Pinemaskin Vadim, student 9. třídy

Práce představuje obrazový materiál pro vyučovací hodinu v 9. ročníku na téma "Infrazvuky a ultrazvuky"

Stažení:

Náhled:

Chcete-li používat náhledy prezentací, vytvořte si účet Google a přihlaste se k němu: https://accounts.google.com

Popisky snímků:

Ultrazvuk a jeho aplikace.

Ultrazvuk Ultrazvuk jsou elastické vibrace s frekvencí za hranicí slyšitelnosti pro člověka. Obvykle se za ultrazvukový rozsah považují frekvence nad 18 000 Hz. Přestože je existence ultrazvuku známá již dlouhou dobu, jeho praktické využití je poměrně mladé. V dnešní době je ultrazvuk široce používán v různých fyzikálních a technologických metodách. Rychlost šíření zvuku v médiu se tedy používá k posouzení jeho fyzikálních vlastností. Měření rychlosti na ultrazvukových frekvencích umožňuje s velmi malými chybami určit např. adiabatické charakteristiky rychlých procesů, měrnou tepelnou kapacitu plynů a elastické konstanty pevných látek.

Zdroje ultrazvuku Frekvence ultrazvukových vibrací používaných v průmyslu a biologii se pohybuje v řádu několika MHz. Takové vibrace jsou obvykle vytvářeny pomocí piezokeramických měničů vyrobených z titanitu barya. V případech, kdy má primární význam síla ultrazvukových vibrací, se obvykle používají mechanické zdroje ultrazvuku. Zpočátku byly všechny ultrazvukové vlny přijímány mechanicky (ladičky, píšťaly, sirény). V přírodě se ultrazvuk nachází jak jako součást mnoha přírodních zvuků (ve hluku větru, vodopádu, deště, v hluku oblázků válených mořským příbojem, ve zvucích doprovázejících výboje bouřky atd.), tak mezi zvuky zvířecího světa. Některá zvířata používají ultrazvukové vlny k detekci překážek a navigaci ve vesmíru. Ultrazvukové zářiče lze rozdělit do dvou velkých skupin. První zahrnuje emitory-generátory; oscilace v nich jsou buzeny kvůli přítomnosti překážek v cestě konstantního toku - proudu plynu nebo kapaliny. Druhou skupinou zářičů jsou elektroakustické měniče; přeměňují již dané kolísání elektrického napětí nebo proudu na mechanické vibrace pevného tělesa, které vysílá do okolí akustické vlny.

Galtonova píšťala První ultrazvukovou píšťalu vyrobil v roce 1883 Angličan Galton. Ultrazvuk zde vzniká podobně jako vysoký zvuk na ostří nože, když na něj dopadne proud vzduchu. Roli takového hrotu u galtonské píšťaly hraje „ret“ v malé válcovité rezonanční dutině. Plyn vytlačovaný pod vysokým tlakem přes dutý válec naráží na tento „ret“; vznikají kmity, jejichž frekvence (je to asi 170 kHz) je dána velikostí trysky a břitu. Síla Galtonovy píšťaly je nízká. Používá se především k zadávání povelů při výcviku psů a koček.

Diagnostické aplikace ultrazvuku v medicíně (ultrazvuk) Vzhledem k dobrému šíření ultrazvuku v lidských měkkých tkáních, jeho relativní neškodnosti ve srovnání s rentgenovým zářením a snadnému použití ve srovnání s magnetickou rezonancí je ultrazvuk široce používán k vizualizaci stavu lidského vnitřního orgánů, zejména v dutině břišní a dutině pánevní.

Terapeutické využití ultrazvuku v medicíně Kromě širokého využití pro diagnostické účely (ultrazvukové vyšetření) se ultrazvuk používá v lékařství jako terapeutický prostředek. Ultrazvuk má následující účinky: protizánětlivé, vstřebatelné analgetické, protikřečové, kavitační, zvýšená propustnost kůže Fonoforéza je kombinovaná metoda, při které je tkáň vystavena ultrazvuku a s ní podávané léčivé látky (léky i přírodního původu). Vedení látek pod vlivem ultrazvuku je způsobeno zvýšením propustnosti epidermis a kožních žláz, buněčných membrán a cévních stěn pro látky s malou molekulovou hmotností, zejména minerální ionty bischofitu. Pohodlí ultrafonoforézy léčiv a přírodních látek: léčivá látka při podání ultrazvukem neruší synergismus působení ultrazvuku a léčivé látky Indikace pro bischofitovou fonoforézu: osteoartróza, osteochondróza, artritida, burzitida, epikondylitida, patní ostruha. , stavy po úrazech pohybového aparátu; Neuritida, neuropatie, radikulitida, neuralgie, poranění nervů. Nanese se Bischofite gel a pomocí pracovní plochy zářiče se provede mikromasáž postiženého místa. Technika je labilní, obvyklá pro ultrafonoforézu (při UVF kloubů a páteře je intenzita v krční oblasti 0,2-0,4 W/cm2, v hrudní a bederní oblasti - 0,4-0,6 W/cm2).

Řezání kovu pomocí ultrazvuku Na běžných kovoobráběcích strojích není možné vyvrtat do kovového dílu úzký otvor složitého tvaru, např. ve tvaru pěticípé hvězdy. S pomocí ultrazvuku je to možné; magnetostrikční vibrátor může vyvrtat otvor jakéhokoli tvaru. Ultrazvukové dláto zcela nahrazuje frézku. Navíc je takové dláto mnohem jednodušší než frézka a dokáže zpracovat kovové díly levněji a rychleji než u frézky. Ultrazvuk lze dokonce použít k řezání šroubů do kovových dílů, skla, rubínu a diamantu. Typicky je závit nejprve vyroben z měkkého kovu a poté je součást kalena. Na ultrazvukovém stroji lze vyrábět závity v již tvrzeném kovu a v nejtvrdších slitinách. Stejné je to se známkami. Obvykle se razítko po pečlivém dokončení vytvrdí. Na ultrazvukovém stroji se nejsložitější zpracování provádí abrazivem (smirkový, korundový prášek) v oblasti ultrazvukové vlny. Částice tuhého prášku se za stálého kmitání v ultrazvukovém poli zařezávají do zpracovávané slitiny a vyřezávají otvor stejného tvaru jako dláto.

