Механические колебания.
Колебания – это движение тела, в ходе которого оно многократно движется по одной и той же траектории и проходит при этом одни и те же точки пространства. Примерами колеблющихся объектов могут служить - маятник часов, струна скрипки или фортепиано, вибрации автомобиля
ТИПЫ КОЛЕБАНИЙ:
1. гармонические.
2. собственные колебания
3. вынужденные колебания
4. автоколебания.
ПАРАМЕТРЫ:
• Амплитуда — максимальное отклонение колеблющейся величины от положения равновесия, (м)
• Период — время полного колебания, через который повторяются какие-либо показатели состояния системы (система совершает одно полное колебание), (с)
• Частота — число колебаний в единицу времени, (Гц, с−1).
Единица измерения - Гц.
Механические волны. Типы волн. Параметры волн.
Волной называется процесс распространения механических колебаний в упругой среде.
Волны бывают механические, электрические, электромагнитные.
В зависимости от направления колебаний частиц по отношению к направлению распространения волны, различают продольные и поперечные волны.
Продольные волны - волны, при распространении которых частицы среды колеблются вдоль той же прямой, по которой распространяется волна. При этом в среде чередуются области сжатия и разряжения.
Продольные механические волны могут возникать во всех средах (твердых, жидких и газообразных).
Поперечные волны - волны, при распространении которых частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. При этом в среде возникают периодические деформации сдвига.
ПАРАМЕТРЫ: частота, длина, время, период, амплитуда. Те же, что и колебания.
Эффект Доплера. Медицинские приложения эффекта Доплера. Формула, связывающая скорость частиц крови и изменения частоты ультразвука при его отражении.
Эффект Доплера - это изменение частоты волн, которые воспринимаются приёмником вследствие относительного движения источника волн и приёмника.
Эходоплерография – методика исследования скорости кровотока и движения подвижных структур организма (сердце и сосуды), основанная на применении эффекта Доплера.
В мягкие ткани с помощью неподвижного датчика излучается УЗ-волна определённой частоты ν , после чего регистрируют эхосигналы, отражённые от подвижных элементов (главным образом, от эритроцитов крови) и имеющие вследствие эффекта Доплера частоту ν``.
Диагностическим признаком является разность Δν = ν - ν`` , которая называется доплеровским сдвигом частоты. Эта разность зависит от скорости движения эритроцитов, т.е. и скорости кровотока в целом.
Звук. Объективные (физические) и субъективные (слухового ощущения) характеристики звука. Связь между ними. Единицы измерения.
Звук в широком смысле - упругие колебания и волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твердых веществах; в узком смысле - явление, субъективно воспринимаемое органами слуха человека и животных.
Физические характеристики звука (объективные)
Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний. Скорость звука в газе зависит от его молярной массы (М) и абсолютной температуры (Т)
Скорость звука в воде равна 1500 м/с; близкое значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма.
Звуковое давление. Распространение звука сопровождается изменением давления в среде
Именно изменения давления вызывают колебания барабанной перепонки, которые и определяют начало такого сложного процесса, как возникновение слуховых ощущений.
Звуковое давление (ΔΡ) - это амплитуда тех изменений давления в среде, которые возникают при прохождении звуковой волны.
Интенсивность звука (I). Распространение звуковой волны сопровождается переносом энергии.
Интенсивность звука - это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной
В однородной среде интенсивность звука, испущенного в данном направлении, убывает по мере удаления от источника звука. При использовании волноводов можно добиться и увеличения интенсивности. Типичным примером такого волновода в живой природе является ушная раковина.
Связь между интенсивностью (I) и звуковым давлением (ΔΡ) выражается следующей формулой:
где ρ - плотность среды; v - скорость звука в ней.
Минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают слуховые ощущения, называются порогом слышимости.
Для уха среднего человека на частоте 1 кГц порогу слышимости соответствуют следующие значения звукового давления (ΔΡ0) и интенсивности звука (I0):
ΔΡ0 = 3х10-5 Па (≈ 2х10-7 мм рт.ст.); I0 = 10-12 Вт/м2.
Значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают выраженные болевые ощущения, называются порогом болевого ощущения.
Для уха среднего человека на частоте 1 кГц порогу болевого ощущения соответствуют следующие значения звукового давления (ΔΡm) и интенсивности звука (Im):
Уровень интенсивности (L). Отношение интенсивностей, соответствующих порогам слышимости и болевого ощущения, столь велико (Im /I0 = 1013), что на практике используют логарифмическую шкалу, вводя специальную безразмерную характеристику - уровень интенсивности.
Уровнем интенсивности называют десятичный логарифм отношения интенсивности звука к порогу слышимости
Характеристики слухового ощущения. Звуковые измерения (субъективные)
Звук является объектом слухового ощущения. Он оценивается человеком субъективно. Все субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными характеристиками звуковой волны.
Воспринимая звуки, человек различает их по высоте, громкости и тембру
Высота тона обусловлена, прежде всего, частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности звука (звук большей интенсивности воспринимается более низким).
Тембр - это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей.
Громкость – определяет уровень слухового ощущения. Зависит от интенсивности и частоты
Единица измерения - децибел.
Аудиометрия. Порог слышимости и болевого ощущения. Спектральная характеристика порога слышимости уха
Аудиометрия - метод измерения остроты слуха. На специальном приборе (аудиометре) определяется порог слухового ощущения, или порог восприятия, на разных частотах.
Минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают слуховые ощущения, называются порогом слышимости.
Значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают выраженные болевые ощущения, называются порогом болевого ощущения.
Слуховые методы исследования.
Аускультация (с лат. – «выслушивание») – один из методов акустической диагностики. Аускультация производится с помощью прибора – стетоскопа, или фонендоскопа.
Перкуссия - метод выслушивания звучания отдельных частей тела (перкуторных звуков), которое возникает при их простукивании. По тону перкуторных звуков опытный врач может судить о состоянии и топографии внутренних органов.
Фонокардиография(ФКГ) – метод графической регистрации тонов и шумов сердца. Получаемая при этом периодическая кривая называется фонокардиограммой, а применяемый прибор –фонокардиографом. Громкость тонов при аускультации и их амплитуда на ФКГ существенно зависят от внутрисердечных и внесердечных факторов. Плохое состояние миокарда, разрушение клапанов сердца и ряд других причин приводят к ослаблению тонов. К ослаблению тонов приводят также эмфизема легких, избыточная подкожная клетчатка, скопление жидкости в левой плевральной полости или в полости перикарда. С другой стороны, при тонкой грудной стенке, при анемии и некоторых других причинах тоны усиливаются.
Глоттография – метод изучения голосового аппарата путем регистрации кривой, отражающей колебания голосовых связок в процессе фонации.
Вальвулография– бескровный метод исследования движений клапанов и сердечной мышцы при помощи непрерывной ультразвуковой локации.
Ультразвук. Параметры ультразвука.
Ультразвук представляет собой механические волны в упругих средах, частота которых более 20 кГц.