Ультразвук: открытие и использование

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Что такое звук?

1.1 Из истории

Звуки - наши неизменные спутники. Они по-разному воздействуют на человека: радуют и раздражают, успокаивают и пугают своей неожиданностью.

В глубокой древности звук казался людям удивительным, таинственным порождением сверхъестественной силы. Они верили, что звуки могут укрощать диких животных, сдвигать скалы и горы, преграждать путь к воде, вызывать дождь, творить другие чудеса.

Жрецы Древнего Египта, заметив удивительное воздействие музыки на человека, использовали её в своих целях. Ни один праздник не обходился без ритуальных песнопений. Позже музыка пришла в христианские храмы.

Древние индийцы раньше других овладели высокой музыкальной культурой. Они разработали и широко использовали нотную грамоту задолго до того, как она появилась в Европе. Их музыкальная гамма так же состояла из семи нот, но названия у них были другие: «са», «ре», «га», «ма», «па», «дха» и «ни». Считалось, что каждая из них отражает определенное духовное состояние: «са» и «ма»--спокойствие и умиротворение, «га» и «дха»-- торжественность, «ре»-- гнев, «па»-- радость, «ни»-- печаль.

Понять и изучить звук люди стремились с незапамятных времен. Греческий ученый и философ Пифагор, живший две с половиной тысячи лет назад, ставил различные опыты со звуками (акустические опыты). Он впервые доказал, что низкие тона в музыкальных инструментах присущи длинным струнам. При укорочении струны звук ее повысится на целую октаву. Открытие Пифагора положило начало науке об акустике. Первые звуковые приборы были созданы в театрах Древней Греции и Рима: актеры вставляли в свои маски маленькие рупоры для усиления звука. Известно также применение звуковых приборов в египетских храмах, где были «шепчущие» статуи богов.

Существуют так называемые вихревые звуки: свист ветра в проводах, такелаже кораблей, ветвях деревьев, завывание в трубах, на гребнях скал, в расщелинах. Люди издавна пользовались ими - на охоте, в быту. В Древнем Китае существовал обычай выпускать голубей с привязанными к их хвостам маленькими бамбуковыми палочками. Воздушный поток, проходивший через трубочки, вызывал нежное посвистывание. Подобные звуки издает и тростниковая дудочка, которая была прообразом флейты.

В некоторых музеях хранятся вазы античной работы, основное назначение которых - не художественное украшение жилищ, а отражение, усиление и сосредоточение звука. Сделанные из алебастра, такие вазы устанавливались в больших залах, театрах, собраниях и даже на площадях.

1.2 Что такое звук?

Что же такое звук? Звук--это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твердых телах - механические колебания, воспринимаемые органами слуха. Например, струна музыкального инструмента передает свои колебания окружающим частицам воздуха. Эти колебания будут распространяться все дальше и дальше, а достигнув уха, вызовут колебания барабанной перепонки. Мы услышим звук. То, что мы называем звуком, представляет собой быструю смену чередующихся сжатий и разряжений воздуха. При этом сами частицы воздуха не перемещаются, они только колеблются, попеременно смещаясь в одну и другую сторону на очень небольшие расстояния.

Звук обладает интенсивностью или силой звука и оказывает механическое действие на встречный предмет, который приходит в колебание, особенно если тот легок и подвижен: будь то струна, мембрана и т.д.

Действие звука выражается переменным давлением. Звуки речи, например, оказывают переменное давление на барабанную перепонку уха человека или мембрану микрофона.

1.3 Звук и слух

Звуковое давление, как и всякая физическая величина, характеризуется амплитудой (максимальным значением, периодом (время, в течение которого совершится одно полное колебание) и частотой (числом колебаний в секунду). Единицей звукового давления служит бар (акустики привыкли так называть давление в 1 дину на 1 кв.см). Давление в 1 атмосферу равно примерно миллиону бар.

Восприятие звуков чистого тона, т.е. вполне определенной частоты, различно при разных частотах: чувствительность уха зависит от частоты. Частоту определяют в герцах (1 герц есть одно колебание в секунду). Человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам, частота которых находится в пределах от 800 до 3000 герц. Порог слышимости, т.е. то минимальное звуковое давление, которое способно создать ощущение звука, равен при этом около 0,0002 бара. К звукам, частоты которых ниже 20 герц и выше 16-20 тысяч, ухо нечувствительно даже при больших звуковых давлениях.

