последствиям может привести воздействие инфразвука на элементы конструкции самолёта). Низкочастотные звуковые колебания могут быть причиной появления над океаном быстро возникающего и также быстро исчезающего густого ("как молоко") тумана. И, наконец, инфразвук частотой 5-7 герц может попасть в резонанс с маятником механических, ручных часов, имеющих тот же период колебаний.

Очевидно, подобные фокусирующие структуры имеются и в других областях земного шара. По всей видимости, панический страх, вызываемый интенсивными инфразвуковыми колебаниями в одной из таких структур, послужил в качестве "отправной точки" мифа о сиренах...

Инфразвук может распространяться под водой, а фокусирующая структура - образовываться рельефом дна. Источником инфразвуковых колебаний могут быть подводные вулканы и землетрясения. Естественно, форма "ландшафтных" отражателей весьма далека от совершенства. Поэтому следует говорить о системе отражающих элементов, конкретной для каждого случая. При размерах, соизмеримых с длиной волны, структура может быть резонирующей.

8. Животные, использующие инфразвук

Американские учёные обнаружили, что тигры и слоны используют для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень низкой частоты, неслышные для человеческого уха. По мнению учёных, инфразвук позволяет животным поддерживать связь на расстоянии до 8 километров, поскольку распространение инфразвуковых сигналов почти не чувствительно к помехам, вызванным рельефом местности, и мало зависит от погодных и климатических факторов вроде влажности воздуха.

Теперь учёные намерены выяснить, обладают ли частотные спектры тигриных голосов индивидуальными особенностями, позволяющими идентифицировать животных. Это существенно облегчило бы учёт их поголовья.

Изучая поведение группы слонов в зоопарке города Портленд в штате Орегон, группа исследователей "ощутила" в воздухе необычные колебания. Используя сложную электронную систему звукоулавливания, исследователи обнаружили, что это инфразвуковые волны, которые испускают слоны. Наблюдая за слонами, живущими на свободе в Кении, исследователи с помощью той же аппаратуры зарегистрировали точно такой же вид волн. Ученые пришли к выводу, что звуки низкой частоты животные используют для связи друг с другом на расстоянии в несколько километров.

Ученые надеются в будущем, определив значение инфразвуковых сигналов, перейти к самой увлекательной стадии экспериментов – установлению с их помощью контакта со слонами.

9. Перспективы использования инфразвука

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

10. Вывод

Выполнив данную работу - собрав, обработав и обобщив большое количество материала по данной проблеме, мы узнали много нового о природе звука. Об опасности, которую он может представлять для организма человека, и о том, насколько широко его можно использовать в хозяйстве. Наиболее интересной для нас оказалась гипотеза о природе “благоговейного ужаса”, трепета людей в храме. Очень перспективными мы считаем исследования способов коммуникации животных и, конечно использование инфразвука в целях прогнозирования места и времени будущих извержений и землетрясений.

Ультразвуком называются механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости - 20 кГц.

Ультразвук, так же как и шум, можно характеризовать уровнем звукового давления, дБ, или интенсивностью, Вт/м 2 .

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания (контактный ультразвук).

Длительное систематическое воздействие ультразвука,
распространяющегося воздушным путем (воздушный ультразвук), вызывает
изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и
вестибулярного анализаторов. Степень воздействия зависит от интенсивности и длительности воздействия ультразвука и усиливается при наличии в спектре высокочастотного шума, что может привести к снижению слуха.

Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия.

Малые дозы - уровень звука 80 - 90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука - более 120 дБ - дают поражающий эффект.

Основу профилактики неблагоприятного воздействия ультразвука на работающих составляет гигиеническое нормирование.

Нормативные документы:

ГОСТ 12.1.01-89 ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности;

СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96. Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения.

Этими нормативными документами ограничиваются уровни звукового давления в высокочастотной области слышимых звуков и ультразвуков на рабочих местах: (от 80 до 110 дБ при среднегеометрических частотах третьоктавных полос от 12,5 до 100 кГц)

Меры предупреждения неблагоприятного действия ультразвука на организм операторов технологических установок, персонала лечебно-диагностических кабинетов:

Создание автоматизированного ультразвукового оборудования с дистанционным управлением;

Использование по возможности маломощного оборудования, что способствует снижению интенсивности шума и ультразвука на рабочих местах;

Размещение оборудования в звукоизолированных помещениях или кабинетах с дистанционным управлением;

Оборудование звукоизолирующих устройств: кожухов, экранов из листовой стали или дюралюминия, покрытых резиной, противошумной мастикой и другими материалами;

При проектировании ультразвуковых установок целесообразно использовать рабочие частоты, наиболее удаленные от слышимого диапазона не ниже 22 кГц.

Чтобы исключить воздействие ультразвука при контакте с жидкими и твердыми средами, необходимо устанавливать систему автоматического отключения ультразвуковых преобразователей при операциях, во время которых возможен контакт (например, загрузка и выгрузка материалов).

Если по производственным причинам невозможно снизить уровень интенсивности шума и ультразвука до допустимых значений, необходимо использование средств индивидуальной защиты - противошумов, резиновых перчаток с хлопчатобумажной прокладкой, специального рабочего инструмента с виброизолирующей рукояткой.

Инфразвук - неслышимая человеком область колебаний. Обычно верхней границей инфразвуковой области считают 16-25 Гц. Нижняя граница инфразвука не определена.

Источником инфразвука является гром, орудийные выстрелы, землетрясения. Для инфразвука характерно малое поглощение. Поэтому инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень большие расстояния. Это свойство инфразвука используется как предвестник стихийных бедствий, для исследования свойств атмосферы и водной среды.

Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов, что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения)

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах.

По характеру спектра инфразвук подразделяется на широкополосный и гармонический. Гармонический характер спектра устанавливается в октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем па 10 дБ. По временным характеристикам инфразвук подразделяется на постоянный и непостоянный.

Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах согласно СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки» являются уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2,4,8,16Гц.

Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных
полосах 2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. При этом общий уровень звукового давления не должен превышать 110 дБ. Для непостоянного инфразвука нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления.
Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с
инфразвуком является снижение его в источнике. При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости,
так как в конструкциях плоскими поверхностями большой площади и малой
жесткости создаются условия для генерации инфразвука. Снизить инфразвук в
источнике возникновения можно путем изменения режима работы
технологического оборудования. Должны приниматься меры по снижению
интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения
транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей (авиационные и ракетные
двигатели, двигатели внутреннего сгорания системы сброса пара тепловых
электростанций и т.д.)

В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа, обычно при наличии дискретных составляющих в спектре инфразвука.

В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума.

К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50 % рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УФ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.