2. Звуковые волны

Звуковыми или акустическими волнами называются распространяющиеся в среде упругие волны, обладающие частотами в пределах 16-20000 Гц. Эти волны, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают ощущение звука.

Волны с частотой меньше 16 Гц – инфразвук.

Волны с частотой больше 20 кГц – ультразвук.

Интенсивностью звука называется величина, определяемая средней по времени энергией, переносимой звуковой волной в единицу времени сквозь единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны и пропорциональна амплитуде колебаний

(5.18)

Единица интенсивности звука (Вт/м²).

Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Существует порог слышимости и порог болевого ощущения.

Громкость звука является субъективной характеристикой звука

закон Вебера-Фехнера, где интенсивность звука, принимаемая за порог слышимости, обычно составляет 10^-12 Вт/м². Величина - уровень громкости звука и выражается в беллах.

Обычно пользуются единицами в 10 раз меньшими – децибеллами.

Для акустики помещений большое значение приобретает реверберация звука – процесс постоянного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника.

Время реверберации – это время, в течение которого интенсивность звука в помещении ослабляется в миллион раз, а его уровень – на 60 дб.

Помещение обладает хорошей акустикой, если время ревербации составляет 0,5- 1,5 с.

16.

3. Ультразвук

Ультразвуком называют механические колебания и волны с частотой, превышающей 20 кГц.

Диапазон ультразвуковых частот простирается до 10^-9 Гц, когда длина волны становится сравнимой со значениями межмолекулярных расстояний. Из-за малых длин волн ультразвуковые волны, как и свет, могут быть получены в виде строго направленного пучка.

Для генерации ультразвука используются в основном два явления:

Обратный пьезоэлектрический эффект - это возникновение деформации в вырезанной определенным образом из кристалла кварцевой пластинки (или спрессованного титаната бария) под действием электрического поля. При помещении такой пластинки в высокочастотное переменное поле можно вызвать ее вынужденные колебания.

Магнитострикция – это возникновение деформации в ферромагнетиках под действием магнитного поля. Поместив ферромагнитный стержень в быстрое переменное магнитное поле, возбуждают его механические колебания, амплитуда которых максимальна в случае резонанса.

Физические процессы, обусловленные действием ультразвука, могут вызвать в биологических объектах следующие эффекты: микровибрации на клеточном и субклеточном уровне; изменение проницаемости биологических мембран, их перестройку и даже повреждение; тепловое действие.

Механическое и тепловое действие ультразвука используется при хирургических операциях, когда ультразвук применяют в виде “скальпеля”. В хирургии ультразвук также используется при соединении поврежденных или трансплантируемых костных тканей. В фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств находит применение способность ультразвука размельчать тела, помещенные в жидкость, и создавать эмульсии. Тепловое действие ультразвука используется также при стерилизации инструмента.

Таким образом, рассмотрены упругие волны и их параметры.

Приведено уравнение бегущей волны. Определены ее фазовая и групповая скорости. Описано явления интерференции волн, приведены условия образования интерференционных максимумов и минимумов. Дано определение стоячих волн, приведены координаты для пучностей и узлов в стоячей волне. Охарактеризованы звуковые волны и их параметры. Описаны ультразвук, методы его получения и применения.

17.