Неслышимый звук, частота которого ниже 20 герц, называется инфразвуком; неслышимый звук, частота которого выше 16-20 килогерц, называется ультразвук.

Животные и птицы обладают иным частотным диапазоном слухового восприятия.

1.4 Распространение звука

Звуковые волны могут распространяться в воздухе, газах, жидкостях и твердых телах. В безвоздушном пространстве волны не возникают. Скорость распространения колебательных движений от частицы к частице зависит от среды, а также от состояния этой среды ( от температуры, качественного состава и т.д.).

В воздухе звуковые волны распространяются в виде расходящейся сферической волны, которая заполняет все больший объем, так как колебания частиц, вызванные источником звука, передаются все большей массе воздуха. С увеличением расстояния колебания частиц среды ослабевают. Скорость распространения звука в воздухе впервые была измерена в XVII в. Миланской академией наук. На одном их холмов установили пушку, а на другом расположили наблюдательный пункт. Время засекли в момент выстрела и в момент приема звука. По расстоянию и времени прохождения звука было определено, что скорость звука составляет 330 метрам в секунду.

В воде скорость распространения звука впервые была измерена в 1827 году на Женевском озере. На первой лодке под днищем подвесили колокол, а со второй опустили в воду гидрофон (рупор). На первой лодке одновременно с ударом в колокол подожгли порох, на второй в момент вспышки запустили секундомер и стали ждать прихода звука. Выяснилось, что в воде звук распространяется в 4 с лишним раза быстрее, чем в воздухе, то есть со скоростью 1450 метров в секунду.

Чем выше упругость среды, тем больше скорость: в каучуке 50, в воздухе - 330, в воде - 1450, а в стали - 5000 метров в секунду.

Звуковые волны, проникая из одной среды в другую, отклоняются от своего первоначального направления, то есть преломляются. Угол преломления может быть больше или меньше угла падения. Это зависит от того, из какой среды в какую проникает звук. Если скорость звука во второй среде больше, чем в первой, то угол преломления будет больше угла падения, и наоборот.

2. Ультразвук

ультразвук слух колебание механический

2.1 Что такое ультразвук?

Ультразвуки - это волны, неуловимые человеческим слухом (частота звуков выше 20 тысяч герц), но мы встречаемся с ними на каждом шагу, сами того не замечая. Ультразвуки наряду со слышимыми звуками издают тикающие часы, летящий самолет, телефонный звонок, работающий прибор и т.п. Ультразвуки - нередкое явление и в мире животных.

С древних времен людей удивляло необыкновенное чутье животных, птиц, рыб, насекомых, их умение находить дорогу, безошибочно ориентироваться в пространстве. И только с помощью современных приборов ученым удалось выяснить, что животный мир широко пользуется ультразвуковой локацией.

Последние десятилетия дали особенно много интересного в области изучения систем ультразвуковой сигнализации в живом мире. «Заговорили» летучие мыши, рыбы, дельфины, киты. Обнаружена эхолокация у землеройки и даже у птиц.

Пучок ультразвука в воде, обладающий определенной направленностью, подобен лучу света. Луч света, падая на зеркальную поверхность, отражается; то же происходит с ультразвуковым лучом. Лучи света и ультразвука могут рассеиваться, испытывать преломление в среде и во многих других отношениях вести себя одинаково, несмотря на все различие физической природы света и звука.

2.2 Открытие ультразвука

Толчком к исследованиям послужили гибель судна «Титаник» в 1912 году при столкновении с айсбергом, а затем первая мировая война. Возникла необходимость в создании методов обнаружения под водой айсбергов, подводных лодок и пр.

Первые фундаментальные работы по ультразвуку связаны с именем выдающегося французского физика Ланжевена, который в период первой мировой войны разработал методы излучения и приема ультразвука под водой. Ланжевену и русскому изобретателю Шиловскому удалось найти замечательное средство подводного обнаружения - ультразвук. Методы Ланжевена получили значительное развитие. Направление в противолодочной обороне получило свое настоящее утверждение во вторую мировую войну.

