Transcript Ucho jako přijímač zvuku (Učebnice strana 172 – 173) Lidské ucho nám umožňuje vnímat zvuk. Skládá se ze tří částí: Vnější ucho tvoří boltec,

Ucho jako přijímač zvuku
(Učebnice strana 172 – 173)
Lidské ucho nám umožňuje vnímat zvuk.
Skládá se ze tří částí:
Vnější ucho tvoří boltec, zvukovod a bubínek.
kovadlinka
kladívko
třmínek
Střední ucho je složeno
ze tří kůstek – kladívka,
kovadlinky, třmínku.
hlemýžď
zvukovod
boltec
bubínek
Vnitřní ucho tvoří dutá
kost – hlemýžď, která
je naplněna kapalinou
a končí v ní 30 000
nervových zakončení.
Zvuk, který prochází zvukovodem, naráží do bubínku.
Bubínek se rozechvěje a vibrace přenáší přes kladívko,
kovadlinku a třmínek do hlemýždě.
Tam na vibrace reagují
smyslové buňky, které
informace o zachyceném
zvuku vedou
pomocí sluchového
nervu k dalšímu
zpracování do mozku.
Lidské ucho může zachytit zvuky jen v určitém rozmezí
kmitočtů. Vnímá zvuky od kmitočtu 16 Hz do kmitočtu
20 000 Hz. Nejlépe slyšíme zvuky od 1000 Hz do 4000 Hz.
Někteří mladí lidé dokážou slyšet frekvence mírně nad 20
kHz,naopak s přibývajícím věkem se horní hranice snižuje.
Běžný lidský hlas má frekvenci zhruba od 200 do 800 Hz.
Lidské ucho vnímá zvuky od kmitočtu 16 Hz (dolní hranice slyšitelnosti)
do kmitočtu 20 kHz (horní hranice slyšitelnosti).
Lidské ucho je nejcitlivější pro frekvenci 2000 – 4000 Hz.
Říká se, že se ucho takto vyvinulo z potřeby zachytit
šelest hadů v trávě.
Některá zvířata mají schopnost vnímat zvuk i nad
hranicí slyšitelnosti. Tím jsou známí například netopýři,
pro které to je základní smysl pro život ve tmě.
Zvuk s frekvencí větší než 20 kHz se nazývá ultrazvuk.
Ultrazvuk se od slyšitelného zvuku liší svojí vysokou frekvencí (vyšší
než 16 kHz). Jeho poměrně příliš vysoká hodnota je příčinou, že se jako
zdroje ultrazvuku obyčejně používají speciální přístroje a zařízení.
Ultrazvukové vlny jsou velmi krátké, proto se
ultrazvuk šíří prostředím téměř přímočaře a při
odrazu od překážek se odráží pod úhlem, pod
kterým dopadá. Ve vzduchu a jiných plynech je
značně pohlcován (absorbován), a to tím víc, čím
je jeho vlnová délka menší (menší vlnová délka
znamená vyšší frekvenci). Naproti tomu v
kapalinách, například ve vodě, se ultrazvukové
vlnění může rozšířit i do velmi velkých vzdáleností.
Princip noční orientace netopýrů je v podstatě shodný s principem
radaru. Při svých nočních lovech se orientují pomocí odrazu ultrazvuku
od různých překážek. Tomuto způsobu orientace se říká echolokace
(echo = ozvěna, lokace = zjišťování polohy). Netopýři v noci „vidí“ a
vyhledávají kořist tak, že vydávají rychle za sebou intenzivní
ultrazvukové – tedy pro nás neslyšitelné - „výkřiky“ a citlivým sluchem
přijímají odražené signály. Jsou schopni vyhodnotit dobu, která uplyne
mezi vyslaným a přijatým signálem a
určit vzdálenost a tvar překážek.
Dovedou dokonce určit rychlost a směr
pohybu případné kořisti: signál,
odražený od přibližujícího se hmyzu,
má vyšší frekvenci než původní a
naopak od vzdalujícího se má
frekvenci nižší. Dosah echolokátoru
netopýrů je až stovky metrů.
Vlnová délka ultrazvukových vln je menší než 1,7 cm. Díky tomu, se
ultrazvukové vlny odrážejí od malých překážek.
Podobně se orientují i některá
další zvířata, nejznámější je
delfín. Vysílá ve vodě krátké
ultrazvukové "výkřiky" a z jejich
odrazu rozezná například hejno
ryb ve své blízkosti.
Ultrazvuk se v praktickém životě využívá pro svoje významné vlastnosti
různými způsoby. Známé jsou píšťalky pro psy, které vysílají signál pro
lidské ucho nezaznamenatelný.
Ultrazvuk má velký význam ve vědě,
v technické praxi, medicíně a v dalších
oborech.
Jeho malá absorpce ve vodě umožňuje
velmi rychle a pohodlně měřit například
hloubky moří. Zdroj ultrazvuku upevněný na
lodi pod vodní hladinou vysílá velmi krátké
ultrazvukové impulsy, které se po odrazu
ode dna moře vracejí a účinkují na přijímač
ultrazvuku.
Odrazu ultrazvuku od malých překážek
(ryb) využívá echolot. Přístroj obsahuje
zdroj ultrazvukových vln s frekvencí
170 kHz. Echolot vysílá krátké
ultrazvukové signály. Změří se, za jak
dlouho se vrátí odražený ultrazvukový
signál. Při známé rychlosti šíření
ultrazvuku ve vodě vypočte a zobrazí
vzdálenost ryby od vysílače.
Na stejném principu pracují
přístroje pro mapování
mořského dna a přístroje pro
hledání potopených lodí.
Na lodích se také využívají
dokonalejší zařízení než je
echolot. Říká se mu sonar.
S tímto zařízením se za války
hledaly nepřátelské ponorky.
V průmyslu se využívá ke kontrole kvality - ultrazvuková
defektoskopie - zjišťuje se jím nestejnorodost materiálu, bubliny,
praskliny a jiné vady kovových výrobků.
Zkoušeným výrobkem se nechá procházet
ultrazvukový signál, který se na
nestejnorodých oblastech (vadách) odráží
nebo pohlcuje. Za vadou vznikne „stín“ a ten
se převede indikátorem do obrazové podoby.
Ultrazvuk využívají i parkovací senzory.
Do zadního nárazníku automobilu je zabudováno několik čidel pro
vysílání a příjem ultrazvuku. Při couvání vysílají ultrazvukové vlny,
které se odrážejí od případných překážek za vozem. Přístroj
průběžně vyhodnocuje změřenou vzdálenost a při přílišném
přiblížení k překážce se spustí
zvuková a světelná signalizace.
Ultrazvuk se používá i k čištění
předmětů (šperků ze stříbra a
zlata, brýlí, ...).
Ultrazvuková sonografie
Důležitá lékařská metoda pro zobrazení a
vyšetřování vnitřních orgánů. Ultrazvukový
signál vysílaný generátorem se po odrazu
od různých tkání zachycuje mikrofonem a
zpracovává se počítačem jako
sonografický obraz. Takto se vyšetřují
například ledviny, žlučník nebo srdce.
Běžně se ultrazvukem vyšetřují budoucí
maminky, kdy lékař na monitoru získá
ultrazvukový obraz lidského plodu.
Také ultrazvukový měřič délek využívá
odrazu ultrazvukového signálu. Při
známé rychlosti šíření ultrazvuku ve
vzduchu přístroj vypočte vzdálenost
od místa odrazu a zobrazí ji na displeji.
Tóny, které mají kmitočty vyšší než
20 kHz, nazýváme ultrazvuk.
Příklady:
1) Netopýr může rozkmitat vzduch s vlnovou délkou 3,4 mm. Jakou
frekvenci má tento tón? Je to slyšitelný tón nebo ultrazvuk?
 = 3,4 mm
v = 340 m/s
f = ? Hz
v   f
v
 f 

Netopýr vydává tóny s frekvencí 100 kHz.
Jedná se o ultrazvuk.
340
0,0034
f  100 000 Hz  100 kHz
f 
2) U lékařského vyšetření se používá ultrazvukových vln s frekvencí
5 000 000 Hz (5 MHz). Rychlost šíření vln v měkkých tkáních
lidského těla je 1 500 m/s. Jaká je vlnová délka ultrazvukových
vln v tomto látkovém prostředí?
v
f = 5 000 000 Hz
v   f   
f
v = 1 500 m/s
1 500
=?m

Vlnová délka ultrazvukových vln v měkkých
tkáních lidského těla je 0,3 mm.
5 000 000
  0,000 3 m  0,3 mm
Zvuk o nízké frekvenci (menší než 16 Hz), která je pod hladinou vnímání
lidského sluchu, nazýváme infrazvuk. Vzniká například při provozu
některých strojních zařízení (auta, důlní stroje) nebo v přírodě, kde jsou
zdrojem bouřky, vodopády, větrné turbulence. Pokud se člověk ocitne v
infrazvukovém poli, jsou pro něj zvlášť nebezpečné ty frekvence, které se
shodují s biologickými rytmy. Vyvolávají různé stavy nevolností, zejména
pokud jsou spojeny s vysokou hladinou intenzity výkonu (nad 130 dB).
Mohou způsobit bolesti hlavy, náhlé změny hodnot krevního tlaku,
vyvolat panickou hrůzu. Působí negativně na podvědomí a na psychiku.
Dají se použit jako akustické zbraně,
které vyřadí lidí z jakékoliv činnosti,
způsobí jejich dezorientaci,
nevolnost, zvracení a křeče vnitřních
orgánů.
Muže být též využit k destrukci
konstrukcí, např. i k demolici zdiva.
Infrazvuk je tlumen pouze dvěma
překážkami – vakuem nebo
dostatečnou vzdáleností.
Některá zvířata jsou schopna vnímat i infrazvuk. Infrazvuk vzniká při
zemětřesení, což znamená, že zvířata jsou schopna reagovat dříve než
lidé. Například při výzkumu sloního troubení zjistili vědci, že obsahuje i
vlny o minimální frekvenci okolo 14 hertzů, které mohou letět přes lesy a
savany Afriky desítky kilometrů. Sloni tak podle toho komunikují pomocí
infrazvuků na dlouhé vzdálenosti. Infrazvuk používají k orientaci
například holubi, kteří vnímají i zvuky o frekvenci 0,05 -10 hertzů. Pomocí
nízkofrekvenčních zvuků, které jsou součástí silného řevu, spolu
komunikují na velké vzdálenosti i nosorožci, sloni a velryby. Někteří
kytovci jimi umí omráčit nebo zabít kořist. Vědci předpokládají, že
infrazvuk byl jedním z komunikačních nástrojů i u dinosaurů.
Zajímavý je i poznatek, že infrazvuk
vydává i takový světelný úkaz, jakým
je bouře a polární záře. Elektrické
výboje totiž ohřívají atmosférické
plyny, ohřáté molekuly se rozpínají a
zvýší se tlak vzduchu, ten před sebou
stlačuje studený vzduch a vytváří vlnu
jako příď lodi. Tyto pohyby vzduchu
vytvářejí pak infrazvukové rázy.
Tóny, které mají kmitočty menší než 16 Hz, řadíme mezi infrazvuk.