Příprava směsí pomocí ultrazvuku Ultrazvuk je široce používán pro přípravu homogenních směsí (homogenizace). Již v roce 1927 američtí vědci Leamus a Wood zjistili, že pokud se dvě nemísitelné kapaliny (například olej a voda) nalijí do jedné kádinky a ozáří ultrazvukem, vytvoří se v kádince emulze, tedy jemná suspenze oleje v kádince. voda. Takové emulze hrají důležitou roli v průmyslu: laky, barvy, farmaceutické výrobky, kosmetika.

Využití ultrazvuku v biologii Schopnost ultrazvuku protrhnout buněčné membrány našla uplatnění například v biologickém výzkumu, když je potřeba oddělit buňku od enzymů. Ultrazvuk se také používá k narušení intracelulárních struktur, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, ke studiu vztahu mezi jejich strukturou a funkcí. Další využití ultrazvuku v biologii souvisí s jeho schopností vyvolat mutace. Výzkum provedený v Oxfordu ukázal, že i nízkointenzivní ultrazvuk může poškodit molekulu DNA [zdroj neuveden 694 dní] Umělé, cílené vytváření mutací hraje ve šlechtění rostlin velkou roli. Hlavní výhodou ultrazvuku oproti jiným mutagenům (rentgenové, ultrafialové paprsky) je extrémně snadná práce s ním.

Využití ultrazvuku k čištění Využití ultrazvuku k mechanickému čištění je založeno na výskytu různých nelineárních efektů v kapalině pod jeho vlivem. Patří mezi ně kavitace, akustické proudění a akustický tlak. Hlavní roli hraje kavitace. Jeho bubliny, vznikající a srážející se v blízkosti kontaminantů, je ničí. Tento efekt je známý jako kavitační eroze. Ultrazvuk používaný pro tyto účely má nízké frekvence a zvýšený výkon. V laboratorních a výrobních podmínkách se k mytí malých dílů a nádobí používají ultrazvukové vany naplněné rozpouštědlem (voda, líh apod.). Někdy se s jejich pomocí i kořenová zelenina (brambory, mrkev, řepa atd.) omývá z částic půdy. V každodenním životě se pro praní textilií používají speciální ultrazvuková zařízení umístěná v samostatné nádobě.

Aplikace ultrazvuku v echolokaci V rybářském průmyslu se ultrazvuková echolokace používá k detekci hejn ryb. Ultrazvukové vlny se odrážejí od hejn ryb a dorazí do přijímače ultrazvuku dříve než ultrazvukové vlny odražené ode dna. V automobilech se používají ultrazvukové parkovací senzory.

Ultrazvukové svařování Ultrazvukové svařování je tlakové svařování prováděné pod vlivem ultrazvukových vibrací. Tento typ svařování se používá pro spojování dílů, které se obtížně zahřívají, nebo při spojování rozdílných kovů nebo kovů se silnými oxidovými filmy (hliník, nerezové oceli, magnetická jádra z permalloy atd.). Ultrazvukové svařování se používá při výrobě integrovaných obvodů.

Zolkina Alexandra.

Tento projekt dokončila žákyně 9. třídy. Tento projekt zkoumá ultrazvuk v přírodě. Pojem ultrazvuk je dán, jeho umístění na stupnici elektromagnetického vlnění Práce byla dokončena na úrovni 9. ročníku střední školy.

Stažení:

Náhled:

Chcete-li používat náhledy prezentací, vytvořte si účet Google a přihlaste se k němu: https://accounts.google.com

Popisky snímků:

Ultrazvuk jsou elastické vibrace a vlny, jejichž frekvence přesahuje 15 - 20 kHz

V přírodě se ultrazvuk vyskytuje jako součást mnoha přírodních zvuků: hluku větru, vodopádů, deště a výbojů blesku. Lokalizační schopnosti netopýrů, nočního hmyzu a mořských živočichů jsou všem dobře známy. Existence takových zvuků byla objevena s rozvojem akustiky na konci 19. století. Z fyzikálního hlediska je jakýkoli zvuk kmitavý pohyb šířící se ve vlnách v elastickém prostředí. Čím více vibrací oscilující těleso (nebo elastické médium) za sekundu udělá, tím vyšší je frekvence zvuku. Nejnižší lidský hlas (basy) vibruje asi osmdesátkrát za sekundu, nebo, jak říkají fyzici, frekvence jeho vibrací dosahuje osmdesát hertzů. Nejvyšší hlas (např. soprán peruánské zpěvačky Ima Sumac) je asi 1400 hertzů.

V navigaci a rybolovu je echolot namontován na dně lodi nebo člunu a zajišťuje bezpečnost námořníků, lodí a cestujících. Pouze při použití echolotu může loď bezpečně plout. Koneckonců, dno se stává „viditelným“.

Moderní echoloty umožňují nejen měřit hloubku, ale také vyhledávat ryby, zjišťovat velikost ryb, vzdálenost k rybě a hloubku hejna či jednotlivých ryb. Například moderní echolot HUMMINBIRD 580.

V přírodě a technice jsou známy zvuky ještě vyšších frekvencí – statisíce a dokonce miliony hertzů. Quartz má rekordně vysoký zvuk – až jedna miliarda hertzů! Akustický výkon křemenné desky vibrující v kapalině je 40 tisíckrát větší než akustický výkon motoru letadla. Ale z tohoto „pekelného řevu“ nemůžeme ohluchnout, protože ho neslyšíme. Lidské ucho vnímá zvuky s frekvencí vibrací pouhých šestnáct až dvacet tisíc hertzů. Vysokofrekvenční akustické vibrace se obvykle nazývají ultrazvuk;

Delfíni Delfín využívá ultrazvukové vlny, které je zaostřuje v požadovaném směru díky konvexnímu tvaru lebky a tukové vrstvě v podobě výrůstku na hlavě. Ozvěna je delfínovi vrácena v podobě zvukového obrazu, ze kterého dokáže rozpoznat, zda se jedná o kořist nebo dravce.

Netopýři Výraz „slepý jako netopýr“ je docela pravdivý – vědci zjistili, že když se tato zvířata spoléhají pouze na zrak, narážejí do okolních objektů mnohem častěji než při navigaci pomocí ultrazvuku.

Ultrazvuky se vyskytují v hrtanu netopýra. Zde jsou hlasivky nataženy ve formě zvláštních strun, které vibrací vydávají zvuk. Hrtan ve své struktuře připomíná obyčejnou píšťalu: vzduch vydechovaný z plic jím protéká jako vichřice - objevuje se „pískání“ velmi vysoké frekvence, až 150 tisíc hertzů (člověk to neslyší).

