Ультрасонография. Источники и влияние на организм человека - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Источниками ультразвука являются всевозможные ультразвуковые технологические устройства, аппараты и ультразвуковые приборы промышленного, медицинского, бытового назначения, которые производят ультразвуковые колебания в диапазоне частот от 18 кГц до 100 МГц и более. Ультразвуковые источники – это также устройства, при работе которых в качестве сопутствующего фактора возникают ультразвуковые колебания.

Содержание

Какие колебания называются ультразвуковыми?

Ультразвук – это механические колебания, возникающие в упругих средах (жидкостях, газах) и в твердых телах. Он воспринимается с верхним порогом слуха выше 20 кГц, при этом звуковые ощущения могут возникать и на более высоких частотах, но с очень высокой интенсивностью (120-145 дБ).

Максимально допустимый уровень (MPL) для ультразвука – это уровень, который при ежедневной работе (кроме выходных), но не более 40 часов в неделю, на протяжении всей карьеры не должен вызывать заболеваний или проблем со здоровьем, обнаруживаемых современными методами тестирования на рабочем месте или в долгосрочной жизни нынешнего и будущих поколений. Соблюдение предельного значения ультразвука не исключает нанесения вреда здоровью у гиперчувствительных людей.

Допустимый уровень УЗ в жилых и общественных зданиях – это уровень фактора, который не вызывает значительного дискомфорта и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к ультразвуковому воздействию.

Ультразвуковые источники – это всевозможные ультразвуковые технологические устройства, аппараты и ультразвуковые приборы промышленного, медицинского, бытового назначения, которые производят ультразвуковые колебания в диапазоне частот от 18 кГц до 100 МГц и более. Ультразвуковые источники – это также устройства, в работе которых ультразвуковые колебания возникают как побочный фактор.

Контактная среда – это среда (твердое тело, жидкость, газ), в которой ультразвуковые колебания передаются при контакте.

Источниками ультразвука в производстве являются устройства, в которых генерируются ультразвуковые колебания для целей технологических процессов, технического контроля и измерений, а также установки, в которых ультразвук возникает как сопутствующий фактор.

Ультразвук воздействует на организм в основном локально, так как передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми частями или средой, в которой индуцируются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, создаваемые низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Длительное систематическое воздействие воздушного ультразвука вызывает изменения в нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной, слуховой и вестибулярной системах. Наиболее характерным является возникновение вегетативной дистонии и астенического синдрома.

Тяжесть изменений зависит от интенсивности и продолжительности ультразвукового воздействия и увеличивается при наличии высокочастотного шума в спектре, с выраженным нарушением слуха. Если воздействие ультразвука продолжается, эти нарушения становятся более постоянными.

Требования по ограничению вредного воздействия ультразвука на работников и население в целом

Не допускайте прямого контакта человека с рабочей поверхностью ультразвукового источника и контактной средой во время возбуждения ультразвуковых колебаний в источнике.

Чтобы избежать контакта с источниками ультразвука, необходимо использовать:

– дистанционное управление источниками ультразвука;

– автоматическое отключение, т.е. автоматическое отключение ультразвуковых источников во время вспомогательных операций (загрузка и выгрузка продуктов, белья, медицинских инструментов и т.д., нанесение контактных смазок и т.д.;)

– Устройства для фиксации источника ультразвука или предметы, которые могут служить в качестве постоянной контактной среды.

Для защиты рук от неблагоприятного воздействия контактного ультразвука в твердой, жидкой, газообразной среде и контактной смазки используйте повязки, перчатки или рукавицы (внешняя резиновая, внутренняя хлопчатобумажная).

Ручные источники ультразвука должны иметь такую форму, чтобы минимизировать нагрузку на мышцы рук и плеч оператора и соответствовать техническим эстетическим требованиям.

Поверхности ручных ультразвуковых источников, контактирующие с руками, должны иметь коэффициент теплопроводности не более 0,5 Вт/м градус, что исключает возможность охлаждения рук.

Для снижения неблагоприятного воздействия ультразвука при контактной обработке в холодный и переходный периоды года работники должны быть обеспечены теплой защитной одеждой в соответствии с нормами, установленными для данной климатической зоны или производства.

