Transcript 4 - WEBD.pl


DRGANIA ULTRADŹWIĘKOWE –
0
DŹWIĘKI NIESŁYSZLNE

KIEDY FALE SĄ SŁYSZALNE ?

CZYM RÓŻNIĄ SIĘ ULTRADŹWIĘKI
OD DŹWIĘKOW SŁYSZALNYCH ?

JAK OTRZYMUJEMY
ULTRADŹWIĘKI ?

ULTRADŹWIĘKI W PRZYRODZIE

ZASTOSOWANIE ULTRADŹWIĘKÓW
Ultradźwięki są to drgania o
częstotliwościach wyższych od
górnej granicy słyszalności tj. 20 kc/sek, oraz
natężenia fali przekraczającej granicę bólu.
To czy fale, których źródłem są drgania w ośrodkach sprężystych, są słyszalne
dla naszego ucha, zależy to od dwóch czynników, a mianowicie:

Od częstotliwości drgań

Od natężenia danego tonu
Zakres słyszalności ( pole zakreskowane ):
I – próg słyszalności, II – granica bólu.
Jak nas pouczają doświadczenia, drgania słyszalne zawierają się w granicach od
16 do 20 000 drgań na sekundę. Górna granica słyszalności zależy w dużym stopniu od
cech indywidualnych różnych ludzi, od ich zawodu i wieku. Osoby pracujące w halach
fabrycznych, kuźniach – wszędzie gdzie panują duże hałasy – oraz osoby w starszym
wieku często nie słyszą już drgań o częstotliwości 12 kc/sec. Aby lepiej zrozumieć tą
zależność wykonajmy nsp. doświadczenie. Weźmy urządzenie zwane syreną Savarta.
Jest to metalowe koło, które wprawiamy w ruch obrotowy. Poruszające się zęby koła
pobudzają do drgań sprężynkę lub kawałek kartonu, a one z kolei – otaczający ośrodek,
którym jest powietrze. Drgania wywołują w powietrzu falę o częstotliwościach równych
częstotliwości drgań sprężynki.
Wprawiamy przedstawiona syrenę w bardzo powolny ruch,
tak by częstotliwość n była mniejsza od 16 c/sek.
Zobaczymy wprawdzie, że języczek syreny jest poruszany
przez zęby koła, a więc otaczające powietrze jest również
pobudzane do drgań i w powietrzu rozchodzi się fala, lecz
mimo to ucho nasze nie zarejestruje istnienia takiego
dźwięku, chociaż on istnieje. Można, zatem mówić o
Syrena
Savarta
dźwięku niesłyszalnym.
Dopiero, gdy zwiększymy ilość obrotów koła zębatego, to jest zwiększymy częstotliwość
drgań, wtedy po przekroczeniu częstotliwości n = 16 c/sek usłyszymy bardzo niskie tony.
Zwiększając częstotliwość drgań usłyszymy tony coraz wyższe, lecz po przekroczeniu
górnej granicy słyszalności, to znaczy 20 kc/sek, dźwięk staje się znowu niesłyszalny,
jakkolwiek istnieje nadal.
Słyszalność fali dochodzącej do naszego ucha zależy nie tylko od jej częstotliwości, lecz
również od jej natężenia. Natężenie fali oczywiście zależy od energii źródła i od
właściwości ośrodka, w którym fala się rozchodzi. Im dalej od źródła, tym energia fali
maleje na skutek strat zależnych od ośrodka. Natężenie fali mierzymy ilością energii
przechodzącej w ciągu jednej sekundy przez powierzchnie 1 cm2 ustawioną prostopadle
do kierunku rozchodzenia się fali.
Istnieją fale, których częstotliwości będą wprawdzie zawarte w granicach słyszalności,
ale gdy natężenie ich będzie zbyt małe, wtedy ucho nasze nie zarejestruje ich istnienia.
Najniższe natężenie, przy którym fala może być słyszalna, nazywamy progiem
słyszalności.
Gdy natężenie danej fali słyszalnej będzie rosło, wówczas po przekroczeniu pewnej
wartości ucho odczuje tylko ból wywołany zbyt wielkim ciśnieniem fali wywieranym na
