Навигация
3. Ультразвук в природі
Кажани, що використовують при нічному орієнтуванні ехолокацію, випускають при цьому ротом або що має форму параболічного дзеркала носовим отвором сигнали надзвичайно високої інтенсивності. На відстані 1–5см від голови тварини тиск ультразвуку досягає 60 мбар, тобто відповідає в чутній нами частотній області тиску звуку, що створюється відбійним молотком. Відлуння своїх сигналів кажани здатні сприймати при тиску всього 0,001 мбар, тобто в 10000 разів менше, ніж у сигналів, що випускаються. При цьому кажани можуть обходити при польоті перешкоди навіть у тому випадку, коли на ехолокаційні сигнали накладаються ультразвукові перешкоди з тиском 20 мбар. Механізм цієї високої перешкодостійкості ще невідомий. При локалізації кажанами предметів, наприклад, вертикально натягнутих ниток з діаметром всього 0,005 – 0,008 мм на відстані 20см (половина розмаху крил), вирішальну роль грають зміщення в часі і різниця в інтенсивності між сигналами, що випускаються і відбитим. Подковоноси можуть орієнтуватися і за допомогою тільки одного вуха (моноурально), що істотно полегшується великими безперервно рухомими вушними раковинами. Вони здатні компенсувати навіть частотне зрушення між сигналами, що випускаються і відбитими, обумовленого ефектом Доплера (при наближенні до предмету луна є більш високочастотною, ніж посланий сигнал). Знижуючи під час польоту ехолокаційнну частоту так, щоб частота відбитого ультразвуку залишалася в області максимальної чутливості їх «слухових» центрів, вони можуть визначити швидкість власного переміщення.
У нічних метеликів з сімейства ведмедиць розвинувся генератор ультразвукових перешкод, що «збиває із сліду» кажанів, переслідуючих цих комах.
Не менш умілі навігатори – жирні дрімлюги, або гуахаро. Населяють вони гірські печери Латинської Америки – від Панами на північному заході Перу на півдні і Сурінама на сході. Найбільший подарунок природи – це здібність гуахаро до ехолокації. Живучи в непроглядній тьмі, жирні дрімлюги, проте, пристосувалися віртуозно літати по печерах. Вони видають неголосні клацаючі звуки, що вільно уловлюються і людським вухом (їх частота приблизно 7 000 Герц). Кожне клацання триває одну-дві мілісекунди. Звук клацання відбивається від стенів підземелля, різних виступів і перешкод і сприймається чуйним птахом.
4. Застосування ультразвуку
Різання металу за допомогою ультразвуку
На звичайних металоріжучих верстатах не можна просвердлити в металевій деталі вузький отвір складної форми, наприклад у вигляді п'ятикутної зірки. Тут без слюсаря не обійдешся, а за допомогою ультразвуку це можна зробити. Магнітострикційний вібратор може просвердлити отвір будь-якої форми. Ультразвукове долото цілком замінює фрезерний верстат. При цьому таке долото набагато простіше за фрезерний верстат і обробляти їм металеві деталі дешевші і швидші, ніж фрезерним верстатом. Ультразвуком можна навіть робити гвинтову нарізку в металевих деталях, в склі, в рубіні, в алмазі. Зазвичай різьблення спочатку робиться в м'якому металі, а потім вже деталь піддають гарту. На ультразвуковому верстаті різьблення можна робити у вже загартованому металі і в найтвердіших сплавах. То ж і з штампами. Зазвичай штамп загартовують вже після його ретельної обробки. На ультразвуковому верстаті складну обробку проводить абразив (наждак, корундовий порошок) в полі ультразвукової хвилі. Безперервно коливаючись в полі ультразвуку, частинки твердого порошку «вгризаються в оброблюваний сплав і вирізують отвір такої ж форми, як і у долота. Більшість ультразвукових верстатів працюють безшумно. У недалекому майбутньому в цехах металообробних заводів не буде ні брязкоту, ні гуркоту. Шлях до тиші йде через звук.
Приготування сумішей за допомогою ультразвуку
Широко застосовується ультразвук для приготування однорідних сумішей (гомогенізації). Ще в 1927 році американські учені Лімус і Вуд виявили, що якщо дві рідини (наприклад, масло і воду), що не змішуються, злити в одну мензурку і піддати опромінюванню ультразвуком, то в мензурці утворюється емульсія, тобто дрібна суспензія масла у воді. Подібні емульсії грають велику роль в промисловості: це лаки, фарби, фармацевтичні вироби, косметика.