2.3 Получение ультразвука

Ультразвуки можно получить механическим и электромеханическим способами. При механическом способе для получения ультразвуковых колебаний применяют механические излучатели: свистки, генераторы, сирены. С помощью ультразвукового излучателя можно создать ультразвуковые колебания с частотой до 100 килогерц. Принцип его действия основан на том, что поток воздуха с большой скоростью разбивается об острый край внутренней полости свистка, вызывая колебания с частотой, равной собственной частоте резонатора. Изменяя размеры резонатора, можно изменять частоту колебаний. Чем меньше размеры резонатора, тем больше частота колебаний.

Ультразвуковые генераторы применяют для получения ультразвука в жидкостях. Струя жидкости, выходя из сопла с большой скоростью, разбивается об острый край пластинки, по обе стороны которой возникают завихрения, вызывающие изменение давления с большой частотой.

На другом принципе работает сирена. Она имеет два диска, помещенных в камеру. На каждом диске (ротор) вращать, то его отверстия в определенные моменты совпадают с отверстиями наружного диска (статора), и тогда через них выходит воздух, поступающий под большим давлением в камеру. Происходит пульсация воздуха. Чем больше скорость вращения ротора и чем больше отверстий, тем чаще пульсация.

Электромеханические излучатели основаны на преобразовании электрического тока в механические колебания определенной частоты. Чтобы получить механические колебания ультразвуковой частоты, нужно подвести к излучателю переменный ток такой же частоты. С помощью электромеханических излучателей получают высокочастотные ультразвуковые колебания. По принципу действия электромеханические излучатели делятся на электродинамические, пьезоэлектрические и магнитострикционные.

Электродинамический излучатель основан на возникновении колебаний проводника, несущего переменный ток в магнитном поле. Если к проводнику жестко прикрепить мембрану, то она будет колебаться с частотой изменения магнитного поля. Электродинамические излучатели работают в пределах до 30 кгц. В них широко используется свойство механического резонанса. Размеры мембраны, а также ее вес и упругость выбираются такими, чтобы собственные колебания системы совпадали или почти совпадали с заданной частотой излучения.

В настоящее время более широко применяют пьезоэлектрические и магнитострикционные излучатели, в которых используется пьезоэлектрический и магнитострикционный эффект. Пьезоэлектрический эффект был обнаружен у кристаллов кварца, сегнетовой соли, турмалина, хлорита натрия, цинковой обманки и у других кристаллов. Пьезоэлектричество - это электричество, возникшее от давления (по-гречески «пьезо» - давить).

В 1880 году французские ученые Поль Жан и Пьер Кюри заметили, что при деформации пластинки кварца на ее гранях появляются электрические заряды, противоположные по знаку. Если к пластинке кварца с двух сторон прикрепить электроды, соединив их с проводниками с чувствительным прибором, то при сжатии пластинки возникает электрический заряд, а при растяжении появляется заряд той же величины, но противоположный по знаку. Пьезоэлектрический эффект обратим. Если к электродам кварцевой пластинки подвести электрический заряд, то ее размеры будут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от полярности подводимого заряда. Чем больше заряд, тем больше деформация пластинки. При изменении знака приложенного напряжения кварцевая пластинка то сжимается, то разжимается, иными словами, она колеблется в такт с изменением знаков приложенного напряжения. Если приложенное напряжение изменять с ультразвуковой частотой, то пластинка колеблется тоже с ультразвуковой частотой. Изменение размеров пластинки кварца под действием электрических зарядов называется обратным пьезоэлек-трическим эффектом.

Кроме пьезоэлектрического эффекта для изготовления ультразвуковых преобразователей используют магнитострикционный эффект. Еще в 1847 году ученые заметили, что ферромагнитные материалы, помещенные в магнитное поле, изменяют свои размеры. Это явление называется магнитостракцией или магнитостракционным эффектом. Тоже как и пьезоэлектрический эффект, явление магнитостракции обратимо. Если стержень из ферромагнитного материала, предварительно намагниченный или находящийся во внешнем магнитном поле, сжимать или растягивать, то ее магнитные свойства будут одинаково изменяться. Если же на стержень наложить обмотку, то при его деформации в ней возникнет переменный ток.

