17. Ультразвук и его применение.

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 ввырезанной 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.

5. Кинетическая и потенциальная энергия.

Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического движения этой системы.

Работа на пути, который тело под действием силы прошло за время возрастания скорости от до расходуется на увеличение кинетической энергии тела, т.е. (2.19).

Используя второй закон Ньютона и, умножая скалярно на перемещение , получаем: ,(2.20). Так как , то , тогда: .(2.21)

Тело массой , движущееся со скоростью , обладает кинетической энергией: .(2.22)

Потенциальная энергия – часть механической энергии системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.

Известно, что при взаимодействии тел, осуществляемых посредством силовых полей, характеризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, а зависит только от начального и конечного ее положения, то такие поля называются потенциальными, а действующие в них силы – консервативными. Работа в поле тяготения подчиняется именно таким законам, то есть силы тяготения действительно консервативны, а поле тяготения является потенциальным.

Если же работа зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной; её примером является сила трения.

Тело, находясь в потенциальном поле сил, обладает потенциальной энергией.

Работа консервативных сил при элементарном изменении конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятой со знаком минус

;(2.23) или .(2.24)