Netopýr může periodicky blokovat proudění vzduchu. Pak vybuchne s takovou silou, jako by byl vymrštěn výbuchem. Tlak vzduchu proudícího hrtanem je dvakrát vyšší než v parním kotli. Na zvíře vážící 5 - 20 gramů to není špatný výkon! V hrtanu netopýra jsou vybuzeny krátkodobé vysokofrekvenční zvukové vibrace - ultrazvukové pulsy. Existuje 5 až 60 pulzů za sekundu a u některých druhů dokonce 10 až 200 pulzů. Každý impuls, „výbuch“, trvá pouze 2 - 5 tisícin. Krátkost zvukového signálu je velmi důležitým fyzikálním faktorem. Jen díky němu je možná přesná lokalizace echa, tedy orientace pomocí ultrazvuku.

Můry z čeledi medvědovitých vyvinuli generátor ultrazvukového hluku, který „vytlačí pach“ netopýrů pronásledujících tento hmyz. Motýli

Ultrazvuková echolokace můr

Hloubka průniku ultrazvukových vln Hloubkou průniku ultrazvuku se rozumí hloubka, ve které je intenzita snížena na polovinu. Tato hodnota je nepřímo úměrná absorpci: čím silněji médium absorbuje ultrazvuk, tím kratší je vzdálenost, na kterou je intenzita ultrazvuku zeslabena na polovinu.

Práci dokončila: Alexandra Zolkina, studentka 9. třídy A

Charakteristiky zvuku. Ultrazvuk. Aplikace ultrazvuku. Ultrazvuk v přírodě. Diagnostické využití ultrazvuku v medicíně (ultrazvuk). Aplikace ultrazvuku v kosmetologii. Řezání kovu pomocí ultrazvuku. Příprava směsí pomocí ultrazvuku. Aplikace ultrazvuku v biologii. Použití ultrazvuku k čištění.

	ÚVOD
	Historický odkaz
	Zvukové vlastnosti
	Ultrazvuk
	Ultrazvukové aplikace
	Ultrazvuk v přírodě
	Diagnostické aplikace ultrazvuku v medicíně (ultrazvuk)
	Aplikace ultrazvuku v kosmetologii
	Řezání kovu pomocí ultrazvuku
	Příprava směsí pomocí ultrazvuku
	Aplikace ultrazvuku v biologii
	Použití ultrazvuku k čištění
	Aplikace ultrazvuku při defektoskopii
4.10	Ultrazvukové svařování
	Bibliografie
	APLIKACE
	DODATEK 1 Vliv zvuku na písek
	DODATEK 2 Typ vlny v závislosti na hlasitosti

Úvod

Zvuk je fyzikální jev, kterým je šíření mechanických vibrací ve formě elastických vln v pevném, kapalném nebo plynném prostředí. V úzkém smyslu se zvukem rozumí tyto vibrace, uvažované v souvislosti s tím, jak jsou vnímány smysly zvířat a lidí.

Běžný člověk je schopen slyšet zvukové vibrace ve frekvenčním rozsahu od 1620 Hz do 1520 kHz. Zvuk pod rozsahem lidské slyšitelnosti se nazývá infrazvuk; vyšší: do 1 GHz, ultrazvuk, od 1 GHz hyperzvuk. Hlasitost zvuku závisí komplexním způsobem na efektivním akustickém tlaku, frekvenci a tvaru vibrací a výška zvuku závisí nejen na frekvenci, ale také na velikosti akustického tlaku Jako každá vlna je i zvuk charakterizován amplitudou a frekvenční spektrum Proces šíření zvuku je také vlnový Tento předpoklad poprvé vyslovil slavný anglický vědec Isaac Newton.

1 Historické pozadí

První akustická pozorování byla provedena v 6. století před naším letopočtem. Pythagoras vytvořil spojení mezi výškou tónu a délkou struny nebo píšťaly produkující zvuk. Ve 4. stol. PŘED NAŠÍM LETOPOČTEM. Aristoteles jako první správně pochopil, jak se zvuk šíří vzduchem. Řekl, že sondující těleso způsobuje kompresi a řídnutí vzduchu a vysvětlil ozvěnu odrazem zvuku od překážek. V 15. století Leonardo da Vinci formuloval princip nezávislosti zvukových vln na různých zdrojích.

V roce 1660 experimenty Roberta Boyla prokázaly, že vzduch je vodičem zvuku (v letech 1700 - 1707 se zvuk nešíří ve vakuu). Paměti Josepha Saveura o akustice zveřejnila pařížská akademie věd. V těchto vzpomínkách Saveur zkoumá fenomén dobře známý varhanním konstruktérům: pokud dvě píšťaly varhan vydávají současně dva zvuky, jen mírně odlišné ve výšce, pak je slyšet periodické zesilování zvuku, podobné bubnování. . Saveur vysvětlil tento jev periodickou shodou vibrací obou zvuků. Pokud například jeden ze dvou zvuků odpovídá 32 vibracím za sekundu a druhý odpovídá 40 vibracím, pak se konec čtvrté vibrace prvního zvuku shoduje s koncem páté vibrace druhého zvuku, a tedy zvuk je zesílen. Saver byl nakonec první, kdo se pokusil určit hranici vnímání vibrací jako zvuků: pro nízké zvuky označil hranici 25 vibrací za sekundu a pro vysoké zvuky - 12 800.

Newton na základě těchto Saveurových experimentálních prací provedl první výpočet vlnové délky zvuku a došel k závěru, dnes dobře známému ve fyzice, že pro každou otevřenou trubku je vlnová délka emitovaného zvuku rovna dvojnásobku délky zvuku. trubka. "A to je místo, kde leží nejdůležitější zvukové jevy." Po Saveurově experimentálním výzkumu začala anglická matematička Brooke Taylorová v roce 1715 matematicky zkoumat problém vibrující struny, čímž položila základy matematické fyziky ve správném smyslu slova. slovo Podařilo se mu vypočítat závislost počtu vibrací struny na její délce, hmotnosti, napětí a místním tíhovém zrychlení.