Для изготовления магнитострикционных излучателей применяют никель, нержавеющую сталь и некоторые сплавы (пермаллой, пермендюр и др.). Магнитострикционные излучатели делают из тонких ( 0,1-0,3 мм ) склеенных между собой листов. При прохождении переменного тока по обмотке излучателя его стержень деформируется с удвоенной частотой, потому что магнитное поле возникает как в положительный, так и в отрицательный период тока. Чтобы частота колебаний излучателя была равна частоте возбуждающего тока, в обмотку излучателя подводят постоянный ток поляризации.

Для получения ультразвука к излучателям необходимо подвести переменное напряжение ультразвуковой частоты. Для этого применяют ультразвуковые генераторы. Они преобразуют электрическую энергию источника питания в напряжение высокой частоты, которое подается на излучатель.

В нашей стране разработаны и выпускаются ультразвуковые генераторы различного назначения. В ультразвуковых установках, предназначенных для механической обработки твердых сплавов и очистки деталей, применяют генераторы большой мощности (2,5-20 квт), а в установках ультразвуковой физиотерапии - генераторы сравнительно небольшой мощности (10-20 вт).

2.4 Применение ультразвука

Ультразвук все более широко применяется в промышленности, металлургии, строительстве, горном деле, медицине и других отраслях народного хозяйства и науке.

Примерами практического применения ультразвукового передатчика служат вертикальный и горизонтальный эхолоты. Вертикальный эхолот предназначен для измерения глубин, а горизонтальный - для обнаружения препятствий, айсбергов, подводных лодок.

Действие эхолота основано на том, что ультразвуковой сигнал, посылаемый вибратором в виде короткого пакета колебаний, распространившись в глубину (или по горизонтали) и отразившись, как эхо, от дна или препятствия, принимается тем же вибратором. В эхолоте имеется устройство для отметки разности времен поступления принятого сигнала и времени посылки. По этой разности (так как скорость звука в воде известна и равна при нормальных условиях 1500 м/сек) определяется удвоенная глубина дна или удвоенное расстояние до подводной лодки.

Применение эхолотов имеет большое народно-хозяйственное значение. Большинство рыболовецких судов оборудовано эхолотами, а в последнее время вместо обычных эхолотов на рыболовецких судах устанавливают специальные рыбопоисковые приборы. Они отличаются от эхолотов по конструктивному оформлению, а принцип их действия тот же. Дело в том, что рыбы, а точнее их наполненные воздухом пузыри хорошо отражают ультразвук, что позволяет находить косяки рыбы.

При измерении глубин отдельных участков или районов моря можно составить подводную карту, на которой будут видны возвышенности и углубления. Имея перед собой карту, на которой указаны глубины, и сравнивая ее данные с показаниями эхолота, можно ориентировочно определить место корабля в море и избежать посадки его на мель.

Особое место занимает ультразвук в военном деле. Акустическая локация (гидролокация) подводных лодок оказалась особенно эффективной в годы второй мировой войны. Почти на всех кораблях были установлены гидроакустические станции, которые обнаруживали подводную лодку и определяли расстояние до нее.

Акустический излучатель может так же служить для связи, для посылки телеграфных сигналов, которыми модулируется звук или ультразвук.

Ультразвуковое резание. Если железо, чугун, сталь можно обработать на токарных, строгальных, фрезерных и других станках, а твердые и сверхтвердые сплавы на электроэрозионных и импульсных станках, то для токонепроводящих твердых материалов - фарфора, стекла, керамики, алмаза и других - эти способы обработки непригодны. Особенно трудно высверлить в них отверстия. Теперь твердые хрупкие материалы обрабатывают на ультразвуковых станках. Если под инструмент ультразвукового станка ввести абразивный материал и включить станок, то частицы абразива обрушат на обрабатываемую деталь град ударов. Они начнут долбить материал, отбивая мельчайшие частички, а инструмент станет все больше и больше углубляться в деталь.

Способ ультразвуковой обработки материалов впервые был предложен в 1945 г. Этот способ позволяет вырезать криволинейные оси, нарезать резьбу, изготовлять матрицы, шлифовать, штамповать, клеймить, гравировать и сверлить твердые хрупкие материалы, в том числе самое твердое вещество земли - алмаз.

Ультразвуковая очистка. Очистка поверхности деталей и узлов от жировых и механических загрязнений -- одно из перспективных направлений использования ультразвука в народном хозяйстве. От качества очистки поверхности деталей и узлов различных механизмов зависит срок их службы и надежность работы.

