Ультразвук

Ультразвук – це пружні хвилі високої частоти, починаючи від 20000 Гц. (Звичайно ультразвуковим діапазоном вважають смугу частот від 20000 до кількох мільярдів Гц).

Хоча про існування ультразвуку вченим було відомо давно, практичне  використання його в техніці і промисловості почалося порівняно недавно.

Людське вухо не сприймає ультразвуку, однак деякі тварини, наприклад кажани, можуть сприймати і випромінювати ультразвук. Частково сприймають ультразвук  гризуни, кішки, собаки, кити, дельфіни.

Ультразвук відрізняється від звичайних звуків тим, що йому відповідають значно коротші довжини хвиль, які значно легше фокусувати і відповідно отримувати вузькі ультразвукові пучки.

Можливість утворення вузьких ультразвукових пучків дозволяє не лише концентрувати всю енергію ультразвуку в потрібному напрямі, але і в певному об’ємі

Багато властивостей ультразвуку аналогічні властивостям світлових променів. Але ультразвукові промені можуть поширюватися у таких середовищах, які для світлових променів є непрозорими. Це дозволяє використовувати ультразвукові промені для дослідження оптично непрозорих тіл.

Потужність ультразвуку на відміну від  чутних звуків може бути досить великою ( від штучних джерел може досягати декілька кіловат). Очевидно, ультразвук може передати всередину матеріального середовища дуже велику енергію механічних коливань.

Якщо звукова хвиля поширюється у повітрі, то під терміном "звуковий тиск " слід розуміти той надлишковий порівняно з атмосферним тиск або розрідження , яке виникає у повітрі при проходженні хвилі. Для чутних звуків, що відповідають розмові середньої гучності, цей тиск дуже малий, його можна порівняти з тиском,  який створює мошка, що сидить на листі, яке пливе по воді. При поширенні ультразвукової хвилі такої ж інтенсивності звуковий тиск уводі більший у декілька мільйонів разів.

Сфера використання ультразвуку дуже велика. Хоча ідея практичного використання ультразвуку виникла в першій половині ХХ ст. у зв’язку з розробкою методу гідролокації і приладів для виявлення на дні моря різних об’єктів: підводних човнів, рифів, підводних частин айсбергів. Це було викликано насамперед загибеллю у 1912р.суперлайнера "  Титанік" і участю підводних човнів у воєнних діях під час Першої світової війни. Сучасне мореплавство навіть уявити собі не можна без ультразвукової гідролокації.

Опромінення ультразвуком розплавлених металів та сплавів дає змогу отримати більш однорідну структуру з дрібних кристалів, сприяє видаленню з них газів, підвищує якість матеріалів.

Ультразвукові хвилі прискорюють протікання процесів дифузії, істотно впливають на розчинність речовини, прискорюють протікання хімічних реакцій.

Ультразвукова  дефектоскопія дає змогу виявити тріщини, порожнечі, шлакові включення у глибині деталей.

За допомогою ультразвуку проводиться обстеження   хворих органів людини.

Руйнівна дія ультразвуку на певні види бактерій знайшла своє застосування у медицині та бактеріології.

Деякі представники тваринного світу особливо чутливі до ультразвукових коливань. Так, наприклад,  морські свинки, сови, сірі миші, борсуки, водяні жуки, деякі нічні метелики, які сприймають ультразвукові коливання частотою до 100000 Гц.

Діапазон ультразвукових частот, які використовують кажани дуже широкий. Їх найнижчі ноти

(20 кГц ) подібні на свист, а найвищі лежать далеко за межами чутного, досягаючи 140 кГц. Локатор кажанів високоточний, надійний і ультра мініатюрний. Він завжди знаходиться у робочому стані й у багато разів більш ефективний, ніж ті локаційні системи, що їх створила людина. За допомогою свого ультразвукового "бачення" кажани виявляють у темряві натягнутий дріт діаметром 0,12 – 0,50 мм, вловлюють луну, що у 2000 разів слабша від сигналу, що подається. Про якість їх "локаторного" слуху свідчать і результати їх полювання: ці маленькі хижаки вже за 15 хвилин полювання на комарів, мошок та москітів збільшують масу свого тіла на 10%.

Дельфіни і кити теж використовують ультразвукову ехолокацію не тільки для орієнтування, але і для здобування їжі.

Чують ультразвук навіть собаки. Відомий такий цирковий номер, у якому собака "розв’язує" математичні задачі. Ніхто із глядачів і не здогадується, що вона просто  виконує команди, які їй подає дресирувальник за допомогою спеціального ультразвукового свистка.

Останнім часом технологічні процеси, засновані на використанні енергії ультразвуку, знаходять все більше поширення у виробництві. Ультразвукові коливання, які створюються промисловим устаткуванням впливають на організм людини.

Тривалий систематичний вплив ультразвуку, що поширюється повітряним шляхом, викликає зміни нервової, серцево-судинної, ендокринної систем, слухового і вестибулярного апаратів, вегетосудинну дистонію та астенічний синдром. При дії локального ультразвуку виникають явища вегетативного поліневриту різного ступеня виразності.

Характер змін, що виникають в організмі під впливом ультразвуку залежить від дози впливу. Малі дози 80-90 дБ – дають стимулюючий ефект – мікро масаж, прискорюють обмінні процеси. Великі дози – 120 дБ і більше – створюють вражаючий ефект.

Міри попередження несприятливої дії ультразвуку на організм операторів технологічних установок, персоналу лікувально-діагностичних кабінетів полягають у:

• створенні автоматизованого ультразвукового устаткування з дистанційним управлінням;
• використанні малопотужного устаткування, що сприяє зниженню інтенсивності  шуму й ультразвуку на робочих місцях  на 20-40 дБ;
• розміщенні устаткування в звукоізольованих приміщеннях;
• використанні засобів індивідуального захисту – проти шумів.