Vlastní vysvětlení ozvěny, dosti vrtošivého jevu, také patří Chladnimu, alespoň ve významných částech. Vděčíme mu také za nové experimentální stanovení horní hranice slyšitelnosti zvuku, odpovídající 20 000 vibracím za sekundu. Tato měření, která fyzici dodnes mnohokrát opakovali, jsou velmi subjektivní a závisí na intenzitě a povaze zvuku. Obzvláště známé jsou však Chladniho experimenty z roku 1787 o studiu vibrací desek, při kterých vznikají krásné „akustické obrazce“ nesoucí jména Chladniho obrazců a získávané posypem písku na vibrační desku. Tyto experimentální studie představovaly nový problém v matematické fyzice - problém kmitání membrány.

V 18. století se studovalo mnoho dalších akustických jevů (rychlost zvuku v pevných látkách a plynech, rezonance, kombinační tóny atd.). Všechny byly vysvětleny pohybem částí kmitajícího tělesa a částic prostředí, ve kterém se zvuk šíří. Jinými slovy, všechny akustické jevy byly vysvětleny jako mechanické procesy.

V roce 1787 objevil Chladni, zakladatel experimentální akustiky, podélné kmitání strun, talířů, ladiček a zvonků. Jako první přesně změřil rychlost šíření zvukových vln v různých plynech. Dokázal, že zvuk se v pevných látkách nešíří okamžitě, ale konečnou rychlostí, a v roce 1796 určil rychlost zvukových vln v pevných látkách ve vztahu ke zvuku ve vzduchu. Vynalezl řadu hudebních nástrojů. V roce 1802 vyšlo dílo Ernesta Chladniho „Akustika“, kde systematicky prezentoval akustiku.

Po Chladnim změřil v roce 1809 rychlost zvuku v pevných látkách francouzský vědec Jean Baptiste Biot.

V roce 1800 anglický vědec Thomas Young objevil fenomén zvukové interference a stanovil princip superpozice vln.

V roce 1816 francouzský fyzik Pierre Simon Laplace odvodil vzorec pro rychlost zvuku v plynech. V roce 1842 navrhl rakouský fyzik Christian Doppler vliv relativního pohybu na výšku tónu (Dopplerův jev).

Dopplerův jev je změna frekvence a délky vln zaznamenaných přijímačem, způsobená pohybem jejich zdroje a/nebo pohybem přijímače. Efekt je pojmenován po rakouském fyzikovi K. Dopplerovi.

A v roce 1845 Base-Ballot experimentálně objevil Dopplerův jev pro akustické vlny.

V roce 1877 vynalezl americký vědec Thomas Alva Edison zařízení pro záznam a reprodukci zvuku, které později v roce 1889 zdokonalil. Metoda záznamu zvuku, kterou vynalezl, se nazývala mechanická. V roce 1880 učinili francouzští vědci bratři Pierre a Paul Curie objev, který se ukázal být velmi důležitý pro akustiku. Zjistili, že pokud se křemenný krystal zmáčkne na obou stranách, objeví se na hranách krystalu elektrický náboj. Touto vlastností je piezoelektrický jev pro detekci ultrazvuku, který není pro člověka slyšitelný. A naopak, pokud je na hrany krystalu přivedeno střídavé elektrické napětí, začne křišťál oscilovat, stlačovat a uvolňovat.

2 Zvukové charakteristiky

2.1 Objem

Hlasitost je úroveň výkonu, která je úměrná amplitudě zvukového signálu. Hlasitost zvuku se měří v decibelech a označuje se dB. Jednotka měření pojmenovaná po Alexander Graham Bell. Hladiny akustického tlaku typické pro různé zdroje:

Výstřel z pistole na vzdálenost několika kroků je 140 dB.

Práh bolesti - 130 dB.

Proudový motor (v kabině letadla) - 80 dB.

Tichá konverzace - 70 dB.

Šumění v tiché místnosti - 40 dB.

Hlučnost v nahrávacím studiu je 30 dB.

Práh sluchu je 0 dB.

2.2 Frekvence

Frekvence (pitch) počet úplných kmitů za jednotku času (jednotka Hertz). Čím vyšší frekvence, tím vyšší je zvuk.

2.3 Zabarvení

Zabarvení je zvuk, ve kterém jsou přítomny vibrace různých souborů frekvencí a amplitud. Základní tón určuje výšku zvuku a alikvoty, překrývající se v určitých proporcích, dávají zvuku specifické zabarvení - témbr.

Můžeme říci, že témbr je určen velikostí amplitud jednotlivých harmonických (tj. závisí na počtu vyšších harmonických a poměru jejich amplitud k amplitudě základní harmonické a nezávisí na fázích vyšších harmonických). ). Doba trvání (duration) doba, během níž zvuk přejde z jasně slyšitelného do absolutního ticha.

3 Ultrazvuk

Ultrazvukové zvukové vlny s frekvencí vyšší, než jaká je vnímána lidským uchem, obvykle ultrazvuk znamená frekvence nad 20 000 Hz.

Přestože je existence ultrazvuku známá již dlouhou dobu, jeho praktické využití je poměrně mladé. V dnešní době je ultrazvuk široce používán v různých fyzikálních a technologických metodách. Rychlost šíření zvuku v médiu se tedy používá k posouzení jeho fyzikálních vlastností. Měření rychlosti na ultrazvukových frekvencích umožňuje s velmi malými chybami určit například adiabatické charakteristiky rychlých procesů, měrnou tepelnou kapacitu plynů a elastické konstanty pevných látek.

Frekvence ultrazvukových vibrací používaných v průmyslu a biologii se pohybuje od několika desítek kHz do několika MHz. Vysokofrekvenční vibrace se obvykle vytvářejí pomocí piezokeramických měničů, například titanit barya. V případech, kdy má primární význam síla ultrazvukových vibrací, se obvykle používají mechanické zdroje ultrazvuku. Zpočátku byly všechny ultrazvukové vlny přijímány mechanicky (ladičky, píšťaly, sirény).

V přírodě se ultrazvuk nachází jak jako součást mnoha přírodních zvuků (ve hluku větru, vodopádu, deště, v hluku oblázků válených mořským příbojem, ve zvucích doprovázejících výboje bouřky atd.), tak mezi zvuky zvířecího světa. Některá zvířata používají ultrazvukové vlny k detekci překážek, navigaci v prostoru a komunikaci (velryby, delfíni, netopýři, hlodavci, nártouni).

