Sunetul este vibrațiile elastice ale aerului, excitate de corpul sonor din el. Fiecare dintre noi am aruncat o pietricele în apă și am văzut că valurile se îndepărtează de ea. Dacă vă bateți mâinile, atunci, ca urmare a aplauzei, aerul va începe să fluctueze cu o anumită frecvență și intensitate, doar că nu o vom vedea. În funcție de frecvența sunetului, sunetul se poate schimba. Cu cât este mai mare frecvența oscilațiilor, cu atât este mai mare tonul sunetului.
Sensibilitatea urechii umane la sunete de frecvențe diferite este diferită. Oamenii sunt deosebit de sensibili la sunete, ale căror frecvențe variază de la 16 la 20.000 de vibrații pe secundă. Cu vârsta, acest interval de audibilitate poate scădea. Dacă frecvența de oscilație a corpului sonor este mai mică de 16 oscilații pe secundă, atunci auditorul uman nu percepe asemenea sunete. Aceasta, așa-numita infrasune. Nu percepem sunete cu o frecvență de peste 20 mii de vibrații pe secundă - ultrasunete. De regulă, frecvența oscilațiilor sonore este măsurată în hertz (Hz).
Ecografiile nu sunt audibile și, prin urmare, oamenii folosesc dispozitive speciale pentru a le detecta. Studiul cu ultrasunete a condus la o serie de descoperiri științifice foarte interesante și a creat premisele pentru aplicarea pe scară largă a ecografiei: în fizică, chimie, biologie, medicină și tehnologie.
Viteza propagării ultrasunetelor depinde de proprietățile substanței în care este distribuită. Proprietățile ultrasunetelor diferă semnificativ de proprietățile sunetelor auditive. În timp ce sunetele obișnuite călătoresc de la sursă, toate în același timp în toate direcțiile, ultrasunetul se propagă cu un fascicul îngust, ca un fascicul de lumină. În aer, forța de ultrasunete scade rapid cu sursa, în lichide și solide, ultrasunetele încet încet cu distanța. Această proprietate a făcut posibilă utilizarea cu succes a ultrasunetelor pentru detectarea submarinelor și a diferitelor obstacole sub apă. Locator special cu ultrasunete - trimite subacvatic în
în orice direcție este un fascicul îngust care curge de la sursă și se pierde treptat dacă nu întâlnește nici un obstacol în calea sa. Dacă fasciculul ultrasonic lovește sub apă pe o stâncă sau pe o barcă, se reflectă de la ele. În sunete obișnuite, această reflecție se numește ecou. Ecoul ultrasonic revine la sursa care a trimis semnalul și poate fi acceptată. Luând în considerare timpul scurs din momentul trimiterii semnalului înainte de revenirea ecoului și știind viteza cu care se propagă ultrasunetele, puteți determina distanța la care este localizat obstacolul. Pe baza acestui principiu, se desfășoară negocieri între cele două submarine. Întorcând un dispozitiv ultrasonic special de sus în jos, acestea măsoară adâncimea mării. Acest dispozitiv este numit ecosounder. Transmite cu precizie toate neregularitățile suprafeței de fund, care sunt foarte eficiente în căutarea epavelor. De asemenea, trebuie spus că la interfața lichid-aer, undele ultrasonice sunt aproape complet reflectate, nu penetrează în mediul de aer. Chiar și un strat subțire de aer cu o grosime de o mie de centimetri creează un obstacol în calea tranziției energiei cu ultrasunete de la un mediu la altul. Din acest motiv, efectul de ultrasunete apare numai în prezența contactului cu lichidul dintre emițătorul de undă cu ultrasunete și obiectul scanat. Apariția vibrațiilor cu ultrasunete este însoțită de apariția unei valuri sau a unei fântâni la suprafață.
Au fost deosebit de interesante studiile care studiază efectul chimic al ultrasunetelor. S-a dovedit că ultrasunetele pot accelera și, în unele cazuri, pot provoca diverse reacții oxidative și pot chiar excita stralucirea apei. Oamenii de știință cred că ambele fenomene au o ode și același motiv. Propagarea ultrasunetelor se realizează prin comprimarea și rărirea periodică a mediului. Sa constatat că atunci când ultrasunetele trec prin coloana de apă, apar spații goale - cele mai mici bule (cavitații) în care gazele dizolvate în lichid pătrund imediat. Cavitatia bulelor exista de foarte mult timp. Ele se formează în locuri de rărire atunci când un lichid este rupt. Și din moment ce zidurile acestor bule poartă încărcături electrice, apoi se strânge în ele mici scânteie electrice, fiecare dintre care seamănă cu un fulger microscopic. Sub acțiunea acestor scântei, oxigenul dizolvat în apă trece într-o stare special activă. În parte, se transformă într-un ozon de gaz format în aer în timpul unei furtuni. Este oxigenul activ care provoacă procesele oxidative observate în timpul propagării ultrasunetelor. Acumulările electrice provoacă ionizarea moleculelor de apă care pătrund în bule de cavitație sub formă de vapori. Molecula ionizată este foarte instabilă și se descompune rapid într-un atom de hidrogen (H) și un hidroxil (OH) liber activ. Interacționând cu substanțele dizolvate în apă, aceste elemente provoacă o serie de reacții chimice. Sub influența undelor ultrasonice, iodul este eliberat din soluția apoasă de iodură de potasiu, sulf din hidrogen sulfurat, iar ionii de fier și mangan suferă oxidare. În plus, ca urmare a acțiunii unui val ultrasonic în apă, apare peroxidul de hidrogen și în prezența acizilor de azot, azot (HNO2) și nitric (HNO3), care sunt otrăvitori pentru un număr de celule animale. Sub influența ultrasunetelor nu apar doar procesele de oxidare, ci și procesele de reducere, polimerizare, depolimerizare și, de asemenea, rearanjamente intramoleculare.