Ультразвуковая очистка либо заменяет, либо дополняет традиционные очистные способы и методы - от ручных операций с применением различных растворов до струйных моечных автоматов.

Эффективность ультразвуковой очистки связана с физическим явлением, которое называют кавитация. Кавитация -- образование пустот в движущейся жидкости, нарушение сплошности жидкости, возникающее при давлении ниже некоторого критического значения. Практически с кавитацией столкнулись в прошлом веке, когда на кораблях на гребном винте возникают раковины, которые со временем увеличиваются, и винт выходит из строя. Имеющиеся в воде пузырьки газа и воздуха при вращении винтов и турбин увеличиваются и превращаются в кавитационные пузырьки, они захлопываются и возникают местные мгновенные давления, достигающие сотен атмосфер.

Кавитация происходит не только при вращении гребных винтов. Она происходит и в том случае, если в воду поместить мощный ультразвуковой излучатель и включить его. Если загрязненную деталь, помещенную в жидкость, облучать ультразвуком, то верхний слой ее будет разрущаться ударной волной кавитационных пузырьков.

Ультразвук легко очищает детали , имеющие сложные формы, труднодоступные места, узкие щели, маленькие отверстия и полости. С успехом применяют ультразвук для очистки от накипи котлов, от обрастания водорослями днища кораблей, для очистки воздуха от пыли, дыма, копоти, для очистки стеклянных изделий, особенно для оптических линз, для очистки кабелей, проводов, сварных швов от окалин и пыли, для очистки ювелирных изделий после шлифовки и полировки и др.

Ультразвуковая сварка. Метод ультразвуковой сварки появился недавно. Ее применяют при сварке разнородных металлов, при сварке к толстым металлам тонких листов, при сварке пластмасс, керамики, при сварке миниатюрных деталей в приборах и т.д.

Ультразвуковая сварка - это холодная сварка: детали соединяются между собой при температуре значительно ниже температуры плавления, то есть в твердом состоянии. Она не меняет свойств и структуры материалов, а это очень важно, когда нужно сварить между собой изделия из таких металлов, как молибден, цирконий, ниобий, тантал и др.

Большое место ультразвуковая сварка занимает в радиоэлектронике (ультразвуковая микросварка). Она имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами сварки при изготовлении полупроводниковых приборов в микросхемах.

Ультразвуковой контроль. Ультразвуковая дефектоскопия один из методов неразрушающего контроля. Сейчас ультразвуковой контроль уже общепризнан в различных областях промышленности. В ряде технологических процессов (прокат стальных листов, изготовление труб и др.) ультразвуковые дефектоскопы встраиваются в автоматические линии, что значительно ускоряет процесс контроля и повышает производительность труда.

Существует несколько методов ультразвуковой дефектоскопии; основные из них теневой, импульсный (эхо-метод), резонансный, метод структурного анализа, импедансный метод, метод свободных колебаний. Выбор метода зависит от характерных особенностей контролируемых изделий (материал, размеры, конфигурация и др.), разновидностей дефектов (раковины, трещины, расслоения, непровары и т.п.), а также от тех параметров, которые необходимо получить. Иногда приходится методы совмещать, комбинировать.

Теневой метод основан на ослаблении приходящего ультразвука при наличии внутри детали дефектов, создающих ультразвуковую тень. Если в детали отсутствуют дефекты, ультразвуковая волна движется прямолинейно, пока не достигнет противоположной стороны изделия. Чем больше дефект, тем значительнее ослабление ультразвука и наоборот.

Импульсный метод (эхо-метод) в отличие от теневого основан на посылке в контролируемое изделие коротких импульсов ультразвуковых колебаний и регистрации интенсивности и времени прихода эхо-сигналов, отраженных от дефектов или границ изделия. Ультразвуковой импульс, посланный излучателем, проходит сквозь проверяемое изделие и отражается от противоположной его поверхности в виде эхо-сигнала. Если на пути ультразвукового импульса встретится трещина или раковина, то он отразится от них, что будет зарегистрировано на экране дефектоскопа в виде всплеска импульса.