Ultrazvukové zářiče lze rozdělit do dvou velkých skupin. První zahrnuje emitory-generátory; oscilace v nich jsou buzeny v důsledku přítomnosti překážek v cestě konstantního toku proudu plynu nebo kapaliny. Druhá skupina zářičů elektroakustické měniče; přeměňují již dané kolísání elektrického napětí nebo proudu na mechanické vibrace pevného tělesa, které vysílá do okolí akustické vlny.

4 Aplikace ultrazvuku

4.1 Ultrazvuk v přírodě

Netopýři, kteří při plavbě v noci používají echolokaci, vydávají extrémně intenzivní signály ústy (Vespertilionidae) nebo parabolickými zrcadlovitými nosními otvory (Rhinolophidae). Ve vzdálenosti 1 × 5 cm od hlavy zvířete dosahuje ultrazvukový tlak 60 mbar, to znamená, že v oblasti slyšitelné frekvence odpovídá akustickému tlaku vytvářenému sbíječkou. Netopýři jsou schopni vnímat ozvěnu svých signálů při tlaku pouhých 0,001 mbar, tedy 10 000krát menším, než je tlak vydávaných signálů. Netopýři se přitom mohou během letu vyhýbat překážkám, i když se na echolokační signály superponuje ultrazvuková interference s tlakem 20 mbar. Mechanismus této vysoké odolnosti proti rušení není dosud znám. Když netopýři lokalizují předměty, například vertikálně natažené nitě o průměru pouhých 0,005 × 0,008 mm ve vzdálenosti 20 cm (polovina rozpětí křídel), hraje rozhodující roli časový posun a rozdíl v intenzitě mezi vyzařovaným a odraženým signálem. . Vrápenci mohou také navigovat pouze jedním uchem (monoaurální), což značně usnadňují velké, nepřetržitě se pohybující boltce. Mohou dokonce kompenzovat frekvenční posun mezi emitovanými a odraženými signály v důsledku Dopplerova jevu (při přiblížení k objektu má ozvěna vyšší frekvenci než vysílaný signál). Snížením echolokační frekvence během letu tak, aby frekvence odraženého ultrazvuku zůstala v oblasti maximální citlivosti jejich „sluchových“ center, mohou určovat rychlost vlastního pohybu.

Můry z čeledi medvědovitých vyvinuli generátor ultrazvukového hluku, který „vytlačí pach“ netopýrů pronásledujících tento hmyz.

Echolokaci využívají k navigaci také ptáci - tlustí noční jari nebo guajaros. Obývají horské jeskyně v Latinské Americe od Panamy na severozápadě po Peru na jihu a Surinam na východě. Tlustí noční mládenci, kteří žijí v naprosté tmě, se však přizpůsobili k mistrovskému letu jeskyněmi. Vydávají jemné cvakání, které vnímá i lidské ucho (jejich frekvence je přibližně 7000 Hz). Každé kliknutí trvá jednu až dvě milisekundy. Zvuk cvaknutí se odráží od stěn kobky, různých říms a překážek a je vnímán citlivým sluchem ptáka.

Kytovci používají ultrazvukovou echolokaci ve vodě.

4.2 Diagnostické aplikace ultrazvuku v medicíně (ultrazvuk)

Díky dobrému šíření ultrazvuku v měkkých tkáních člověka, jeho relativní neškodnosti ve srovnání s rentgenovým zářením a snadnému použití ve srovnání s magnetickou rezonancí je ultrazvuk široce používán k vizualizaci stavu lidských vnitřních orgánů, zejména v dutině břišní a pánevní. .

Terapeutické aplikace ultrazvuku v medicíně

Kromě širokého použití pro diagnostické účely se ultrazvuk používá v medicíně (včetně regenerativní medicíny) jako léčebný nástroj.

Ultrazvuk má následující účinky:

protizánětlivé, vstřebatelné účinky;

analgetické, antispasmodické účinky;

kavitační zvýšení propustnosti kůže.

Fonoforéza je kombinovaná léčebná metoda, při které se místo obvyklého gelu pro ultrazvukovou emisi (používaného např. při ultrazvuku) aplikuje do tkáně léčivá látka (jak léčiva, tak látky přírodního původu). Předpokládá se, že ultrazvuk pomáhá terapeutické látce proniknout hlouběji do tkáně.

4.3 Aplikace ultrazvuku v kosmetologii

K regeneraci kožních buněk a stimulaci metabolismu v nich se používají multifunkční kosmetologické přístroje, které generují ultrazvukové vibrace o frekvenci 1 MHz. Pomocí ultrazvuku se provádí mikromasáž buněk, zlepšuje se mikrocirkulace krve a lymfatická drenáž. V důsledku toho se zvyšuje tonus pokožky, podkoží a svalů. Ultrazvuková masáž podporuje uvolňování biologicky aktivních látek, odstraňuje svalové křeče, v důsledku čehož dochází k vyhlazení vrásek, napnutí tkání obličeje a těla. Pomocí ultrazvuku se kosmetika a léky zavádějí nejhlouběji, jsou také odstraněny toxiny a očištěny buňky.

4.4 Řezání kovu pomocí ultrazvuku

Na běžných kovoobráběcích strojích není možné vyvrtat do kovové součásti úzký otvor složitého tvaru, například ve tvaru pěticípé hvězdy. S pomocí ultrazvuku je to možné; magnetostrikční vibrátor může vyvrtat otvor jakéhokoli tvaru. Ultrazvukové dláto zcela nahrazuje frézku. Navíc je takové dláto mnohem jednodušší než frézka a dokáže zpracovat kovové díly levněji a rychleji než u frézky.

Ultrazvuk lze dokonce použít k řezání šroubů do kovových dílů, skla, rubínu a diamantu. Typicky je závit nejprve vyroben z měkkého kovu a poté je součást kalena. Na ultrazvukovém stroji lze vyrábět závity v již tvrzeném kovu a v nejtvrdších slitinách. Stejné je to se známkami. Obvykle se razítko po pečlivém dokončení vytvrdí. Na ultrazvukovém stroji se nejsložitější zpracování provádí abrazivem (smirkový, korundový prášek) v oblasti ultrazvukové vlny. Částice tuhého prášku se za stálého kmitání v ultrazvukovém poli zařezávají do zpracovávané slitiny a vyřezávají otvor stejného tvaru jako dláto.