Ca rezultat al numeroaselor teste, cercetatorii au ajuns la concluzia ca ultrasunetele au capacitatea de a descompune molecule mari si, in anumite conditii, pot accelera formarea moleculelor mari din particule mai mici. Cu ajutorul ultrasunetelor, este posibil să zdrobim nu numai lichide, ci și solide. Această metodă de mărunțire cu ultrasunete și-a găsit aplicația în industrie.
Sa inventat un fier special de lipit cu ultrasunete, care a făcut mai ușor să lucreze cu aluminiu și aliajele sale. Pentru detalii făcute din aceste materiale este imposibil să lipiți ceva în mod obișnuit. Lucrul este că aluminiul, sub influența oxigenului atmosferic, oxidează ușor, formând pe suprafața lui un film foarte subțire de oxid. În timpul lipirii, acest film împiedică pătrunderea lipitului pe suprafața metalului și împiedică formarea unei joncțiuni puternice. Oscilațiile cu ultrasunete ale fierului de lipit distrug acest film, făcând posibilă o joncțiune mecanică puternică. Cu un astfel de fier de lipit, chiar și obiectele de fier ruginite pot fi lipite fără a curăța mai întâi suprafața.
Abilitatea ultrasunetelor de a recunoaște diverse defecte atunci când trec prin solide este larg utilizată. În acest scop au fost create dispozitive ultrasonice speciale, care ne permit să realizăm studii foarte precise în acest domeniu. O astfel de diagnoză ultrasonografică precisă ajută la prevenirea accidentelor la întreprinderile industriale.
Microscopul cu ultrasunete a fost creat de fizicianul sovietic, expert în detectarea defectelor cu ultrasunete, Serghei Yakovlevich Sokolov. Spre deosebire de optica convențională, acest microscop vă permite să obțineți imagini mărită ale obiectelor care sunt în interiorul corpurilor opace. Folosind un microscop cu ultrasunete, puteți observa nu numai obiectele plasate într-un lichid opac, ci și toate fisurile, golurile și neomogenitățile din interiorul solidelor. Golurile din interiorul solidului corespund locurilor mai întunecate, ceea ce face posibilă observarea celor mai mici defecte. Microscopul cu ultrasunete dă o creștere în sute, mii și chiar zeci de mii de ori.
Datorită cercetării biologilor, sa stabilit că mulți reprezentanți ai lumii animale posedă abilitatea de a reproduce și de a percepe vibrațiile ultrasonice. De exemplu, sunetele de chirp, emise de lăcuste, greieri, lăcuste și alte insecte, acoperă o frecvență de până la 100 mii hertzi. Liliecii emit ultrasunete cu o frecvență de oscilație de 70 - 80 mii de vibrații pe secundă. În acest caz, sunetul se reflectă din toate obiectele care se află în calea zborului. Ecografia deja reflectată este surprinsă de urechea băiatului și servește ca un semnal de avertizare pentru aceasta. Cu alte cuvinte, se poate spune că liliecii posedă un dispozitiv de echolocare natural. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că liliecii disting foarte bine semnalele ultrasonice ale fiecăruia dintre rudele lor.
Știm cu toții că reprezentanții minunați ai lumii subacvatice a balenelor și delfinilor folosesc de asemenea cu succes gama ultrasonică pentru orientarea în apă. Cu ajutorul ultrasunetelor, transmit informații pe distanțe uriașe de zeci de mii de kilometri. Abilitatea de a prinde ultrasunetele are pisici și câini.
Efectul biologic al ultrasunetei a fost descoperit pentru prima dată de fizicianul francez Paul Langevin. El a descoperit că atunci când undele ultrasonice se propagă în corpurile de apă, peștele care le locuiește suprafața la suprafață "asurzise". Ei își pierd echilibrul și plutesc în stomac, încercând fără succes să accepte situația obișnuită. Odată cu încetarea ultrasunetelor, peștii revin la viața și comportamentul lor normal, dar numai dacă intensitatea și durata acestei expuneri nu depășesc anumite limite. În caz contrar, ființele vii sunt grav afectate și mor.