Резонансный метод основан на зависимости параметров упругих колебаний в условиях резонанса от наличия дефекта в контролируемом изделии. Колебания высокой частоты, вырабатываемые генератором, непрерывно излучаются ультразвуковой головкой в проверяемое изделие. Известно, что любое тело, предмет, деталь имеют свою собственную частоту. У тонкой детали высокая резонансная частота, у больших предметов - низкая (например большой церковный колокол и маленький колокольчик). Если собственная частота изделия будет равна частоте генератора, то возникнет резонанс колебаний. Зная частоту излучаемых ультразвуковых колебаний и скорость их распространения в материале контролируемого изделия, легко определить размеры дефекта и глубину его расположения.

Метод структурного анализа. Из самого названия метода следует, что его суть - в сравнении. Исследуемый материал по скорости и интенсивности распространения ультразвукового излучения сравнивается с эталоном. Всякое изменение в структуре металла отражается на скорости распространения ультразвука.

Метод свободных колебаний - один из наиболее старых методов дефектоскопии, основанный на анализе частотного спектра свободных колебаний в системе, возбужденной ударом. Им давно пользуются при проверке изделий из стекла, фарфора, керамики и хрусталя. Слегка ударяя по изделию, по его звучанию можно определить, есть там трещина или нет. Изменение тона звучания свидетельствует о том, что имеется дефект.

Метод ультразвуковой визуализации позволяет не только обнаруживать дефекты, но видеть их форму и размеры. Это одно из самых интересных научных достижений нашего времени, приведшее к возникновению направления в физике - интроскопии, науки о видении в непрозоачных средах. Ультразвуковая волна, встретив на своем пути объект съемки, как бы «ощупает» его. Отраженные объектом ультразвуковые лучи - это, по сути дела, пока скрытый от нас образ объекта. Его нужно «проявить». Для этого необходима звукочувствительная трубка, работающая на основе пьезоэлектрического эффекта. Материалом такой пластины могут быть Кварц, сегнетова соль, титонат бария и другие пьезоэлектрики. Одна грань пластинки - приемная - имеет контакт с жидкостью. Когда включается источник питания, ультразвуковая волна осматривает предмет, а затем, получив информацию и отразившись, возвращается к пластине - приемнику. Пройдя усилительные каскады, сигнал поступает на управляющий электрод приемной трубки, на экране кинескопа вспыхивает изображение предмета. Если есть трещины, раковины и прочие внутренние дефекты, ультразвук тоже покажет их на экране.

Благодаря своей высокой чувствительности, надежности, простоте и эффективности ультразвуковая дефектоскопия получила признание во многих отраслях народного хозяйства и промышленного производства.

Ультразвук в медицине. Опыты показали, что с помощью ультразвука можно исследовать живые ткани и выявлять в них различные ненормальности. Вначале для этой цели пытались применять теневой метод, основанный на отражении ультразвука от границы раздела двух сред. Этот метод позволяет получить на экране электронно-лучевой трубки прибора изображение, на котором можно отличить друг от друга ткани, близкие по своим физическим свойствам. Импульсным методом можно диагностировать некоторые заболевания, например обнаружить опухоль внутри мягкой ткани, а в некоторых случаях даже выявить злокачественную опухоль на ранней стадии ее развития. Ультразвуковую биолокацию применяют для диагностики некоторых других заболеваний, например при опухолях мозга и камнях в органах, а также при глазных заболеваниях. С помощью ультразвука можно проверить работу сердца и установить ненормальности функционирования не только самого сердца, но и отдельных его участков.

Помимо диагностики, ультразвук применяется и для лечения некоторых заболеваний, например невритов, невралгии, экземы, фурункулеза, радикулита, болезни Бехтерева и других. Лечебное действие ультразвука складывается из нескольких факторов: теплового действия, основанного на поглощении ультразвуковых волн телом человека, механического воздействия, представляющего собой своего рода микромассаж клеток и тканей, и химического воздействия, заключающегося в изменении хода окислительно-восстановительных процессов, ускоренном расщеплении сложных белковых комплексов, активизировании ферментов. При лечении ультразвуком улучшается крово- и лимфообращение, активизируются процессы обмена и выделения в кровь активных веществ организма - гормонов. Ультразвуковой микромассаж смягчает боль, стимулирует деятельность нервной и эндокринной систем, улучшает функциональное состояние соединительной ткани и усиливает защитные реакции организма.