Стационарные ультразвуковые источники, создающие уровни звукового давления, превышающие указанные значения, должны быть оборудованы звукопоглощающими кожухами и экранами и располагаться в отдельных помещениях или звукоизолированных кабинах.

Для защиты операторов, работающих со стационарными низкочастотными источниками ультразвука, от электромагнитных полей необходимо экранировать линии электропередач.

При систематической работе с контактными источниками ультразвука более 50% рабочего времени необходимы два регламентированных перерыва – десятиминутный перерыв за 1-1,5 часа до и пятнадцатиминутный перерыв через 1,5-2 часа после обеденного перерыва для проведения профилактических физиопроцедур (термогидротерапевтические процедуры, массаж, УФ-облучение), а также лечебной гимнастики, витаминизации и др.

Общеукрепляющие процедуры (витаминизация, ультрафиолетовое облучение, гимнастические упражнения и т.д.) также должны проводиться для работников, подвергающихся воздействию низкочастотного воздушного ультразвука.

Для защиты работников от неблагоприятного воздействия воздушного ультразвука необходимо использовать противошумные маски.

К работе с ультразвуковыми источниками допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие соответствующее обучение и инструктаж по технике безопасности и охране труда.

Лица, подвергающиеся воздействию ультразвука во время работы, должны проходить первичный медицинский осмотр при поступлении на работу и периодический медицинский осмотр в соответствии с приказом Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации № 302н от 12.04.11.

Ультразвук можно использовать даже для создания спиральных нитей в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала нарезается в мягком металле, а затем деталь закаливается. С помощью ультразвукового станка можно нарезать резьбу в уже закаленном металле и в самых твердых сплавах. То же самое относится и к штампам. Обычно штамп закаливают после тонкой обработки. В ультразвуковом станке абразив (наждак, корундовый порошок) выполняет самую сложную обработку в поле ультразвуковой волны. Частицы твердого порошка непрерывно колеблются в ультразвуковом поле и врезаются в обрабатываемый сплав, создавая долотообразное отверстие.

Содержание

Частота ультразвуковых колебаний, используемых в промышленности и биологии, составляет порядка нескольких МГц. Такие колебания обычно производятся пьезокерамическими преобразователями, изготовленными из титанита бария. Там, где мощность ультразвуковых колебаний имеет первостепенное значение, обычно используются механические ультразвуковые источники. Первоначально все ультразвуковые волны производились механически (вилки, свистки, сирены).

В природе ультразвук встречается как компонент многих природных звуков (в звуке ветра, водопада, дождя, катящейся по морским волнам гальки, молнии и т.д.). Некоторые животные используют ультразвуковые волны для обнаружения препятствий, ориентации в пространстве.

Ультразвуковые излучатели можно разделить на две большие группы. К первой группе относятся эмиттеры-генераторы, колебания в них возбуждаются препятствиями на пути устойчивого потока – струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей – электроакустические преобразователи; они преобразуют уже определенные колебания напряжения или электрического тока в механические колебания твердого тела, которые излучают акустические волны в окружающую среду.

Свисток Гальтона

Первый ультразвуковой свисток был сделан в 1883 году англичанином по фамилии Гальтон. Ультразвук здесь создается подобно высокочастотному звуку на кончике ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль этого наконечника в свистке Гальтона играет “губа” в небольшой цилиндрической резонансной полости. Газ, протекающий под высоким давлением через полый цилиндр, ударяясь о такую “губу”, приходит в колебание, частота которого (она составляет около 170 кГц) зависит от размеров сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном он используется для подачи команд при дрессировке собак и кошек.

Ультразвуковой жидкостный свисток

Большинство ультразвуковых свистков могут быть приспособлены для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки имеют низкую мощность, но иногда, например, при ультразвуковой гомогенизации, они имеют значительное преимущество. Поскольку ультразвуковые волны создаются непосредственно в жидкой среде, при переходе из одной среды в другую не происходит потери энергии ультразвуковой волны. Возможно, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, созданная британскими учеными Коттелом и Гудманом в начале 1950-х годов. В нем поток жидкости под высоким давлением вытекает из эллиптического сопла и направляется на стальную пластину. Различные модификации этой конструкции стали довольно распространенными для однородных сред. Благодаря простоте и стабильности конструкции (разрушается только колеблющаяся пластина), такие системы долговечны и недороги.

