Інфразвук та ультразвук. Властивості, дія на організм людини та застосування

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І  НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

ОДЗ

на тему:

«Інфразвук та ультразвук. Властивості, дія на організм людини та застосування»

 

 

 

 

Виконала       студентка гр.ЛС – 207

Стеценко Л.О

 

Перевірив          Коваль В.В

 

 

 

 

Суми 2012рік

Зміст

1. Вступ ……………………………….......………………………….....…......….....1

2. Поняття ультразвуку…......…......…......…......…......…......…......…......…......….2

3. Народження ультразвуку…......…......…......…......…......…......…......…......…....4

4. Джерела ультразвуку......…......…......…......…......……......…......…......…..........6

5. Ультразвук в природі......…......…......…..........…......…......….........…......….......8

6. Застосування ультразвуку......…......…......…..........…......…......….............…….9

7. Вплив ультразвуку на організм людини.…..........…......…......….............……11

8. Профілактика негативного  впливу ультразвуку….......…......…......…............14

9. Поняття інфразвуку...............................................................................................15

10. Джерела інфразвукових хвиль...........................................................................16

11. Інфразвук в нашому світі....................................................................................17

12. Застосування інфразвуку в медицині…….......………………………….....…19

13. Вплив інфразвуку на організм людини…….......…………………………......20

14. Захист від інфразвукового впливу…….......………………………….....….....23

15. Інфразвукова (психотронна) зброя та її застосування….......………………..25

16. Висновок……………………………….......………………………….....…......27

17. Список  використаної літератури……………….......…………………………28

 

Вступ

 

  У трудовій діяльності  на працівників  впливають  різні шкідливі фактори  виробничого середовища. Тому умови  праці на виробництві значною мірою визначаються наявністю виробничих шкідливостей (шкідливих факторів виробничого середовища). Під виробничими шкідливостями розуміють умови виробничого середовища, трудового та виробничого процесів, які за нераціональної організації праці впливають на стан здоров’я працівників та їх працездатність.

     Фізична природа  всіх звуків, незалежно від   частоти, одна  й та ж : це  пружні коливання, які поширюються  у  тому  середовищі, в якому  вони збуджені. У повітрі  звукові хвилі поширюються у  вигляді розбіжної (сферичної) хвилі. Звукова сферична хвиля заповнює все більший об’єм, оскільки коливання частинок повітря, зумовлені джерелом звуку, передаються все зростаючій масі повітря. Ми звикли до того, що звукові хвилі поширюються в усі боки від їх джерела.

     На  відміну від звичайних звуків ультразвуки мають значно меншу  довжину хвиль. Внаслідок цього  вони дають ультразвукові тіні і  їх можна одержати у вигляді вузьких  пучків, які за аналогією із світловими прийнято називати ультравуковими пучками.

     Інфразвук  - це коливання частоти нижче  16 Гц. Виявлено, що інфразвук пагубно  впливає на організм людини  і оточуюче середовище. Це зумовлено  тим, що частота інфразвуку  співпадає з власною частотою  предмета, а це, як нам відомо - явище резонансу. Це і є основною  причиною згубного впливу інфразвуку на оточуюче середовище.

     У даній доповіді я розгляну природу створення, поширення та шкідливого впливу ультразвуку та інфразвуку на організм людини та його наслідки.  

Поняття ультразвуку 

     Ультразвук  — це механічні пружні коливання  і хвилі, які відрізняються від звуку вищою частотою коливань (понад 20 кГц) і не сприймаються вухом людини. Ультразвукові коливання, як і звукові, поширюються у вигляді змінних стиснень і розріджень і характеризуються довжиною хвилі, частотою і швидкістю поширення. Частотна характеристика і довжина хвилі визначають особливості поширення коливань у навколишньому середовищі (повітряному, рідинному і твердому) — від 1,12-Ю4 до 1,0-109 Гц. Що вища частота ультразвукових коливань, то більше вони поглинаються середовищем і менше заглиблюються у тканини людини. Поглинання ультразвуку супроводжується нагріванням середовища. Швидкість поширення ультразвуку залежить від властивостей середовища — його щільності, пружності, в'язкості та температури. Так, у воді, особливо при підвищенні її температури, ультразвукові коливання поширюються швидше, ніж у повітрі. При поширенні ультразвукових коливань у повітрі їх, як і звуки, характеризують в одиницях звукового тиску — децибелах.

     Ультразвуковий  діапазон частот поділяють на  низькочастотні коливання (1,12 •  104 — 1,0 • 105 Гц), які поширюються  через повітря і контактно,  і високочастотні (1,0 • 105—1,0- 109 Гц), які поширюються тільки контактно.