Застосування ультразвуку в біології
Здатність ультразвуку розривати оболонки кліток знайшла застосування в біологічних дослідженнях, наприклад, при необхідності відокремити клітку від ферментів. Ультразвук використовується також для руйнування таких внутріклітинних структур, як мітохондрії і хлоропласти з метою вивчення взаємозв'язку між їх структурою і функціями (аналітична цитологія). Інше застосування ультразвуку в біології пов'язане з його здатністю викликати мутації. Дослідження, проведені в Оксфорді, показали, що ультразвук навіть малій інтенсивності може пошкодити молекулу ДНК. Штучне цілеспрямоване створення мутацій грає велику роль в селекції рослин. Головна перевага ультразвуку перед іншими мутагенами (рентгенівські промені, ультрафіолетові промені) полягає в тому, що з ним надзвичайно легко працювати.
Застосування ультразвуку для очищення
У лабораторіях і на виробництві застосовуються ультразвукові ванни для очищення лабораторного посуду і деталей від дрібних частинок. У ювелірній промисловості ювелірні вироби очищають від дрібних частинок полірувальної пасти в ультразвукових ваннах. У деяких пральних машинах застосовують ультразвук для прання білизни.
Застосування ультразвуку для очищення коренеплодів
У деяких харчових виробництвах застосовують ультразвукові ванни для очищення коренеплодів (картоплі, моркви, буряка і ін.) від частинок землі.
Застосування ультразвуку в ехолокації
У рибній промисловості застосовують ультразвукову ехолокацію для виявлення косяків риб. Ультразвукові хвилі відбиваються від косяків риб і приходять в приймач ультразвуку раніше, ніж ультразвукова хвиля, що відбилася від дна.
Застосування ультразвуку у витратометрії
Для контролю витрати і обліку води і теплоносія з 60-х років минулого століття в промисловості застосовуються ультразвукові витратоміри. Незаперечні достоїнства ультразвукових витратомірів: мала або повна відсутність гідравлічного опору, надійність (оскільки немає рухомих механічних елементів), висока точність, швидкодія, перешкодозахисна – визначили їх широке розповсюдження.
Використані джерела
1. И.П. Голямина. Ультразвук. – М.: Советская энциклопедия, 1979.
2. И.Г. Хорбенко. В мире неслышимых звуков. – М.: Машиностроение, 1971.
3. В.П. Северденко, В.В. Клубович. Применение ультразвука в промышленности. – Минск: Наука и техника, 1967.
Похожие работы
... ультразвуковых колебаний. Теоретически, поглощение пропорционально квадрату частоты. Величину поглощения можно характеризовать коэффициентом поглощения, который показывает, как изменяется интенсивность ультразвука в облучаемой среде. С ростом частоты он увеличивается. Интенсивность ультразвуковых колебаний в среде уменьшается по экспоненциальному закону. Этот процесс обусловлен внутренним трением ...
... риск практически сводится к нулю. Так что все опасения относительно вредного влияния ультразвука не имеют под собой почву. И, тем не менее, врачи, основываясь на многолетнем опыте использования ультразвука, установили некоторые противопоказания для ультразвуковой терапии. Это – острые интоксикации, болезни крови, ишемическая болезнь сердца со стенокардией, тромбофлебит, склонность к кровотечениям ...
... излучателей с фронтальным типом излучения. Приведённый график иллюстрирует резкое повышение скорости осаждения покрытия под воздействием ультразвука (кривая 1) по сравнению с традиционными установками (кривая 2). Сегодня катализаторы – самый распространенный элемент химических технологий. Но мало кто знает, что сходных, причем специфических эффектов можно добиться с помощью мощных ультразвуковых ...
... примесей и др. Ультразвук ускоряет некоторые химические реакции, особенно процессы окисления за счет реакционно-способных радикалов Н, ОН и др, что может быть использовано при получении химических соединений. Кавитационный ультразвук используется для разрушения оболочек растительных или животных клеток и извлечения из них различных биологически активных веществ - ферментов, токсинов, витаминов ...
0 комментариев