błonę bębenkową. Tę wartość ciśnienia nazywamy granicą bólu, która podobnie jak i
wartość progu słyszalności jest zależna od częstotliwości.
Nasuwa się pytanie, dlaczego fale ultradźwiękowe, które również są falami dźwiękowymi
oraz docierają do naszego ucha, nie są jednak słyszalne.
Aby wyjaśnić to zjawisko, zróbmy nsp. doświadczenie za pomocą znanej już
syreny Savarta. Zwróćmy szczególną uwagę na sprężysty języczek, którego wolny koniec
znajduje się między zębami koła syreny, w chwili, gdy koło zębate jest w spoczynku. Gdy
koło wprawiamy w ruch, wtedy ząb koła zaczepia o języczek i wychyla go z położenia
równowagi, gdy zaś ząb przesunie się dalej, wówczas pozwala języczkowi, wskutek jego
sprężystości, wrócić do pierwotnego położenia. W tej chwili nadchodzi następny ząb koła i
opisany proces powtarza się. Jeżeli natomiast będziemy obracali koło syreny bardzo
szybko, to języczek nie będzie wpadał w odstępy pomiędzy zębami i pozostanie stale
wychylony z położenia równowagi. Nie będzie on, zatem wykonywał drgań, czyli
pozostanie w spoczynku.
Podobnie
zachowuje
się
błona
bębenkowa naszego ucha. Przy zbyt wysokich
częstotliwościach nie nadąży ona za drganiami
fali ultradźwiękowej dochodzącej do ucha. Błona
zostanie napięta, odczujemy ból w uchu, a przy
bardzo dużym natężeniu fal może nawet nastąpić
uszkodzenie błony bębenkowej, co połączone jest
z utratą słuchu. Teraz rozumiemy dlaczego dla
różnych osób górna granica słyszalności jest
Ogólna budowa ucha ludzkiego
różna. Zależy ona od sprężystości naszej błony
bębenkowej.
Kierunkowość fali ultradźwiękowej zależy nie tylko od
długości fali, lecz także od stosunku długości fali do
wymiarów źródła fali ultradźwiękowej. A mianowicie: im
mniejsza jest długość fali w porównaniu z wymiarami
powierzchni wysyłającej falę, tym prostsza jest droga
promienia ultradźwiękowego.
Kierunkowość ultradźwięków jest jedną z charakterystycznych
cech, które często wykorzystuje się dla celów praktycznych.
Jak to należy rozumieć?
Jak to należy rozumieć? Otóż wyobraźmy sobie, że obserwujemy chłopców
grających w piłkę. Słyszymy, jak na przykład Franek głośno woła : „Kazik podaj piłkę
do mnie!” – zwracając swoją twarz w kierunku biegnącego z piłką Kazika. My oraz
inni stojący po przeciwnej stronie boiska, daleko w tyle poza plecami Franka, słyszymy
również jego głos dzięki temu, że fala słyszalna rozchodzi się we wszystkich
kierunkach, a więc dociera i do naszego ucha.
Inaczej byłoby, gdyby człowiek
wysyłał i odbierał falę ultradźwiękową.
Wtedy fala wysyłana przez Franka byłaby
wiązką biegnącą tylko w kierunku Kazika i
słyszałby ją jedynie ten, kto znajdowałby się
na wprost twarzy Franka (źródła fali
ultradźwiękowej). Inne osoby stojące z boku i
z tyłu nie odbiorą i nie usłyszą głosu tylko,
dlatego,
że
nie
stoją
na
drodze
przebiegających fal ultradźwiękowych.
Rozchodzenie się fali dźwiękowej.
Rozchodzenie się fali ultradźwiękowej.
Aby umożliwić przeprowadzanie ciągłych i coraz wnikliwszych
badań nad ultradźwiękami i ich zastosowaniem, zbudowano szereg
urządzeń do wytwarzania fal ultradźwiękowych zwanych
generatorami. Podzielić je możemy na nsp. grupy:

Mechaniczne

Piezoelektryczne

Magnetostrykcyjne
Należą tu wszelkie urządzenia mechaniczne, które pozwalają na
wytwarzanie drgań o częstotliwościach wyższych od górnej granicy
słyszalności. Zaletą tych urządzeń jest możliwość ciągłej regulacji
częstotliwości. Spośród tej grupy najciekawsza jest :


Piszczałka Galtona
Syreny
Piszczałka Galtona
Za pomocą piszczałki Galtona możemy
wytworzyć drgania aż do 40 kc/sek, podlegające ciągłej
regulacji częstotliwości. Istotną częścią piszczałki jest
mały, zamknięty u spodu cylinderek z ruchomym
tłoczkiem. Nad cylinderkiem znajduje się otwór, z którego
wylatuje strumień gazu wprawiający w drganie powietrze
zawarte w cylinderku. Przesuwając tłoczek wzdłuż
cylinderka możemy zmieniać jego długość, czyli zmieniać
wysokość drgającego słupa powietrza, a przez to częstość
drgań fali. Cylinderek wraz z tłoczkiem umieszczony jest
na śrubie mikrometrycznej, co pozwala mierzyć wysokość
drgającego słupa powietrza, a w ten sposób częstość drgań
otrzymanej fali.
Piszczałka Galtona:
F,G – podziałki, przy pomocy
których określamy wysokość
drgającego słupka powietrza h;
dopływ powietrza przez górną
rurkę.
Syreny
Urządzenie jest stosukowo proste i pozwala uzyskać
dowolne częstości drgań. Ogólna zasada ich działania: gdy
tarcza z otworkami zacznie się obracać, na drodze pędzącego,
silnego strumienia sprężonego powietrza, znajdą się bądź
otworki, bądź też miejsca zasłonięte między nimi. Miejsca te
stanowią przeszkodę dla ruchu gazu. Strumień jest, więc co
chwila przerywany. Co chwila powstają zagęszczenia i
rozrzedzenia. Gdy tarcza obraca się coraz szybciej, liczba
mijanych w jednostce czasu przez strumień powietrza
otworków i zasłon wzrasta. Wzrasta, więc liczba zagęszczeń i
rozrzedzeń w ciągu sekundy.
Przy odpowiednio dużej szybkości obrotowej tarczy
otrzymujemy drgania o częstości powyżej kilkunastu tysięcy.
Syreny jako źródła ultradźwięku używane są wtedy, gdy
posługujemy się stosunkowo niewielką częstością drgań – od
20000 do 30 000 c/sek. Ważną ich zaletą jest duża energia
wysyłanego ultradźwięku. Moc syreny, czyli ilość energii
wysyłanej w przestrzeń w ciągu sekundy, może wynosić kilka
kilowatów.
Syrena z licznikiem
obrotów:
a – otwór przez który
dostaje się do syreny
strumień powietrza.
Model prostej syreny.
Są to urządzenia, których zasadą działania jest
zjawisko piezoelektryczne tzn. przy odpowiednim
ściskaniu i rozciąganiu kryształków kwarcu, czyli przy
zmianie jego rozmiarów, pojawia się na jego
przeciwległych ściankach elektryczność: na jednej ściance
ujemna, a na drugiej dodatnia.
Na odpowiednio wyciętej z kwarcu płytce,
poddanej ściskaniu lub rozciąganiu,
pojawiają się ładunki elektryczne.
Umieszcza się kwarc między dwiema płytkami
metalowymi i ustawia się całe to urządzenie w zmiennym
polu elektrycznym. Gdy chcemy wzbudzić drgania w
kwarcu, częstość zmian pola elektrycznego musi być taka
sama jak częstość drgań własnych kwarcu. Drgający
kryształ naciska na cząsteczki otaczającego ośrodka,
tworzą się szybko po sobie następujące zagęszczenia i
