Ііі.Ультразвук в природі

Летючі миші, що використовують при нічному орієнтуванні ехолокацію, випускають при цьому ротом або мають форму параболічного дзеркала носовою отвором сигнали надзвичайно високої інтенсивності. На відстані 1 - 5 см від голови тварини тиск ультразвуку досягає 60 мбар, тобто відповідає в чутному нами частотній області тиску звуку, створюваного відбійним молотком. Ехо своїх сигналів летючі миші здатні сприймати при тиску всього 0,001 мбар, тобто в 10000 разів менше, ніж випускаються сигналів. При цьому летючі миші можуть обходити при польоті перешкоди навіть у тому випадку, коли на ехолокаційні сигнали накладаються ультразвукові перешкоди з тиском 20 мбар. Механізм цієї високої завадостійкості ще невідомий. При локалізації летючими мишами предметів, наприклад, вертикально натягнутих ниток з діаметром всього 0005 - 0008 мм на відстані 20см (половина розмаху крил), вирішальну роль відіграють зсув у часі і різниця в інтенсивності між випускаються і відбитим сигналами. Підковоноси можуть орієнтуватися і за допомогою тільки одного вуха (моноурально), що істотно полегшується великими безперервно рухомими вушними раковинами. Вони здатні компенсувати навіть частотний зсув між випускаються і відбитими сигналами, обумовлений ефектом Доплера (при наближенні до предмета луна є більш високочастотним, ніж посилається сигнал). Знижуючи під час польоту ехолокаційну частоту таким чином, щоб частота відбитого ультразвуку залишалася в області максимальної чутливості їх «слухових» центрів, вони можуть визначити швидкість власного переміщення.

У нічних метеликів з сімейства ведмедиць розвинувся генератор ультразвукових перешкод, «що збиває з сліду» летючих мишей, що переслідують цих комах.

Не менш вмілі навігатори - жирні дрімлюги, або гуахаро. Населяють вони гірські печери Латинської Америки - від Панами на північному-заході до Перу на півдні і на сході Суринаму. Найбільший подарунок природи - це здатність гуахаро до ехолокації. Живучи в непроглядній темряві, жирні дрімлюги, тим не менше, пристосувалися віртуозно літати по печерах. Вони видають неголосні клацаючі звуки, вільно вловлює і людським вухом (їх частота приблизно 7 000 Герц). Кожне клацання триває одну-дві мілісекунди. Звук клацання відбивається від стін підземелля, різних виступів і перешкод і сприймається чуйною птахом.

Ультразвукову ехолокацію у воді чудово освоїли китоподібні.

Іv. Застосування ультразвуку

Ультразвук у медицині

Фізіотерапевти часто використовують ультразвук для прискорення зрощення зламаних кісток, проте, як саме ультразвук впливає на механізм загоєння, поки не зовсім зрозуміло. Одна з теорій свідчить, що ультразвук має ефект, схожий до активних вправ, навантажуючи кістку і примушуючи її виробляти більше кісткових клітин — цей процес називається остеогенезом.

Лікувальним фактором методу є ультразвукові коливання (понад 20 000 Гц).

Крім широкого використання в діагностичних цілях ультразвук застосовується в медицині як лікувальний засіб.

Ультразвук має дію: протизапальну, розсмоктуючу аналгезуючу, спазмолітичну кавітаційним посиленням проникності шкіри

Фонофорез - поєднаний метод, при якому на тканини діють ультразвуком і вводяться, з його допомогою лікувальними речовинами (як медикаментами, так і природного походження). Проведення речовин під дією ультразвуку обумовлено підвищенням проникності епідермісу і шкірних залоз, клітинних мембран і стінок судин для речовин невеликий молекулярної маси, особливо - іонів мінералів бішофіту. Зручність ультрафонофорезу медикаментів та природних речовин: лікувальне речовина при введенні ультразвуком не руйнується синергізм дії ультразвуку та лікувального речовини

Показання до ультрафоофорез бішофіту: остеоартроз, остеохондроз, артрити, бурсити, епіконділіти, п'яткова шпора, стану після травм опорно-рухового апарату; Неврити, нейропатії, радикуліти, невралгії, травми нервів.

Наноситься бішофіт-гель і робочою поверхнею випромінювача проводиться мікро-масаж зони впливу. Методика лабільна, звичайна для ультрафонофореза (при ОФФ суглобів, хребта інтенсивність в області шийного відділу - 0,2-0,4 Вт/см2., В області грудного та поперекового відділу - 0,4-0,6 Вт/см2).