При ультразвуковой физиотерапии применяют два метода облучения: прямой иммерсионный. При прямом контакте ультразвуковую головку прикладывают к смазанному тонким слоем масла или специальной контактной жидкостью участку поверхности тела. При иммерсионном контакте облучение тела производится в водяной ванне, где вода служит контактной жидкостью.

В медицине ультразвук применяется и для других целей. Ультразвуковым фокусирующим прибором можно разрушать отдельные нервные клетки, не нарушая другие участки нервных клеток и живой ткани. Такой прибор необходим в нейрохирургии, когда нужно разрушить отдельные клетки в любой части головного мозга, не разрушая здоровых участков мозга и без рассечения черепа, не нарушая кровообращения. Прибор создает в фокальной области очень большое звуковое давление (до 50 атм.), в результате чего нервные клетки могут быть разрушены за 1-2 секунды. Фокусное расстояние при работе прибора можно изменять, а, следовательно, и выбирать любой оперируемый участок по глубине залегания без повреждения верхних слоев.

Ультразвук применяют и в зубоврачебной практике для лечения и пломбирования зубов. Ультразвуковая обработка зубов безболезненна и не вызывает нагрева.

Ультразвуковые устройства применяют и косвенно для лечения туберкулеза, катара верхних дыхательных путей и других. Такие заболевания легко поддаются лечению при вдыхании распыленных лекарств (аэрозолей), особенно антибиотиков. Этот вид лечения называют ингаляцией. Ультразвук недавно начали применять для получения лечебных аэрозолей. Для этой цели создан ультразвуковой ингалятор.

Разрушение бактерий и вирусов под действием ультразвука без повышения температуры или добавления химических веществ дает возможность получать вакцины, создающие активный иммунитет. Животные, которым вводился облученный вирус бешенства, не только оставались здоровыми, но у них в результате прививки появлялся иммунитет. Исследования показали, что при правильной дозировке можно так изменить природу бактерий туберкулеза, что это дало бы возможность получать вакцину для предохранительных прививок.

 Заключение

Ученые открывают у ультразвука все новые способности и возможности, обучают его все новым профессиям. С начала 60-х годов ультразвук стали применять в промышленных и лабораторных установках пищевой, парфюмерной, фармацевтической, винодельческой, угольной, текстильной, полиграфической промышленности.

Для автоматизации процесса добычи угля в шахтах учеными создано ультразвуковое устройство, позволяющее отличать уголь от других горных пород, между которыми заключен угольный пласт. Ультразвуковые колебания значительно ослабляются при распространении в пластах каменного угля и несравнимо меньше - при распространении в породах, сопутствующих каменному углю (глинистый сланец, песчаник, известняк).

На многих текстильных фабриках успешно применяют ультразвуковую установку для приготовления шлихты (крахмального клея, приготовленного из картофельной или кукурузной муки с примесью мыла, глицерина сала и пр., применяемого для проклейки основы ткани).Использование этой установки позволяет приготовлять шлихту значительно быстрее и при более низкой температуре, в результате чего сокращается потребление пара, экономятся крахмал и химические расщепители.

Интересное применение ультразвук нашел в поисках потайных ходов, пустот в кладках и т.д. Так, специалисты Киевского научно-исследовательского института строительных конструкций обнаружили потайные ходы под Новгородским Кремлем, прощупывая палаты ультразвуком. Не исключено, считают новгородские реставраторы, что бывшие владыки Кремля замуровали в стены ходов документы и вещи, представляющие научную и историческую ценность. С применением ультразвука при обследовании старинных зданий специалисты связывают возможности для более тщательных поисков скрытых от глаз деталей строений, требующих «лечения».

Как правило, исследователи новой области науки на первых порах продвигаются вперед неуверенно, словно ощупью. Так обстояло дело и с изучением неслышимых звуков - ультразвуков и инфразвуков. Но по мере того как открывались новые и новые их свойства и все яснее становилась их природа, научные поиски приобретали все большую определенность и целенаправленность. Неслышимые звуки из «вещи в себе» все больше и больше становились «вещью для нас». Была открыта поистине безграничная область их применения.

 Список литературы

И. Г. Хорбенко «Звук, ультразвук, инфразвук», «Знание», М. 78.

И. Г. Хорбенко «Ультразвук в действии», «Знание», М. 65.

Л. Л. Мясников «Неслышимый звук», «Судпромгиз» Л. 63.

Размещено на Allbest.ru