O caracteristică importantă a biologiei pentru undele ultrasonice este că acestea au capacitatea de a induce rupturi mecanice instantanee, moartea animalelor și a celulelor de plante într-un mediu acvatic. Sub influența ultrasunetelor descompun celule roșii sanguine (eritrocite), celule albe sanguine (leucocite), epiteliale, ficat și alte celule în soluția salină în suspensie. Valul ultrasonic dăunează și diverselor microorganisme. Mai degrabă rapid sunt rupturi ale membranelor celulare ale unor tipuri de ciuperci, astfel conținutul lor trece într-un mediu extern. În domeniul undelor ultrasonice, aproape toate organismele patogene și nepatogene sunt ucise. Chiar și un bacil tuberculos, cunoscut pentru stabilitatea sa, este rupt în părți separate sub influența undelor ultrasonice. Ecografia este capabilă să ucidă viruși. Este adevărat că nu toate microorganismele sunt la fel de sensibile la ultrasunete. Unii dintre ei izbucnesc rapid și mor, dar pentru moartea altora este nevoie de un impact mai intens și mai durabil. Proprietățile descrise de ultrasunete permit o utilizare pe scară largă în scopuri practice, în special în acele industrii și servicii municipale în care este necesară sterilizarea cu apă.
Foarte important este utilizarea ultrasunetelor în fabricarea anumitor medicamente. De exemplu, se știe că camforul este insolubil în apă, deci nu poate fi injectat direct în sângele pacienților. Datorită capacității de strivire a ultrasunetelor, a fost posibil să se obțină o emulsie de ulei de camfor cu particule atât de mici încât să poată fi introduse absolut fără nici un fel în sângele pacientului. Folosind undele ultrasonice, spargere celule de plante și animale, este posibil să se extragă situate în celulele de substanțe biologic active. - enzime, vitamine, hormoni, etc. Procesul de extracție are loc la temperaturi scăzute, fără participarea substanțelor străine și în condiții sterile, care protejează substanța obținută de la distrugerea rapidă.
Cu expunere mai mare la dezintegreze ultrasunete și substanțe biologic active: enzime, vitamine, toxine, și supus clivajului: particule proteice, aminoacizi, baze purinice și pirimidinice, acizi nucleici, etc ...
Cu ultrasunete puteți obține ulei de pește, menținând în același timp integritatea, care există vitamina A. De asemenea, cu ultrasunete ajută pentru a extrage o parte din organismele bacteriene
microorganisme patogene ale endotoxinelor. endotoxina recuperate sonicate în anumite condiții, își pierde toxicitatea, păstrând în același timp proprietățile imunogene, capabil să inducă imunitate la acțiunea toxinei care permite utilizarea de ultrasunete pentru a crea agenti terapeutici foarte valoroase.
De asemenea, trebuie să știm că un fascicul de valuri ultrasonice de mare intensitate poate deveni o armă formidabilă care ucide toată viața. Aceasta va provoca rupturi ale vaselor de sânge și lezarea organelor interne, ceea ce determină moartea organismului viu.
Dacă se toarnă apă în formă pliată a paharului mâinii, și a aruncat mâna în spatele fântânii cu ultrasunete - apa de suprafață în palma ta, începe să se miște, persoana va experimenta dureri severe în mână. Undele ultrasonice, care afectează țesutul cerebral, pot provoca o stare de șoc. Sistemul nervos este, de asemenea, foarte sensibil la ultrasunete.
În mod natural, ultrasunetele cu intensitate scăzută pot avea, de asemenea, un efect benefic asupra corpului uman. Acesta poate accelera și intensifica cursul anumitor procese biologice, manifestând astfel un efect stimulativ și afectând metabolismul. De exemplu, expunerea la semințe de leguminoase și plante oleaginoase cu ultrasunete are un efect benefic asupra creșterii lor.
Folosind lentile speciale de focalizare de energie cu ultrasunete pot fi concentrate și direcționate către o anumită adâncime și într-o anumită zonă a corpului, care deschide noi oportunități în însăși studiul rolului și importanței organelor individuale, precum și părți ale acestora în viața organismelor vii.
cu ultrasunete de intensitate scăzută are un efect terapeutic curativ într-o varietate de tulburări ale organelor interne, sistemul cardiovascular, nervii periferici, mușchi, articulații și m. p. nu numai din cauza căldurii cauzate de fluctuațiile în țesuturile profunde mincinoase. Acum este folosit în special în fizioterapie.
Metode de diagnostic ultrasonice utilizate în neurologie, cardiologie, chirurgie, ginecologie si oftalmologie pentru examinare interna a suprafeței și corpurile exterioare.