Сирена

Другим типом механического ультразвукового источника является сирена. Он обладает относительно высокой мощностью и используется в полицейских и пожарных автомобилях. Все роторные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором проделано большое количество отверстий. Вращающийся диск внутри камеры, ротор, имеет такое же количество отверстий. При вращении ротора положение отверстий в роторе периодически выравнивается с положением отверстий в статоре. Сжатый воздух непрерывно подается в камеру и выходит из нее в те короткие моменты, когда отверстия в роторе и статоре совпадают.

Основной задачей при изготовлении сирен является, во-первых, сделать как можно больше отверстий в роторе и, во-вторых, добиться высокой скорости вращения ротора. На практике, однако, оба эти требования очень трудно выполнить.

Ультразвуковой – это высокочастотные колебания, которые лежат выше диапазона частот, воспринимаемых человеческим ухом (выше 20 000 Гц). Проникая в тело пациента, ультразвуковые колебания отражаются от исследуемых тканей, крови, а также поверхностей, таких как границы между органами, и возвращаются в ультразвуковой сканерУльтразвуковые волны обрабатываются и измеряются после их первоначальной задержки для получения сфокусированного изображения. Полученные данные выводятся на экран монитора, позволяя оценить состояние внутренних органов. Хотя ультразвук не может эффективно проникать в такие среды, как воздух или другие газы, а также в кость, он широко используется для исследования мягких тканей. Приложения Ультразвуковые гели Ультразвуковые гели и другие жидкости, а также все более совершенные характеристики датчиков расширяют спектр применения ультразвуковых аппаратов для различных медицинских обследований.

Ультразвук и медицина

Идеальный инструмент для пренатального тестирования. Исключительное качество изображения и полный спектр диагностических программ для экспертной оценки здоровья женщины.

Основные принципы метода и физические свойства

Ультразвук – это высокочастотные вибрации, которые лежат выше диапазона частот, воспринимаемых человеческим ухом (выше 20 000 Гц). Проникая в тело пациента, ультразвуковые колебания отражаются от исследуемых тканей, крови, а также поверхностей, таких как границы между органами, и затем возвращаются к прибору. ультразвуковой сканерУльтразвуковые волны обрабатываются и измеряются после их первоначальной задержки для получения сфокусированного изображения. Полученные данные выводятся на экран монитора, позволяя оценить состояние внутренних органов. Хотя ультразвук не может эффективно проникать в такие среды, как воздух или другие газы, а также в кость, он широко используется для исследования мягких тканей. Приложения Гели для ультразвука и других жидкостей, улучшая при этом характеристики датчика, повышает применимость ультразвуковых аппаратов для различных медицинских обследований.

Скорость ультразвуковых волн в мягких тканях человека составляет в среднем 1 540 м/с и практически не зависит от частоты. Преобразователь это ключевой компонент диагностических систем, который преобразует электрические сигналы в ультразвуковые колебания и производит электрические сигналы, принимая эхо-сигналы от внутренних тканей пациента. Идеальный излучатель должен быть эффективным как передатчик и чувствительным как приемник, иметь хорошие характеристики для излучаемых импульсов с четко определенными параметрами и принимать широкий диапазон диапазон частототражается от исследуемой ткани.

В электронных преобразователях ультразвуковые колебания вызываются путем подачи импульсов высокого напряжения на пьезокристаллы, из которых состоит преобразователь (пьезоэлектрический эффект был открыт Пьером и Марией Кюри в 1880 году). Количество колебаний кристалла в секунду определяет рабочую частоту датчика. С увеличением частоты длина волны генерируемых колебаний уменьшается, что приводит к улучшению разрешения, но поглощение ультразвуковых колебаний тканями организма пропорционально увеличению частоты, что влечет за собой уменьшение глубины проникновения. Поэтому высокочастотные датчики обеспечивают лучшее разрешение изображения при исследовании неглубоких тканей, а низкочастотные датчики позволяют исследовать более глубокие органы, уступая место высокочастотным датчикам. качество изображения. Это несоответствие является основным определяющим фактором при использовании датчиков.