     Ультразвук  застосовують у різних галузях народного  господарства — металургії, машино- і приладобудуванні, радіотехнічній, хімічній і легкій промисловості, медицині тощо. Внаслідок поширення застосування ультразвуку збільшується кількість працюючих, які перебувають під його впливом.

     Для технічних і медичних цілей ультразвук одержують за допомогою спеціальних пристроїв, де використовують п'єзоелектричний, магнітострикційний, електродинамічний, аеро- і гідродинамічний ефекти. Основними елементами ультразвукового устаткування є генератор і джерело ультразвукових коливань — акустичний перетворювач, вмонтований у ванну, верстат, машину тощо. Ультразвукові коливання до 120-130 дБ можуть виникати як супутні фактори при експлуатації технологічного і вентиляційного устаткування. Режим генерації ультразвуку може бути безперервним та імпульсним.

     При поширенні  в середовищах ультразвук зумовлює  механічний, термічний і  фізико-хімічні  ефекти. Так, при поширенні   ультразвуку в повітрі виникає  термічний ефект, що зумовлюється механічною дією ультразвуку (хвильовий рух  газоподібних, рідких і твердих частинок приводить до перетворення механічної енергії на теплову). Механічний ефект супроводжується зміною акустичного тиску під час стиснення і розрідження середовища силами, які розвиваються внаслідок великих прискорень частинок. Цими властивостями визначається диспергуюча дія ультразвуку. Фізико-хімічні ефекти пов'язані з кавітацією, виникненням зон стиснень і розриву внаслідок руху пружних хвиль, які викликають утворення бульбашок, заповнених парами рідини і розчиненим у ній газом. Під час проходження хвиль бульбашки зникають, підвищуються температура і тиск у рідині, виникають місцеві ударні явища, іонізація, утворюються гідроксильні радикали, атомарний кисень.

     Механічний, термічний  і фізико-хімічні ефекти, властиві  для ультразвукових коливань, широко  використовують у різних галузях народного господарства для адекватного впливу на речовини і технологічні процеси, структурного аналізу і контролю фізико-механічних властивостей речовин і матеріалів, у дефектоскопії і медицині для діагностики й лікування при багатьох захворюваннях. Завдяки високій біологічній активності в медицині найчастіше застосовують високочастотні ультразвукові коливання.

     У промисловості  й техніці широко застосовують низькочастотний ультразвук (18-44 кГц) великої інтенсивності (0,5-20 Вт/см2 і більше) для активного впливу на речовини і прискорення технологічних процесів, для очищення і знежирювання деталей, емульгації, подрібнення твердих речовин у рідинах, механічної обробки твердих матеріалів (різання), зварювання металів і пластмас, паяння, прискорення хімічних реакцій тощо. У медицині ультразвук застосовують для розтину і з'єднання біологічних тканин, стерилізації інструментів, рук.  

Народження ультразвуку 

 У 1880 році французькі  фізики, брати Пьер і Поль Кюри, відмітили, що при стисненні  і розтягуванні кристала кварцу  з двох сторін на його гранях, перпендикулярних напряму стиснення,  з'являються електричні заряди. Це  явище було назване п'єзоелектрикою (від грецького «п'єзо» – «тисну»), а матеріали з такими властивостями – п’єзоелектриками. Пізніше це явище пояснили анізотропією кристала кварцу – різні фізичні властивості уздовж різних граней.

 Під час першої світової війни французький дослідник Поль Ланжевен запропонував використовувати п'єзоелектричний ефект для виявлення підводних човнів. Якщо п’єзоелектрик зустрічає на своєму шляху ультразвукову хвилю від гвинта човна, який розповсюджується із швидкістю 1460 км/с, то вона стискає його грані, і на них з'являються електричні заряди. Стискаючись і розтискав, кристал як би генерує змінний електричний струм, який можна зміряти чутливими приладами. Якщо ж до граней кристала прикласти змінну напругу, він сам почне коливатися, стискаючись і розтискав з частотою змінної напруги. Ці коливання кристала передаються середовищу, що граничить з кристалом (повітрю, воді, твердому тілу). Так виникає ультразвукова хвиля.

 Ланжевен спробував  зарядити грані кварцевого кристала  електрикою від генератора змінного  струму високої частоти. При  цьому він відмітив, що кристал  коливається в такт зміні напруги.  Щоб підсилити ці коливання, учений вклав між сталевими листами-електродами не одну, а декілька пластинок і добився виникнення резонансу – різкого збільшення амплітуди коливань. Ці дослідження Ланжевена дозволили створювати ультразвукові випромінювачі різної частоти. Пізніше з'явилися випромінювачі на основі титанату барії, а також інших кристалів і кераміки, які можуть бути будь-якої форми і розмірів.