4.5 Příprava směsí pomocí ultrazvuku

Ultrazvuk je široce používán k přípravě homogenních směsí (homogenizace). Již v roce 1927 američtí vědci Leamus a Wood zjistili, že pokud se dvě nemísitelné kapaliny (například olej a voda) nalijí do jedné kádinky a ozáří ultrazvukem, vytvoří se v kádince emulze, tedy jemná suspenze oleje v kádince. voda. Takové emulze hrají důležitou roli v moderním průmyslu, jako jsou laky, barvy, farmaceutické výrobky a kosmetika.

4.6 Aplikace ultrazvuku v biologii

Schopnost ultrazvuku protrhnout buněčné membrány našla uplatnění například v biologickém výzkumu, když je potřeba oddělit buňku od enzymů. Ultrazvuk se také používá k narušení intracelulárních struktur, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, ke studiu vztahu mezi jejich strukturou a funkcí. Další využití ultrazvuku v biologii souvisí s jeho schopností vyvolat mutace. Výzkum provedený v Oxfordu ukázal, že i ultrazvuk s nízkou intenzitou může poškodit molekulu DNA. Umělé, cílené vytváření mutací hraje důležitou roli ve šlechtění rostlin. Hlavní výhodou ultrazvuku oproti jiným mutagenům (rentgenové, ultrafialové paprsky) je extrémně snadná práce s ním.

4.7 Použití ultrazvuku k čištění

Použití ultrazvuku pro mechanické čištění je založeno na výskytu různých nelineárních efektů v kapalině pod jeho vlivem. Patří mezi ně kavitace, akustické proudění a akustický tlak. Hlavní roli hraje kavitace. Jeho bubliny, vznikající a srážející se v blízkosti kontaminantů, je ničí. Tento efekt je známý jako kavitační eroze. Ultrazvuk používaný pro tyto účely má nízkou frekvenci a vysoký výkon.

V laboratorních a výrobních podmínkách se k mytí malých dílů a nádobí používají ultrazvukové vany naplněné rozpouštědlem (voda, líh apod.). Někdy se s jejich pomocí i kořenová zelenina (brambory, mrkev, řepa atd.) omývá z částic půdy.

V každodenním životě se pro praní textilií používají speciální ultrazvuková zařízení umístěná v samostatné nádobě.

4.8 Aplikace ultrazvuku v echolokaci

Rybářský průmysl používá k detekci hejn ryb ultrazvukovou echolokaci. Ultrazvukové vlny se odrážejí od hejn ryb a dorazí do přijímače ultrazvuku dříve než ultrazvukové vlny odražené ode dna.

V automobilech se používají ultrazvukové parkovací senzory.

Aplikace ultrazvuku při měření průtoku

Od 60. let 20. století se ultrazvukové průtokoměry používají v průmyslu k řízení průtoku a měření vody a chladicí kapaliny.

4.9 Aplikace ultrazvuku při defektoskopii

Ultrazvuk se v některých materiálech dobře šíří, což umožňuje jeho použití pro ultrazvukovou detekci vad výrobků z těchto materiálů. V poslední době se rozvíjí směr ultrazvukové mikroskopie, který umožňuje studovat podpovrchovou vrstvu materiálu s dobrým rozlišením.

4.10 Ultrazvukové svařování

Ultrazvukové svařování tlakové svařování prováděné pod vlivem ultrazvukových vibrací. Tento typ svařování se používá pro spojování dílů, jejichž ohřev je obtížný, při spojování rozdílných kovů, kovů se silnými oxidovými filmy (hliník, nerez, permalloy magnetické obvody atd.), při výrobě integrovaných obvodů.

Bibliografie

Internet:

1)http://ru.m.wikipedia.org/wiki/%C7%E2%F3%EA

2) http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/466/ZVUK

4) http://www.audacity.ru/p8aa1.html

Příloha 1

Vliv zvuku na písek

Dodatek 2

Typ vlny v závislosti na hlasitosti

Stejně jako další díla, která by vás mohla zajímat
32930.		Hlavní specifikum filozofického poznání	12,54 kB
	Hlavní specifikum filozofického poznání spočívá v jeho dualitě, neboť: má mnoho společného s vědeckým poznáním předmětu, metod, logického a pojmového aparátu; nejde však o vědecké poznání ve své čisté podobě. Předmět filozofie je širší než předmět studia jakékoli jednotlivé vědy filozofie zobecňuje, ale nepohlcuje je nad ní; je extrémně obecné teoretické povahy; obsahuje základní základní myšlenky a koncepty, které jsou základem dalších...

21. století je stoletím rádiové elektroniky, atomů, vesmírného průzkumu a ultrazvuku. Věda o ultrazvuku je v dnešní době relativně mladá. Koncem 19. století prováděl první studie P. N. Lebeděv, ruský vědec-fyziolog. Poté mnoho významných vědců začalo studovat ultrazvuk.

Co je ultrazvuk?

Ultrazvuk je šířící se vlna, která je přenášena částicemi média. Má své vlastní vlastnosti, které jej odlišují od zvuků ve slyšitelném rozsahu. Je poměrně snadné získat směrované záření v ultrazvukové oblasti. Navíc dobře zaostřuje a díky tomu se zvyšuje intenzita prováděných vibrací. Při šíření v pevných látkách, kapalinách a plynech dává ultrazvuk vzniknout zajímavým jevům, které našly praktické uplatnění v mnoha oblastech techniky a vědy. To je ultrazvuk, jehož role je dnes velmi velká v různých sférách života.

Role ultrazvuku ve vědě a praxi

Ultrazvuk hraje v posledních letech stále důležitější roli ve vědeckém výzkumu. Úspěšně byl proveden experimentální a teoretický výzkum v oblasti akustických proudění a ultrazvukové kavitace, což umožnilo vědcům vyvinout technologické procesy, ke kterým dochází při vystavení ultrazvuku v kapalné fázi. Je to výkonná metoda pro studium různých jevů v takové oblasti znalostí, jako je fyzika. Ultrazvuk se používá například ve fyzice polovodičů a pevných látek. Dnes se tvoří samostatný obor chemie, nazývaný „ultrazvuková chemie“. Jeho použití umožňuje urychlit mnoho chemických a technologických procesů. Vznikla také molekulární akustika - nový obor akustiky, který studuje molekulární interakci s hmotou. Objevily se nové oblasti použití ultrazvuku: holografie, introskopie, akustoelektronika, ultrazvuková fázová metrika, kvantová akustika.