Різка металу за допомогою ультразвуку

На звичайних металорізальних верстатах не можна просвердлити в металевій деталі вузький отвір складної форми, наприклад у вигляді п'ятикутної зірки. Тут без слюсаря не обійдешся, а за допомогою ультразвуку це можна зробити. Магнітострикційний вібратор може просвердлити отвір будь-якої форми. Ультразвукове долото цілком замінює фрезерний верстат. При цьому таке долото набагато простіше фрезерного верстата і обробляти ним металеві деталі дешевше і швидше, ніж фрезерним верстатом. Ультразвуком можна навіть робити гвинтову нарізку в металевих деталях, у склі, у рубін, в алмазі. Зазвичай різьба спочатку робиться в м'якому металі, а потім вже деталь піддають гартуванню. На ультразвуковому верстаті різьблення можна робити у вже загартованому металі і в самих твердих сплавах. Те ж і з штампами. Зазвичай штамп загартовують вже після його ретельної обробки. На ультразвуковому верстаті складну обробку виробляє абразив (наждак, корундові порошок) у полі ультразвукової хвилі. Безперервно коливаючись у полі ультразвуку, частинки твердого порошку «вгризаються в оброблюваний сплав і вирізують отвір такої ж форми, як і у долота. Більшість ультразвукових верстатів працює безшумно. У недалекому майбутньому в цехах металообробних заводів не буде ні брязкоту, ні гуркоту. Шлях до тиші йде через звук.

Приготування сумішей за допомогою ультразвуку

Широко застосовується ультразвук для приготування однорідних сумішей (гомогенізації). Ще в 1927 році американські вчені Лімус і Вуд виявили, що якщо дві незмішувані рідини (наприклад, олію і воду) злити в одну мензурку і піддати опромінення ультразвуком, то в мензурки утворюється емульсія, тобто дрібна завись олії у воді. Подібні емульсії грають велику роль в промисловості: це лаки, фарби, фармацевтичні вироби, косметика

Застосування ультразвуку в біології

Здатність ультразвуку розривати оболонки клітин знайшла застосування в біологічних дослідженнях, наприклад, при необхідності відокремити клітину від ферментів. Ультразвук використовується також для руйнування таких внутрішньоклітинних структур, як мітохондрії і хлоропласти з метою вивчення взаємозв'язку між їх структурою та функціями. Інше застосування ультразвуку в біології пов'язана з його здатністю викликати мутації. Дослідження, проведені в Оксфорді, показали, що ультразвук навіть малої інтенсивності може пошкодити молекулу ДНК. Штучне цілеспрямоване створення мутацій відіграє велику роль у селекції рослин. Головна перевага ультразвуку перед іншими мутагенами (рентгенівські промені, ультрафіолетові промені) полягає в тому, що з ним надзвичайно легко працювати.

Застосування ультразвуку для очищення

У лабораторіях та на виробництві застосовуються ультразвукові ванни для очищення лабораторного посуду і деталей від дрібних частинок. У ювелірної промисловості ювелірні вироби очищають від дрібних частинок полірувальні пасти в ультразвукових ваннах. У деяких пральних машинах застосовують ультразвук для прання білизни.

Застосування ультразвуку для очищення коренеплодів

У деяких харчових виробництвах застосовують ультразвукові ванни для очищення коренеплодів (картоплі, моркви, буряка та ін.) від часток землі.

Застосування ультразвуку в ехолокації

У рибної промисловості застосовують ультразвукову ехолокацію для виявлення косяків риб. Ультразвукові хвилі відбиваються від косяків риб і приходять в приймач ультразвуку раніше, ніж ультразвукова хвиля, що відбилася від дна.

Застосування ультразвуку в витратометрії

Для контролю витрат та обліку води та теплоносія з 60-х років минулого століття в промисловості застосовуються ультразвукові витратоміри.

Застосування ультразвуку в дефектоскопії

Ультразвук добре поширюється в деяких матеріалах, що дозволяє використовувати його для ультразвукової дефектоскопії виробів з цих матеріалів. Останнім часом отримує розвитковий напрямок ультразвукової мікроскопії (з використанням частот від 100 МГц до 2 ГГц), що дозволяє досліджувати підповерхневих шар матеріалу з гарною роздільною здатністю.

Ультразвукове зварювання

Ультразвукове зварювання - зварювання тиском, що здійснюється при впливі ультразвукових коливань. Такий вид зварювання застосовується для з'єднання деталей, нагрів яких ускладнений, або при з'єднанні різнорідних металів або металів з міцними окисними плівками (алюміній, нержавіючі сталі, магнітопроводи з пермаллоя і т.п.). Так ультразвукове зварювання застосовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Застосування ультразвуку в гальванотехніці

Ультразвук застосовують для інтенсифікації гальванічних процесів і поліпшення якості покриттів, одержуваних електрохімічним способом.