В дневнике В клинической практике Используются различные конструкции преобразователей, либо одноэлементные диски, либо многоэлементные диски, расположенные по периферии или вдоль преобразователя, создающие различные форматы изображений, которые необходимы или предпочтительны для орган Различные органы.

Колебания с частотой выше 20 000 Гц называются ультразвуком, а с частотой ниже 16 Гц – инфразвуком.

Звуковые колебания: Вопрос 4 §30 Физика 9 класс Перышкин

Помогите с ответом.
Какие колебания называются ультразвуком, а какие – инфразвуком?

Колебания с частотой выше 20 000 Гц называются ультразвуком, а с частотой ниже 16 Гц – инфразвуком.

Привет. Пожалуйста, помогите мне с ответом по физике….
Опускается поплавок со свинцовым грузом под ним
сначала в воду, а затем в масло. В обоих ( Подробнее…)

Привет всем! Мне нужен ваш совет, как ответить …
Нарисуйте силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее.)

Среди предложений 21-29:
(21) И Митрофанов услышал в этом смехе и прощение для себя, и даже некоторое ( Подробнее )

Скорость распространения звука увеличивается с ростом температуры. На рисунке 1 ниже показаны две серии записанных акустических импульсов, отличающиеся тем, что во второй серии температура верхней части океана была несколько выше, чем в первой. Как видно, сигналы, распространяющиеся вдоль красного луча, который максимально приближен к нагретой поверхности океана, приходят немного раньше, чем сигналы, распространяющиеся вдоль других лучей. Для расстояния 250 км эти изменения во времени распространения могут составлять доли секунды. Для других лучей время распространения не меняется. Из такого эксперимента можно выяснить, на сколько градусов и на какую глубину нагрелась вода в океане. Понятно, что чем больше расстояние распространения звука, тем выше чувствительность этого метода. Звук проходит расстояние в 250 км в океане за 167 с, что соответствует скорости распространения около 1500 м/с. Обратите внимание, что самые быстрые сигналы появляются первыми, распространяясь вдоль самых крутых лучей, которые лежат в слоях океана с более высокой скоростью распространения. Причем наиболее интенсивные сигналы появляются в последнюю очередь вдоль пологих лучей, лежащих вблизи оси подводного звукового канала, где скорость распространения минимальна.

Звук и инфразвук в исследованиях по естественной истории

Исследование океана. Звуковые волны распространяются в природе – в атмосфере, в океане, под землей – по своеобразным каналам. Открытие подводного звукового канала было сделано в нашей стране в 1946 году, когда ученые вместе с военными моряками испытывали в Японском море акустическую аппаратуру для измерения подводных звуков от взрыва американской атомной бомбы на атолле Бикини. В ходе испытаний регистрировался уровень акустического сигнала от взрыва глубоководной бомбы в зависимости от расстояния. Неожиданно было обнаружено, что на расстояниях более 50 км уровень регистрируемых сигналов очень мало меняется с расстоянием, а звук глубоководных бомб все еще был отчетливо слышен на расстоянии 600 км, когда эксперимент был прекращен. Ожидалось, что для большого океана, удаленного от берега, акустический сигнал должен распространяться по сферическому закону от точечного источника, который можно считать глубинной бомбой. В таком случае интенсивность звука должна быть обратно пропорциональна площади сферы, окружающей источник, т.е. звук должен был уменьшаться обратно пропорционально квадрату пройденного звуком расстояния.

Объяснение этому интересному эффекту дал Л.М. Бреховских, впоследствии ученый, лауреат Государственной премии СССР. Он отметил, что температура воды резко падает до глубины 100-200 м, а затем принимает постоянное значение около 4°C. Снижение температуры приводит к уменьшению скорости распространения звука, в то время как увеличение давления с глубиной приводит к увеличению этой скорости. Таким образом, скорость распространения звука в зависимости от глубины имеет минимум, который является местом концентрации акустической энергии. На рисунке 1 показано, что если преобразователь поместить на минимум скорости звука, то звуковые лучи, выходящие из преобразователя, будут задерживаться вблизи этого минимума из-за преломления. В результате некоторые звуковые лучи, выходящие из источника под не слишком большими углами, при распространении остаются в слое толщиной в несколько сотен метров. Такой слой представляет собой подводный акустический волновод, или подводный звуковой канал.