rozrzedzenia – powstaje ultradźwięk. Dlatego taż
piezokwarc jako źródło ultradźwięku pozwala uzyskać
częstość drgań bardzo dużą powyżej 100 000 c/sek, ale
moc daje niewielką, tysiące razy mniejszą niż syreny.
Wnętrze nowoczesnego generatora
piezoelektrycznego.
Zjawisko, na którym oparto budowę generatorów, czyli źródeł ultradźwięku, nosi
nazwę magnetostrykcji. Nazwa bardzo zawiła, ale zasada bardzo prosta.
Nawińmy na żelazny czy niklowy pręt dużo zwojów izolowanego drutu i
przepuśćmy przez ten drut prąd elektryczny,wtedy wiemy pręt działa
podobnie jak magnes. Jeśli w jakiś sposób zmienimy wielkość sił pola, w
którym znajduje się pręt, to przy każdej zmianie następuje skrócenie lub
wydłużenie pręta. Zmiany te są bardzo małe, wynoszą zaledwie drobną
część milimetra, wywołują jednak zagęszczenia i rozrzedzenia ośrodka, w
którym znajduje się pręt, czyli są źródłem fal. Im częściej zmieniają się
W zmiennym polu
siły pola magnetycznego, tym większa jest ilość skracań i wydłużeń pręta
pręcik
w jednostce czasu, czyli większa jest częstość jego drgań, a co za tym magnetycznym
niklowy skraca się i
wydłuża.
idzie większa częstość ultradźwięku.
Jedną z głównych zalet generatorów magnetostrykcyjnych
jest
otrzymywanie
dość
dużych
energii
fal
ultradźwiękowych,
lecz
tylko
przy
niskich
częstotliwościach np. przy częstotliwości 24 kc/sek można
uzyskać około 17 watów z centymetra kwadratowego
powierzchni końców drgającego pręta niklowego.
Przewodnik magnetostrykcyjny schemat,
Ultradźwięki w przyrodzie nie stanowią nic
nowego, już od dziesiątków tysięcy lat niektóre
zwierzęta potrafią wytwarzać fale o wysokich
częstotliwościach. Na przykład nietoperze zawsze
fascynowały uczonych, ponieważ, mimo że ich
oczy są słabo rozwinięte i źle widzą to latają w
ciemnościach szybko pewnie i na dodatek potrafią
chwytać wiele owadów. Niezwykłą orientację w
przestrzeni zawdzięczają nietoperze przede
wszystkim temu, iż mają niezwykle rozwinięty
słuch oraz wyostrzony zmysł dotyku. Dwie muszle
uszne łowią czujnie najlżejszy szmer. Nietoperz ma
zdolność odbierania za pomocą swego nadzwyczaj
Nietoperz który wysyła i odbiera odbitą fale ultradźwiękową.
czułego narządu słuchu odbitych od przedmiotów,
niesłyszalnych dla naszego ucha fal ultradźwiękowych, wychodzących z jego pyszczka.
Stwierdzono, że nietoperz wysyła krótkie impulsy ultradźwiękowe zwane ultrapiskiem,
trwające około 0,02 sekundy, a nawet i krócej. Kiedy wysyłany impuls natrafia na swej drodze
przeszkodę, wtedy odbija się od niej i wraca z powrotem do uszu nietoperza. Na podstawie, więc
długości czasu między wysłaniem impulsu a powrotem fali odbitej w postaci echa nietoperz
orientuje się, jaka jest odległość od przeszkody. W przypadku, gdy wysłany impuls nie wraca,
oznacza to, że droga jest wolna. Zjawisko to nazywamy echolokacją. Większość nietoperzy
posługujących się echolokacją wytwarza dźwięki o częstotliwości 20 do 80 kHz, a niektóre nawet
od 120 do 210 kHz

MIERZENIE GŁĘGOKOŚCI MORZA

BADANIE UKRYTYCH WAD
MATERIAŁÓW

ULTRADŹWIĘK W SŁUŻBIE ZDROWIA

JAK ULTRADŹWIĘK ROZPRASZA
MGŁĘ I OCZYSZCZA DYM ?

LUTOWANIE ULTRADŹWIĘKAMI

JAK ULTRADŹWIĘKI POMAGAJĄ
NIEWIDOMYM ?

PROMIENIE ŚMIERCI I ŻYCIA
Ultradźwięki pierwsze swe zastosowanie znalazły w żegludze morskiej i rzecznej, jako
miernik głębokości i jako wskaźnik podwodnych przeszkód na drodze statku. Ktoś
jednak może zapytać, dlaczego ultradźwięki a nie dźwięki słyszalne? Otóż, dlatego, że
przy dużych częstościach drgań fala dźwiękowa daje się łatwo kierować. Dźwięki
słyszalne rozchodzą się natomiast we wszystkich potrzebnych i niepotrzebnych nam
kierunkach. Ultradźwięki natomiast możemy wysyłać w postaci wąskich i przez to
silnych wiązek w jednym tylko kierunku. Zasada tego pomiaru jest nsp:
Wysyłany impuls (A) fali ultradźwiękowej w kierunku
dna morskiego, po odbiciu się od niego, wraca z
powrotem w postaci fali odbitej (B), czyli echa, do
naszego odbiornika. Ponieważ znamy szybkość
rozchodzenia się ultradźwięków w wodzie morskiej, więc
po zmierzeniu czasu od wysłania impulsu do powrotu
echa możemy wyliczyć głębokość morza.
Obliczenia głębokości dokonujemy za pomocą prostego wzoru:
Gdzie:
H
u t
2
Schemat sondy ultradźwiękowej na
statku.
H – jest głębokością mierzoną w metrach
u - szybkością ultradżwięku w wodzie m/sek
t – zaś czasem w sekundach.
Właściwości fal ultradźwiękowych pozwoliły na zastosowanie ich do badania ukrytych
wad materiałów. Falami tymi możemy badać materiały w stanie surowym, części maszyn
gotowe lub po częściowej obróbce, a nawet części już wbudowane do maszyn.
Fizyk radziecki prof. S. Sokołow zauważył w 1929
roku przy badaniu rozchodzenia się ultradźwięków, że
w ciałach stałych, części z pęknięciami, rysami,
pęcherzykami lub rozdwojeniami – przewodzą gorzej
niż ciała jednorodne. Dzięki swemu odkryciu
doprowadził do zbudowania aparatu zwanego
defektoskopem – aparat ten bardzo szybko i dokładnie
wykrywa uszkodzenie wewnętrzne metalu. Na badany
obiekt trzeba skierować wiązkę ultradźwięku i zbadać
ją po wyjściu.
Ultradźwiękowy
grubościomierz
rezonansowy.
Metoda wykrywania ukrytych wad materiałów,
w której osobno istnieje nadajnik i odbiornik.
Metoda wykrywania ukrytych wad materiałów, w
której nadajnik jest równocześnie odbiornikiem.

Kawitacja i jej skutki

Ultrasonografia

Ultradźwięk jako masażysta, który leczy
Ciekawym zjawiskiem występującym przy falach ultradźwiękowych dużej mocy,
rozchodzących się w cieczach, jest tak zwana kawitacja. Istota zjawiska jest bardzo
prosta. Jak wiadomo fala ultradźwiękowa to następujące po sobie zagęszczenia i
rozrzedzenia cząsteczek, jeśli zaś ośrodkiem rozchodzenia się fali będzie ciecz to
zauważymy, że gdy zagęszczenie zostanie wywołane dużą siłą to wtedy może zajść taki
przypadek, że w miejscach rozrzedzenia nastąpi oddzielenie się cząstek cieczy od siebie
i powstanie między nimi maleńka pusta przestrzeń. Te powstające pęcherzyki – próżnie
istnieją bardzo krótko, gdyż kurczą się i znikają. Podczas ich kurczenia się powstają w
cieczy bardzo wielkie ciśnienia, dochodzące nieraz do kilkuset atmosfer.
Dzięki tej właściwości ultradźwięków możemy wytwarzać mieszaniny cieczy,
których w inny sposób nie da się ze sobą zmieszać, na przykład wody z rtęcią, wody z
olejem, powstają w ten sposób emulsje i zawiesiny.
Wytwarzanie emulsji oraz zawiesin, ze względu na możliwość otrzymywania bardzo
rozdrobnionych cząsteczek, ma duże praktyczne zastosowanie przy produkcji różnych
preparatów leczniczych, a w szczególności zastrzyków. Tę właściwość ultradźwięków
wyzyskuje medycyna również przy wprowadzaniu do organizmu ludzkiego różnych
środków leczniczych. Fala ultradźwiękowa rozdrabnia wprowadzone do ciała substancje
i ciśnieniem swym wtłacza je do wnętrza. Ten sposób wstrzykiwania leków jest
bezbolesny i pozwala uniknąć szkodliwego często skupiania ich w jednym miejscu
ciała.
Za pomocą ultradźwięków można stwierdzić nie tylko dokładne położenie serca,
wątroby, żołądka itp., lecz także wykryć zachodzące zmiany chorobowe.
Ultrasonografia jest jedną z medycznych metod obrazowania narządów i tkanek ustroju
ludzkiego przy pomocy fali ultradźwiękowej. Najczęściej stosuje się ultradźwięki w zakresie
od 1 do 10 MHz. Fala ta rozchodząc się w akustycznie elastycznym ośrodku, jakim jest ciało
ludzkie, ulega różnym zjawiskom - między innymi odbiciu. Część fali ultradźwiękowej
odbitej na granicy dwóch ośrodków o różnej oporności akustycznej jest źródłem informacji
o stanie danego narządu czy określonej przestrzeni wewnątrz ciała osoby badanej.
Każdy aparat ultradźwiękowy zbudowany jest
z sondy - głowicy, w której znajduje się przetwornik
wytwarzający i odbierający ultradźwięki. W wyniku
zamiany impulsu akustycznego na impuls elektryczny i
wprowadzeniu skali szarości przez układy elektroniczne
w ultrasonografie, na ekranie monitora powstaje obraz
wybranej warstwy narządu czy tkanki. Przesuwając
głowicą aparatu, uzyskuje się obrazy całego badanego
narządu.
Schemat badania
ultrasonograficznego
W medycynie wykorzystuje się wiele innych właściwości ultradźwięku. Na
przykład przy przechodzeniu przez organizm w różnych jego miejscach fala naciska na
tkanki to silniej (zagęszczenia), to słabiej (rozrzedzenia). Ultradźwięk działa, zatem
podobnie jak masażysta, który wywiera działanie nie tylko na tkanki zewnętrzne, lecz
nawet te głęboko schowane w ciele, może, zatem być masażystą do głębokiego masażu.
Efektem takiego działania ultradźwięku będzie zwiększona wymiana międzykomórkowa
zużytych substancji odżywczych, odpadów przemiany materii oraz pobudzenie
poszczególnych organów do sprawniejszej pracy. Z badań przeprowadzonych przez
niemieckiego lekarza Pohlmana dowiedziono, że ultradźwięk nie działa szkodliwie nawet
wtedy, gdy dany organizm jest naświetlany codziennie odpowiedni dobraną falą. Pohlman
poddawał działaniu ultradźwięków rękę przez 8 tygodni, codziennie przez 5 minut i nie
stwierdził żadnych uszkodzeń.
Dziś jednak wiemy, że ultradźwięki wpływają bez wątpienia na system nerwowy
człowieka. Osoby, bowiem podatne działaniu silnych fal ultradźwiękowych odczuwają ból
głowy i zaburzenia w utrzymaniu równowagi oraz silne zmęczenie. Mimo to cieplne
działanie fali ultradźwiękowej wykorzystywane jest przy leczeniu reumatyzmu oraz
schorzeń szpiku kostnego. Polega to na ogrzewaniu miejsc, w których te choroby się
rozwijają.
Ciekawe zjawisko obserwujemy w czasie działania fali ultradźwiękowej w czasie
działania silnej fali ultradźwiękowej rozchodzącej się w gazach, na przykład w
powietrzu. Drobne cząsteczki ciał stałych lub płynnych, zawieszone w powietrzu,
ulegając zmiennym działaniom sił powstających na skutek rozchodzenia się fali
ultradźwiękowej zbijają się w większe cząsteczki. Zjawisko to nazywamy koagulacją.
Oczywiście te duże cząsteczki stają się cięższe od powietrza i opadają szybko w dół.
Koagulacja znalazła zastosowanie przy:

rozpraszaniu mgły

oczyszczaniu dymu
Zjawisko to próbowano zastosować w rozpraszaniu mgły z lotnisk i miast. W czasie,
bowiem lądowania samolotu bardzo ważnym czynnikiem jest dobra widoczność miejsca
lądowania.
Wywołane falą ultradźwiękową drgania drobniutkich kropelek mgły powodują ich
zlepianie się i opadanie na ziemie. Próby robione na wielu lotniskach dały pomyślne
rezultaty. Przy użyciu wielkiej syreny jako źródła ultradźwięku mgła powoli opadała na
ziemie, w postaci kropelek deszczu. Jest tylko jedno „ale”…stosowany na lotniskach
ultradźwięk wprawiał w ruch drgający nie tylko cząsteczki mgły, ale również cząsteczki
organizmu ludzi obsługujących syrenę i lotnisko. Mgła na lotnisku opadała, ale
jednocześnie duża ilość czerwonych białek krwi u obsługi lotniska rozpadała się i ulegała
zniszczeniu. To szkodliwe działanie bogatego w energię ultradźwięku jest hamulcem w
zastosowaniu go do usuwania mgły z lotnisk i miast.
Syrena ultradźwiękowa do
rozpraszania mgły
Całkiem inaczej sytuacja kształtuje się w
przypadku zastosowania ultradźwięków do
oczyszczania dymów w kominach fabrycznych.
Jak to się robi ? Bardzo prosto. W pobliżu wylotu
komina ustawia się silne źródło ultradźwięku.
Wprawione w drgania drobne cząsteczki sadzy
zderzają się ze sobą, zlepiają i opadają na dno
specjalnych komór, skąd usuwa się je
mechanicznie poza obręb komina. Jak widać na
rysunku dym jest tak dokładnie oczyszczony, że
stał się niewidoczny. Badania przeprowadzone po
roku 1937 umożliwiły zastosowanie fali
ultradźwiękowej do likwidowania dymu na skalę
przemysłową. Wszystkie kominy nowoczesnych
fabryk posiadają oddymiacze ultradźwiękowe.
Schemat przedstawiający system ultradźwiękowy
stosowany do oczyszczania dymu.
Komin fabryczny z
ultradźwiękowym urządzeniem
do oczyszczania dymu
Do ciekawych zastosowań technicznych ultradźwięków należy lutowanie stopów metali
lekkich, jak na przykład aluminium, duraluminium. Lutowanie wymienionych metali było
dotychczas niemożliwe ze względu na powstawanie w temperaturze lutowania tlenków
tych metali. Warstewka tych tlenków nie pozwala roztopionej cynie przenikać w głąb
materiału, co stanowi istotę lutowania. Lutowanie ultradźwiękowe jest możliwe dzięki
mechanicznemu – i to bardzo intensywnemu – usuwaniu tlenków aluminium przez
ultradźwięki. Silna wiązka ultradźwięku rzucona na miejsce styku metali wprawia w ruch
drgający ich cząsteczki i jednocześnie dzięki zjawisku absorpcji ogrzewa je do wysokiej
temperatury. W tych warunkach następuje mieszanie się cząsteczek lutowanych metali, a po
ostygnięciu trwałe połączenie. Całe urządzenie składa się z przenośnej miedzianej
lutownicy i generatora magnetostrykcyjnego. Częstotliwości używane w tych aparatach są
nieco wyższe od górnej granicy słyszalności, tak, że nie są one odczuwane przez osobę
lutującą.
Model lutownicy
ultradźwiękowej.
Rozwiązanie tajemnicy lotu nietoperza pozwala na zastosowanie tej samej metody
w celu umożliwienia ludziom niewidomym, ale posiadającym słuch, rozpoznawanie
przeszkód w ich otoczeniu bez niczyjej pomocy. Wystarczyłoby, więc zbudować naśladujący
nietoperze aparat, aby stał się on użyteczny dla niewidomych posiadających słuch.
Skonstruowano już kilka typów takich aparatów.
Na rysunku widzimy jeden z nich, otwarty z
boku. Sztabka stalowa jest pobudzana za pomocą
elektromagnesu do drgań własnych, dziesięć razy na
sekundę. Odbite od przeszkody fale odbiera mikrofon
krystaliczny, urządzenie lampowe zaś przetwarza je na
ton słyszalny w słuchawkach. Odebrane echo umożliwia
określenie przeszkody w odległości 1,5 – 15 m.
Ultradźwiękowy aparat dla
niewidomych.
Zainspirowani przez zmysł orientacji nietoperzy, brytyjscy naukowcy opracowali
natomiast ultradźwiękową laskę dla osób niewidomych i niedowidzących. Naukowcy z Leeds
University zbudowali ultradźwiękową laskę, nazwaną "Batcane" ("nietoperzowa laska").
Emituje ona niesłyszalne ultradźwięki, które pozwalają wykryć przeszkody dookoła, a nawet
ponad głową. Każdy pobliski obiekt wyzwala wibracje jednej z czterech powierzchni na
plastikowej rączce laski. Im bliżej jest obiekt, tym szybciej wibruje laska. Gdy użytkownik
laski nabierze wprawy w jej stosowaniu, będzie mógł opracować w swoim mózgu
"dźwiękową mapę" otoczenia, co znacznie ułatwi samodzielne poruszanie, zwłaszcza w
miastach.
Przeprowadzone w Japonii doświadczenia wykazały, że przy naświetlaniu falą
ultradźwiękową zanurzonego w wodzi kokonu pasożyty opadają z niego jak dojrzałe
gruszki z drzewa, jeśli je potrząśniemy. Drgania wywołane ultradźwiękiem są tak
silne, że odrywają pasożyty od ścianek kokonu, wytrząsają z przędzy i zabijają.
Rozchodzące się w wodzie morskiej fale ultrakrótkie zabiją
spotkane na swej drodze małe rybki i inne drobne żyjątka. Tam gdzie przejdzie silna
fala ultradźwiękowa, wypływają na powierzchnie wody dość duże ilości martwych
istot żyjących w morzu.
Podobnie jak na te morskie żyjątka
działają ultra dźwięki na rośliny. Przy
naświetlaniu ultradźwiękiem powstają w
komórce rośliny silne wiry. Następuje
oderwanie protoplazmy od ścianek i
koncentracja jej w innych miejscach. W
Kolejne fazy działania fal ultradźwiękowych na
komórkę roślinną.
rezultacie komórki o wydłużonym kształcie
ulegają rozerwaniu.
Ale kierowany umiejętną ręką ultradźwięk może utracić swój zabójczy
charakter i nawet przyczynić się do szybszego rozwoju organizmu i wywołać w nim
potrzebne zmiany. Badania przeprowadzone przez uczonych radzieckich
Ostrowskiego i Wierczyńskiego wykazały, że naświetlane ultradźwiękiem rośliny
rosną szybciej niż normalnie i że tą drogą można w dość łatwy sposób otrzymać nowe
ich odmiany.