 Ультразвук можна отримати  і іншим способом. У 1847 році  англійський фізик Джеймс Джоуль виявив, що при перемагнічуванні електричним струмом залізних і нікелевих стрижнів вони то зменшуються, то збільшуються в такт змінам напряму струму. При цьому в навколишньому середовищі збуджуються хвилі, частота яких залежить від коливань стрижня. Це явище назвали магнітострикцією (від латинського «стриктус» – «стиснення»).

 Ультразвук виявився  просто знахідкою для вирішення  технічних, наукових і медичних завдань. Наприклад, ультразвукові дефектоскопи, об'єднані з комп'ютером, допомагають контролювати якість зварних швів, бетонних опор і плит. Ультразвукову апаратуру також з успіхом застосовують для різання і свердлення металів, скла і інших матеріалів. Ультразвук можна використовувати для подрібнення речовини – наприклад, для приготування тонко розмолотого цементу або азбесту, для отримання однорідних емульсій, для очищення рідини або газу від домішок. За допомогою сфокусованого пучка ультразвукових хвиль розпилюють деякі рідини, наприклад, ароматичні речовини, лікарські препарати. «Ультразвуковий туман», що виходить, як правило, якісніший, ніж аерозольний. І сам цей метод екологічно безпечніший, оскільки можна відмовитися від фтормістких газів, які використовуються в аерозольних балончиках.

  

Джерела ультразвуку 

 Частота надвисокочастотних  ультразвукових хвиль, вживаних  в промисловості і біології, лежить  в діапазоні порядку декількох  Мгц. Фокусування таких пучків зазвичай здійснюється за допомогою спеціальних звукових лінз і дзеркал. Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами можна отримати за допомогою відповідного перетворювача. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з титанату барії. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового пучка, зазвичай використовуються механічні джерела ультразвуку. Спочатку всі ультразвукові хвилі отримували механічним шляхом (камертони, свистки, сирени).

Свисток Гальтона

 Перший ультразвуковий  свисток зробив в 1883 році англієць Гальтон. Ультразвук тут створюється подібно до звуку високого тону на вістря ножа, коли на нього потрапляє потік повітря. Роль такого вістря в свистку Гальтона грає «губа» в маленькій циліндровій резонансній порожнині. Газ, що пропускається під високим тиском через порожнистий циліндр, ударяється об цю «губу»; виникають коливання, частота яких (вона складає близько 170 кГц) визначається розмірами сопла і губи. Потужність свистка Гальтона невелика. В основному його застосовують для подачі команд при дресируванні собак.

Рідинний ультразвуковий свисток

 Більшість ультразвукових  свистків можна пристосувати  для роботи в рідкому середовищі. В порівнянні з електричними джерелами ультразвука рідинні ультразвукові свистки малопотужні, але іноді, наприклад, для ультразвукової гомогенізації, вони володіють істотною перевагою. Оскільки ультразвукові хвилі виникають безпосередньо в рідкому середовищі, то не відбувається втрати енергії ультразвукових хвиль при переході з одного середовища в іншу.

 Мабуть, найбільш вдалою  є конструкція рідинного ультразвукового свистка, виготовленого англійськими ученими Коттелем і Гудменом на початку 50-х років 20 століть. У нім потік рідини під високим тиском виходить з еліптичного сопла і прямує на сталеву пластинку. Різні модифікації цієї конструкції набули досить широкого поширення для отримання однорідних середовищ.

 Завдяки простоті і  стійкості своєї конструкції (руйнується пластинка, що тільки коливається) такі системи довговічні і недорогі.

 

Сирена 

 Інший різновид механічних джерел ультразвуку – сирена. Вона володіє щодо великою потужністю і застосовується в міліційних і пожежних машинах. Всі ротаційні сирени складаються з камери, закритої зверху диском (статором), в якому зроблена велика кількість отворів. Стільки ж отворів є і на диску, що обертається усередині камери, – роторі. При обертанні ротора положення отворів в нім періодично співпадає з положенням отворів на статорі. У камеру безперервно подається стисле повітря, яке виривається з неї в ті короткі миті, коли отвори на роторі і статорі співпадають. Основне завдання при виготовленні сирен – це, по-перше, зробити якомога більше отворів в роторі і, по-друге, досягти великої швидкості його обертання. Проте практично виконати обидва ці вимоги дуже важко.  

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.