Рисунок 1. Схематическое изображение распространения сигнала в подводном звуковом канале. Слева – Профиль скорости звука в зависимости от глубины. Источник и приемник звука располагаются на оси канала, соответствующей минимальной скорости звука. Лучи совершают циклические колебания из-за преломления звука. Цифры над балками указывают угол луча, исходящего из источника. В нижней части фотографии показаны две серии осциллограмм зарегистрированных сигналов при различных температурных условиях в приповерхностной части канала

Стоит отметить, что эффект акустического волновода использовался средневековыми мастерами для создания “шепчущих” галерей. Такие галереи имеют изогнутые или закрытые стены. Если говорить шепотом у такой стены, то звуковые лучи концентрируются у стены, и с расстояния в несколько десятков метров шепот отчетливо слышен и у стены. Такие шепчущие галереи есть в соборах Святого Павла в Лондоне и Святого Петра в Риме, в Храме Неба под Пекином и, возможно, в других местах.

Природа распространения звука в акустическом волноводе аналогична природе распространения лазерного излучения в оптическом волноводе. Характеристики распространения звука в подводном акустическом волноводе в настоящее время используются для термометрии океана.

Океан можно рассматривать как гигантский, огромный термометр. Отслеживая изменения температуры глубинных слоев океана, можно проследить потепление климата. Дело в том, что крупномасштабные изменения климата крайне сложно надежно обнаружить из-за больших колебаний во времени и пространстве. Огромные массы воды в океане компенсируют эти колебания. Средняя температура глубинных слоев океана в масштабе нескольких тысяч километров может быть определена только акустическими методами; электромагнитные волны в морской воде не распространяются на значительное расстояние.

Скорость распространения звука увеличивается с ростом температуры. На рисунке 1 ниже показаны две серии записанных акустических импульсов, отличающиеся тем, что во второй серии температура верхней части океана была несколько выше, чем в первой. Как видно, сигналы, распространяющиеся по красному лучу, который максимально приближен к нагретой поверхности океана, приходят немного раньше, чем сигналы, распространяющиеся по другим лучам. Для расстояния 250 км эти изменения во времени распространения могут составлять доли секунды. Для других лучей время распространения не меняется. Из такого эксперимента можно выяснить, на сколько градусов и на какую глубину нагрелась вода в океане. Очевидно, что чем больше расстояние, на которое распространяется звук, тем выше чувствительность этого метода. Звук проходит 250 км в океане за 167 с, что соответствует скорости распространения около 1500 м/с. Обратите внимание, что самые быстрые сигналы приходят первыми, распространяясь вдоль самых крутых лучей, которые лежат в слоях океана с более высокой скоростью распространения. Наиболее интенсивные сигналы приходят последними, вблизи оси подводного звукового канала, где скорость распространения минимальна.

Эта особенность распространения звука используется для дистанционного мониторинга теплообмена в океане, что важно для прогнозирования климата. Океан формирует погоду на суше. Северный Ледовитый океан является погодной кухней для Европы и большей части Азии. Распределенная по всему океану система звуковых передатчиков и приемников может выполнять различные задачи. К ним относятся измерение времени распространения сигнала на большие расстояния для определения теплосодержания и циркуляции океана как по всему океану, так и внутри него; обеспечение подводного позиционирования и навигации подо льдом; мониторинг динамики льда, землетрясений и движения морских животных при пассивном прослушивании океана. Все эти процедуры могут выполняться системой в режиме реального времени.

Исследование атмосферы. Распространение звука в атмосфере подчиняется тому же закону, что и в океане, за исключением того, что скорость звука в воздухе составляет 340 м/с при нормальных условиях вблизи поверхности. Это значительно меньше скорости звука в воде.