Kromě experimentálních a teoretických prací v této oblasti bylo dnes provedeno mnoho praktických. Byly vyvinuty speciální a univerzální ultrazvukové stroje, instalace, které pracují pod zvýšeným statickým tlakem apod. Do výroby byly zavedeny ultrazvukové automatické instalace zařazené do výrobních linek, které mohou výrazně zvýšit produktivitu práce.

Více o ultrazvuku

Pojďme si říci více o tom, co je ultrazvuk. Již jsme řekli, že se jedná o elastické vlny a ultrazvuk je více než 15-20 kHz. Subjektivní vlastnosti našeho sluchu určují spodní hranici ultrazvukových frekvencí, která jej odděluje od frekvence slyšitelného zvuku. Tato hranice je tedy libovolná a každý z nás definuje, co je ultrazvuk, jinak. Horní hranici udávají elastické vlny, jejich fyzikální podstata. Šíří se pouze v hmotném prostředí, to znamená, že vlnová délka musí být výrazně větší než volná dráha molekul přítomných v plynu nebo meziatomové vzdálenosti v pevných látkách a kapalinách. Při normálním tlaku v plynech je horní hranice ultrazvukových frekvencí 10 9 Hz a v pevných látkách a kapalinách - 10 12 -10 13 Hz.

Zdroje ultrazvuku

Ultrazvuk se v přírodě vyskytuje jak jako součást mnoha přírodních zvuků (vodopády, vítr, déšť, oblázky válené příbojem, tak i ve zvucích doprovázejících výboje bouřky atd.), tak jako nedílná součást světa zvířat. Některé druhy zvířat jej využívají k navigaci ve vesmíru a detekci překážek. Je také známo, že delfíni v přírodě využívají ultrazvuk (hlavně frekvence od 80 do 100 kHz). V tomto případě může být síla jimi vysílaných lokalizačních signálů velmi vysoká. O delfínech je známo, že dokážou detekovat předměty až na kilometr od nich.

Ultrazvukové zářiče (zdroje) se dělí na 2 velké skupiny. První jsou generátory, ve kterých jsou oscilace buzeny v důsledku přítomnosti překážek umístěných v dráze konstantního proudění - proudu kapaliny nebo plynu. Druhou skupinou, do které lze ultrazvukové zdroje kombinovat, jsou elektroakustické měniče, které převádějí dané kolísání proudu nebo elektrického napětí na mechanické vibrace prováděné pevným tělesem, vyzařující akustické vlny do okolí.

Ultrazvukové přijímače

V průměru jsou ultrazvukové přijímače nejčastěji elektroakustické měniče piezoelektrického typu. Mohou reprodukovat tvar přijímaného akustického signálu, reprezentovaný jako časová závislost akustického tlaku. Zařízení mohou být buď širokopásmová, nebo rezonanční, v závislosti na aplikačních podmínkách, pro které jsou určena. Tepelné přijímače se používají k získání časově zprůměrovaných charakteristik zvukového pole. Jsou to termistory nebo termočlánky potažené látkou pohlcující zvuk. Akustický tlak a intenzitu lze také hodnotit optickými metodami, jako je difrakce světla ultrazvukem.

Kde se používá ultrazvuk?

Existuje mnoho oblastí jeho použití s ​​využitím různých funkcí ultrazvuku. Tyto oblasti lze zhruba rozdělit do tří oblastí. První z nich je spojena se získáváním různých informací pomocí ultrazvukových vln. Druhým směrem je jeho aktivní vliv na látku. A třetí souvisí s přenosem a zpracováním signálů. V každém konkrétním případě se používá specifický ultrazvuk. Prozradíme vám jen některé z mnoha oblastí, ve kterých našel své uplatnění.

Ultrazvukové čištění

Kvalita takového čištění se nedá srovnávat s jinými metodami. Při oplachování dílů se například na jejich povrchu zadrží až 80 % nečistot, při vibračním čištění asi 55 %, při ručním čištění asi 20 % a při čištění ultrazvukem nezůstane více než 0,5 % nečistot. Díly, které mají složitý tvar, lze důkladně vyčistit pouze pomocí ultrazvuku. Důležitou výhodou jeho použití je vysoká produktivita a také nízké náklady na fyzickou práci. Navíc je možné nahradit drahá a hořlavá organická rozpouštědla levnými a bezpečnými vodnými roztoky, použít kapalný freon atd.

Vážným problémem je znečištění ovzduší sazemi, kouřem, prachem, oxidy kovů atd. Pro čištění vzduchu a plynu ve vývodech plynu můžete použít ultrazvukovou metodu bez ohledu na vlhkost a teplotu. Pokud je ultrazvukový zářič umístěn v prachové sedimentační komoře, jeho účinnost se stonásobně zvýší. Co je podstatou takové očisty? Prachové částice pohybující se náhodně ve vzduchu na sebe silněji a častěji narážejí vlivem ultrazvukových vibrací. Zároveň se jejich velikost zvětšuje díky tomu, že splývají. Koagulace je proces zvětšování částic. Speciální filtry zachycují jejich těžké a zvětšené nahromadění.

Mechanické zpracování křehkých a ultratvrdých materiálů

Pokud vložíte mezi obrobek a pracovní povrch nástroje pomocí ultrazvuku, začnou abrazivní částice během provozu emitoru ovlivňovat povrch této součásti. V tomto případě je materiál zničen a odstraněn, podroben zpracování pod vlivem mnoha přímých mikroúderů. Kinematika zpracování se skládá z hlavního pohybu - řezání, to jsou podélné vibrace vykonávané nástrojem, a pomocného pohybu - posuvného pohybu, který provádí zařízení.

Ultrazvuk může dělat různé věci. U brusných zrn jsou zdrojem energie podélné vibrace. Ničí zpracovávaný materiál. Posuvový pohyb (pomocný) může být kruhový, příčný a podélný. Zpracování ultrazvukem je přesnější. V závislosti na velikosti zrna brusiva se pohybuje od 50 do 1 mikronu. Pomocí nástrojů různých tvarů můžete dělat nejen otvory, ale i složité řezy, zakřivené osy, gravírovat, brousit, vyrábět razidla a dokonce i vrtat diamanty. Materiály používané jako brusiva jsou korund, diamant, křemenný písek, pazourek.

Ultrazvuk v radioelektronice

Ultrazvuk v technologii je často používán v oblasti radioelektroniky. V této oblasti je často potřeba zpozdit elektrický signál vzhledem k nějakému jinému. Vědci našli úspěšné řešení tím, že navrhli použití ultrazvukových zpožďovacích linek (zkráceně LZ). Jejich působení je založeno na tom, že se elektrické impulsy přeměňují na ultrazvukové. Faktem je, že rychlost ultrazvuku je výrazně nižší než rychlost vyvinutá elektromagnetickými vibracemi. Napěťový puls, po převedení zpět na elektrické mechanické oscilace, bude na výstupu vedení zpožděn vzhledem ke vstupnímu pulsu.

Piezoelektrické a magnetostrikční měniče se používají k přeměně elektrických vibrací na mechanické a naopak. Podle toho se LZ dělí na piezoelektrické a magnetostrikční.

Ultrazvuk v medicíně

K ovlivnění živých organismů se používají různé druhy ultrazvuku. Jeho použití je nyní v lékařské praxi velmi oblíbené. Je založena na účincích, které se vyskytují v biologických tkáních, když jimi prochází ultrazvuk. Vlny způsobují vibrace částic média, které vytváří jakousi tkáňovou mikromasáž. A absorpce ultrazvuku vede k jejich lokálnímu zahřívání. Současně dochází v biologických médiích k určitým fyzikálně-chemickým přeměnám. Tyto jevy nezpůsobují ve středně závažných případech nevratné škody. Pouze zlepšují metabolismus, a tím přispívají k fungování organismu, který je jim vystaven. Takové jevy se používají v ultrazvukové terapii.

Ultrazvuk v chirurgii

Kavitace a silné zahřívání při vysokých intenzitách vede k destrukci tkáně. Tento efekt se dnes využívá v chirurgii. K chirurgickým operacím se používá fokusovaný ultrazvuk, který umožňuje lokální destrukci v nejhlubších strukturách (například mozku), aniž by došlo k poškození okolních. Chirurgie také používá ultrazvukové nástroje, jejichž pracovní konec vypadá jako pilník, skalpel nebo jehla. Vibrace na nich navrstvené dávají těmto zařízením nové kvality. Potřebná síla je výrazně snížena, proto se snižuje traumatismus operace. Kromě toho se projevuje analgetický a hemostatický účinek. Vystavení tupému nástroji pomocí ultrazvuku se používá ke zničení určitých typů nádorů, které se objevily v těle.

Dopad na biologickou tkáň se provádí za účelem zničení mikroorganismů a používá se v procesech sterilizace léků a lékařských nástrojů.

Vyšetření vnitřních orgánů

V podstatě mluvíme o vyšetření břišní dutiny. K tomuto účelu slouží speciální, pomocí kterého lze najít a rozpoznat různé tkáňové anomálie a anatomické struktury. Úkol je často následující: existuje podezření na přítomnost maligního útvaru a je nutné jej odlišit od benigního nebo infekčního útvaru.

Ultrazvuk je užitečný při vyšetření jater a při řešení dalších problémů, mezi které patří odhalování překážek a onemocnění žlučových cest a také vyšetření žlučníku pro zjištění přítomnosti kamenů a jiných patologií. Kromě toho lze použít studium cirhózy a dalších difúzních benigních onemocnění jater.

V oblasti gynekologie, zejména při analýze vaječníků a dělohy, bylo použití ultrazvuku dlouhodobě hlavním směrem, ve kterém se zvláště úspěšně provádělo. Často to také vyžaduje odlišení benigních a maligních útvarů, což obvykle vyžaduje nejlepší kontrast a prostorové rozlišení. Podobné závěry mohou být užitečné při studiu mnoha dalších vnitřních orgánů.

Aplikace ultrazvuku ve stomatologii

Ultrazvuk našel své uplatnění i ve stomatologii, kde se používá k odstranění zubního kamene. Umožňuje rychle, nekrvavě a bezbolestně odstranit plak a kámen. V tomto případě není ústní sliznice zraněna a „kapsy“ dutiny jsou dezinfikovány. Místo bolesti zažívá pacient pocit tepla.

Ultrazvuk – zvukové vlny s frekvencí nad 20 tisíc Hertz v, Hz Infrasound SoundUltrasound Hypersound

Ultrazvuk se používá ke vzájemné komunikaci pomocí echolokace mnoha zvířaty: psi, delfíni, velryby, netopýři, některé druhy hmyzu a ptáci. Ultrazvuk se používá ke vzájemné komunikaci pomocí echolokace mnoha zvířaty: psi, delfíni, velryby, netopýři, některé druhy hmyzu a ptáci.

Netopýři, kteří při plavbě v noci používají echolokaci, vysílají svými ústy nebo nosním otvorem signály extrémně vysoké intenzity. Zvukové vlny se odrážejí od okolních předmětů, obkreslují jejich obrysy a netopýři je zachycují ušima a vnímají zvukový obraz okolního světa. Netopýři, kteří při plavbě v noci používají echolokaci, vysílají svými ústy nebo nosním otvorem signály extrémně vysoké intenzity. Zvukové vlny se odrážejí od okolních předmětů, obkreslují jejich obrysy a netopýři je zachycují ušima a vnímají zvukový obraz okolního světa.

Můry z čeledi medvědovitých vyvinuli generátor ultrazvukového hluku, který „vytlačí pach“ netopýrů pronásledujících tento hmyz. Můry z čeledi medvědovitých vyvinuli generátor ultrazvukového hluku, který „vytlačí pach“ netopýrů pronásledujících tento hmyz.

Delfíni vynikají v umění echolokace. Komplexní mozky těchto zvířat jsou schopny přesně analyzovat data získaná prostřednictvím echolokace a reprezentovat je ve třech rozměrech. Zajímavé je, že delfíni nejen „vidí“ prostor a předměty ve vesmíru pomocí ultrazvuku, ale jsou také schopni určit váhu předmětů nebo zvířat, jejich velikost a další důležité vlastnosti. Delfíni vynikají v umění echolokace. Komplexní mozky těchto zvířat jsou schopny přesně analyzovat data získaná prostřednictvím echolokace a reprezentovat je ve třech rozměrech. Zajímavé je, že delfíni nejen „vidí“ prostor a předměty ve vesmíru pomocí ultrazvuku, ale jsou také schopni určit váhu předmětů nebo zvířat, jejich velikost a další důležité vlastnosti.