На рисунке 2 показана схема звукового луча, выходящего из источника звука в атмосфере. Как видно, в присутствии ветра луч ведет себя по-разному в зависимости от направления распространения. Воздушный поток увеличивает скорость распространения звука в направлении против ветра и немного уменьшает ее в обратном направлении. В целом, приповерхностный воздушный поток или ветер увеличивает свою скорость с высотой. Скорость звука, распространяющегося по ветру на больших высотах, больше, чем на земле, поэтому фронт звуковой волны, поднимаясь, поворачивает назад, и волна направляется вниз по ветру, где скорость меньше. Происходит преломление звука. Таким образом, в приповерхностном слое атмосферы, где концентрируется звук, создается звуковой волновод, и на земле можно регистрировать акустические сигналы, распространяющиеся на высоту в несколько десятков километров. Эффект преломления при распространении против ветра приводит к тому, что звук быстро распространяется на большие высоты (десятки километров). Вот почему мы плохо слышим против ветра и хорошо – по ветру.

Рисунок 2. Схема звукового луча, исходящего от источника звука в атмосфере при наличии ветра

Поверхностная звуковая волна может генерироваться не только ветром. В тихий, безветренный, морозный день где-нибудь в сельской местности вы можете услышать лай собак или шум машин, доносящийся издалека. При такой погоде в приземном слое атмосферы может возникнуть так называемая температурная инверсия. Обычно температура воздуха снижается с высотой, но в холодный день температура у поверхности земли, особенно в низинах, может быть ниже, чем на определенных высотах. Минимальная температура в приземном слое воздуха соответствует минимальной скорости распространения звука. Таким образом, температурная инверсия обеспечивает волновое распространение звука вблизи земной поверхности.

На рисунке 3 показано распределение температуры с высотой в атмосфере. Как видно, эта характеристика, как и в океане, стратифицирована. В области нижней границы стратосферы (тропопауза) и нижней границы термосферы (мезопауза) температура, а значит и скорость распространения звука, достигает своего минимума. Здесь соблюдены условия для существования атмосферных звуковых каналов. Звуковые волны, возникающие при извержениях вулканов или земных взрывах, распространяются по этим каналам на большие расстояния и могут даже обогнуть земной шар. По этой причине средняя атмосфера (высота 20-120 км) является хорошим проводником инфразвука. Это свойство атмосферы позволило ученым разработать методику инфразвукового зондирования атмосферы, основанную на явлении рассеяния акустических импульсов на слоистых неоднородностях скорости ветра и температуры атмосферы вплоть до высоты нижней термосферы около 140 км. С помощью этого метода можно определить колебания скорости ветра в диапазоне высот от верхней стратосферы до нижней термосферы (90-140 км).

Рисунок 3. Температурная стратификация атмосферы. Изменения давления указаны в гектопаскалях (1 гПа = 100 Па). В областях тропопаузы и мезопаузы температура, а значит и скорость распространения звука, достигает минимума. Именно здесь расположены каналы атмосферного звука.

Сейсмические волны в земле. Аналогичным образом сейсмические волны распространяются в земле. Они могут быть естественного происхождения или искусственными. Естественными источниками сейсмических волн являются землетрясения, извержения вулканов и камнепады. Искусственные сейсмические волны наиболее эффективно генерируются взрывами или специальными многотонными вибраторами. В то время как в океане и атмосфере распространяются только продольные звуковые волны (в жидкостях и газах нет сдвиговой упругости), сейсмические волны могут быть как продольными, так и поперечными. Поперечные волны, в зависимости от плоскости колебаний, могут иметь различную поляризацию. Скорость распространения сдвиговых волн обычно в 2-3 раза ниже скорости распространения продольных волн. Наличие двух типов сейсмических волн расширяет возможности сейсмического зондирования по сравнению с океаническим или атмосферным зондированием.

Основная цель сейсморазведки – изучение структуры Земли и поиск полезных ископаемых. Обе эти задачи должны решаться с использованием противоположных подходов. С одной стороны, интересно заглянуть как можно глубже под земную поверхность. Этого можно достичь путем снижения частоты сейсмических выбросов. При понижении частоты потери на затухание уменьшаются, и звуковые волны распространяются дальше. С другой стороны, уменьшение частоты приводит к увеличению длины излучаемой волны, что снижает разрешение метода дистанционного зондирования. Растущие требования к качеству разведки полезных ископаемых заставляют нас искать способы повышения разрешения и, следовательно, точности сейсмических исследований.

Это противоречие было разрешено путем разработки методов получения сейсмических сигналов. Известно, что чем больше приемная антенна, тем больше ее пространственное разрешение. Если сигналы принимаются большим количеством приемников, объединенных в одну сеть, можно повысить пространственную точность дистанционного зондирования. Однако это требует сложной обработки сигналов от многих сотен или даже тысяч приемников. Современные сейсмические исследования обеспечивают достаточную точность для выявления продуктивных месторождений полезных ископаемых, таких как нефть и газ, на глубине более 10 км. Современные технологии обеспечивают горизонтальное прохождение скважины вдоль пласта, что повышает эффективность добычи нефти. Толщина пласта составляет около 10 м на глубине нескольких километров. При этом длина скважины может составлять более 10 км. Точность этой технологии сравнима с точностью, с которой можно вывести ракету на межпланетную траекторию.

Рисунок 4. Вертикальный сейсмический разрез структуры верхних слоев Земли

Естественные низкочастотные сейсмические сигналы от землетрясений и даже приливные волны, вызванные движением Луны, используются для изучения структур Земли. На рисунке 4 показан пример результатов такого зондирования на глубину более 50 км. Он показывает, что в структуре Земли существуют не только горизонтальные слои, но и крупные вертикальные разломы, которые могут простираться в мантию.

Знания о распространении низкочастотных звуков в океане, атмосфере и на суше позволили разработать и внедрить эффективную международную систему мониторинга для Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Существует специальный массив станций на суше и в океане, которые непрерывно отслеживают и регистрируют сейсмические, гидроакустические и инфразвуковые сигналы в атмосфере. Эти станции объединены в общую сеть и поэтому могут определять место и время события, вызвавшего сигнал.

Примером такой эффективности является обнаружение взрыва метеороида в небе над Челябинском 15 февраля 2013 года. Метеороид вошел в атмосферу под углом 20° со скоростью 18 км/с. При входе в атмосферу скорость метеороида уменьшилась, и он нагрелся. Перед ним была создана ударная волна, в которой воздух сильно сжимался и нагревался. Метеороид разрушился, когда разница давлений на фронте удара и на противоположной стороне ударной волны превысила предел прочности метеороида. Этот обвал (взрыв) сопровождался ярким взрывом в течение пяти секунд. Максимум яркости наблюдался на высоте 23,3 км к югу от Челябинска. Приблизительный эффективный диаметр метеороида составляет 18 м, а его масса – 11 000 тонн. Семнадцать станций зафиксировали ударную волну этого взрыва. Согласно более поздним анализам, мощность взрыва была эквивалентна 2-3 кт тринитротолуола.

Любое тело, колеблющееся на звуковой частоте это источник звукпоскольку распространяющиеся от него волны генерируются в окружающей среде.

Вопросы § 30

В первом эксперименте (рис. 70) металлическая линейка, зажатая в тисках, вибрирует и издает звук. Во втором эксперименте (рис. 71) вы можете наблюдать, как вибрирует струна, которая также издает звук. В третьем эксперименте (рис. 72) вы можете наблюдать звук, издаваемый вилкой. В четвертом эксперименте (рис. 73) колебания вибрирующей вилки “записываются” на закопченной пластине. Все эти эксперименты демонстрируют колебательную природу звука. Звук возникает в результате вибрации. В четвертом эксперименте это также можно наблюдать визуально. Острие иглы оставляет след, похожий на синусоиду. Звук не возникает из ниоткуда, он генерируется источниками звука: линейкой, струной, вилкой.

2 Каковы источники звука?

Любое тело, которое колеблется на частоте звука, источник поскольку распространяющиеся от него волны генерируются в окружающей среде.

3 Какие механические колебания называются звуковыми и почему?

Звуковые колебания – это механические колебания в диапазоне от 16 Гц до 20 000 Гц, поскольку они воспринимаются человеком в этом диапазоне частот.

4 Какие колебания называются ультразвуком, а какие – инфразвуком?

Вибрации выше 20 000 Гц называются ультразвуковыми, а ниже 16 Гц – инфразвуковыми.

5 Расскажите об измерении глубины моря с помощью эхолокации.

Читайте далее: