Ultrasunetele în natură și tehnologie. Rezumat: Ultrasunetele în natură. Atingerea îi ajută pe lilieci să evite obstacolele

Caracteristica sunetului. Ecografie. Utilizarea ultrasunetelor. Ultrasunetele în natură. Utilizarea diagnosticului a ultrasunetelor în medicină (ultrasunete). Utilizarea ultrasunetelor în cosmetologie. Tăierea metalului cu ultrasunete. Prepararea amestecurilor cu ultrasunete. Utilizarea ultrasunetelor în biologie. Utilizarea ultrasunetelor pentru curățare.


	INTRODUCERE
	Referință istorică
	Caracteristica sunetului
	Ecografie
	Aplicarea ultrasunetelor
	Ultrasunetele în natură
	Utilizarea diagnosticului a ultrasunetelor în medicină (ultrasunete)
	Utilizarea ultrasunetelor în cosmetologie
	Tăierea metalului cu ultrasunete
	Prepararea amestecurilor cu ultrasunete
	Utilizarea ultrasunetelor în biologie
	Utilizarea ultrasunetelor pentru curățare

	Aplicarea ultrasunetelor în detectarea defectelor
4.10	Sudarea cu ultrasunete
	Bibliografie
	ANEXE
	ANEXA 1 - Efectul sunetului asupra nisipului
	ANEXA 2 - Forma de undă în funcție de volum

Introducere

Sunetul este un fenomen fizic, care este propagarea vibrațiilor mecanice sub formă de unde elastice într-un mediu solid, lichid sau gazos. În sens restrâns, sunetul înseamnă aceste vibrații, considerate în legătură cu modul în care sunt percepute de organele de simț ale animalelor și ale oamenilor.

Persoana medie este capabilă să audă vibrațiile sonore în intervalul de frecvență de la 16-20 Hz la 15-20 kHz. Sunetul sub intervalul de auz uman se numește infrasunete; mai mare: până la 1 GHz - ultrasunete, de la 1 GHz - hipersonic. Intensitatea unui sunet depinde într-un mod complex de presiunea sonoră efectivă, frecvența și forma vibrațiilor, iar înălțimea sunetului depinde nu numai de frecvență, ci și de mărimea presiunii sonore. Ca orice undă, sunetul se caracterizează prin amplitudinea şi spectrul frecvenţelor.Procesul de propagare a sunetului este de asemenea Renumitul om de ştiinţă englez Issac Newton a făcut pentru prima dată această presupunere.

1 Context istoric

Primele observații asupra acusticii au fost efectuate în secolul al VI-lea î.Hr. Pitagora a stabilit o relație între înălțimea și lungimea coardei sau a țevii care scoate un sunet. În secolul al IV-lea. î.Hr. Aristotel a fost primul care și-a imaginat corect cum se propagă sunetul în aer. El a spus că un corp care sună provoacă compresia și rarefacția aerului și a explicat ecoul prin reflectarea sunetului din obstacole. În secolul al XV-lea, Leonardo da Vinci a formulat principiul independenței undelor sonore din diverse surse.

În 1660, în experimentele lui Robert Boyle, s-a dovedit că aerul este un conductor de sunet (sunetul nu se propagă în vid). Au fost publicate memoriile lui Joseph Saver despre acustică, publicate de Academia de Științe din Paris. În aceste memorii, Saver examinează un fenomen binecunoscut designerilor de orgă: dacă două țevi ale unei orgă emit simultan două sunete, doar puțin diferite ca înălțime, atunci se aud amplificări periodice ale sunetului, similare sunetului de tobe. Saver a explicat acest fenomen prin coincidența periodică a vibrațiilor ambelor sunete. Dacă, de exemplu, unul dintre cele două sunete corespunde la 32 de vibrații pe secundă, iar celălalt la 40 de vibrații, atunci sfârșitul celei de-a patra vibrații a primului sunet coincide cu sfârșitul celei de-a cincea vibrații a celui de-al doilea sunet și astfel sunetul este amplificat. În cele din urmă, Saver a fost primul care a încercat să determine limita percepției vibrațiilor ca sunete: pentru sunete joase, el a indicat limita la 25 de vibrații pe secundă, iar pentru înalte - 12.800.

Apoi, Newton, pe baza acestor lucrări experimentale ale lui Saver, a dat primul calcul al lungimii de undă a sunetului și a ajuns la concluzia, acum binecunoscută în fizică, că pentru orice conductă deschisă lungimea de undă a sunetului emis este egală cu dublul lungimii. a conductei. „Și acesta este principalul fenomen sonor.” După studiile experimentale ale lui Saver, matematicianul englez Brooke Taylor a început să analizeze matematic problema unei corzi oscilante în 1715, punând astfel bazele fizicii matematice în sensul propriu al cuvântului. El a reușit să calculeze dependența numărului de vibrații ale unei corzi de lungime, greutate, tensiune și valoarea locală a accelerației datorate gravitației.

Explicația propriu-zisă pentru ecou, un fenomen destul de capricios, îi aparține și lui Chladni, cel puțin în părți semnificative. Îi datorăm o nouă definiție experimentală a limitei superioare de audibilitate a sunetului, corespunzătoare la 20.000 de vibrații pe secundă. Aceste măsurători, repetate de multe ori de către fizicieni până acum, sunt foarte subiective și depind de intensitatea și natura sunetului. Dar sunt cunoscute în special experimentele lui Chladni din 1787 privind studiul vibrațiilor plăcilor, în timpul cărora se formează frumoase „figuri acustice”, purtând numele figurilor Chladni și obținute prin stropirea cu nisip pe o placă oscilantă. Aceste studii experimentale au pus o nouă problemă în fizica matematică - problema vibrațiilor membranei.

În secolul al XVIII-lea au fost investigate multe alte fenomene acustice (viteza de propagare a sunetului în solide și gaze, rezonanță, combinații de tonuri etc.). Toate au fost explicate prin mișcarea unor părți ale unui corp oscilant și a particulelor mediului în care se propagă sunetul. Cu alte cuvinte, toate fenomenele acustice au fost explicate ca procese mecanice.

În 1787, Chladni, fondatorul acusticii experimentale, a descoperit vibrațiile longitudinale ale corzilor, plăcilor, diapazonului și clopoțeilor. El a fost primul care a măsurat cu precizie viteza de propagare a undelor sonore în diferite gaze. El a demonstrat că în solide, sunetul nu se propagă instantaneu, ci cu o viteză finită, iar în 1796 a determinat viteza undelor sonore în solide în raport cu sunetul din aer. A inventat o serie de instrumente muzicale. În 1802, a fost publicată lucrarea lui Ernest Chladni „Acustica”, unde a făcut o prezentare sistematică a acusticii.

După Chladni, omul de știință francez Jean Baptiste Biot a măsurat viteza sunetului în solide în 1809.

În 1800, omul de știință englez Thomas Jung a descoperit fenomenul de interferență a sunetului și a stabilit principiul suprapunerii undelor.

În 1816, fizicianul francez Pierre Simon Laplace a derivat o formulă pentru viteza sunetului în gaze. În 1842, fizicianul austriac Christian Doppler a propus influența mișcării relative asupra înălțimii (efectul Doppler).

Efectul Doppler este o modificare a frecvenței și lungimii de undă înregistrată de receptor, cauzată de mișcarea sursei acestora și/sau de mișcarea receptorului. Efectul este numit după fizicianul austriac K. Doppler.

Și în 1845, Bays-Bullot a descoperit experimental efectul Doppler pentru undele acustice.

În 1877, omul de știință american Thomas Alva Edison a inventat un dispozitiv pentru înregistrarea și reproducerea sunetului, pe care el însuși l-a îmbunătățit ulterior în 1889. Metoda de înregistrare a sunetului inventată de el a fost numită mecanică. În 1880, oamenii de știință francezi, frații Pierre și Paul Curie, au făcut o descoperire care s-a dovedit a fi foarte importantă pentru acustică. Ei au descoperit că atunci când un cristal de cuarț este stors din ambele părți, pe fețele cristalului apar sarcini electrice. Această proprietate este un efect piezoelectric pentru detectarea ultrasunetelor inaudibile pentru oameni. Și invers, dacă se aplică o tensiune electrică alternativă pe marginile cristalului, atunci acesta va începe să oscileze, contractându-se și desfăcându-se.

2 Caracteristica sunetului

2.1 Volumul

Loudness este nivelul de putere care este proporțional cu amplitudinea semnalului audio. Intensitatea sunetului se măsoară în decibeli și se notează cu dB. O unitate de măsură numită după Alexander Graham Bell. Nivelurile de presiune sonoră asociate cu diferite surse:

Un pistol împușcat la o distanță de câțiva pași - 140 dB.

Pragul durerii - 130 dB.

Motor cu reacție (în cabina aeronavei) - 80 dB.

Conversație liniștită - 70 dB.

Foșnet într-o cameră liniștită - 40 dB.

Zgomot într-un studio de înregistrare - 30 dB.

Pragul de auz - 0 dB.

2.2 Frecvență

Frecvență (înălțime) - numărul de oscilații complete pe unitatea de timp (unitate de măsură - Hertz). Cu cât frecvența este mai mare, cu atât sunetul este mai mare.

2.3 Timbre

Timbre este un sunet în care sunt prezente vibrații de diferite seturi de frecvențe și amplitudini. Tonul principal determină înălțimea, tonurile, suprapuse în anumite rapoarte, conferă sunetului o culoare - timbru specifică.

Putem spune că timbrul este determinat de mărimea amplitudinilor armonicilor individuale (adică depinde de numărul de armonici superioare și de raportul amplitudinilor acestora la amplitudinea armonicii fundamentale și nu depinde de fazele armonicilor). armonici superioare). Durată (durată) - timpul în care sunetul clar audibil trece în tăcere absolută.

3 Ultrasunete

Ultrasunete – unde sonore având o frecvență mai mare decât cea percepută de urechea umană, de obicei, sub ultrasunete, înseamnă frecvențe peste 20.000 Herți.

Deși existența ultrasunetelor este cunoscută de mult timp, utilizarea sa practică este destul de tânără. În zilele noastre, ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în diverse metode fizice și tehnologice. Deci, în funcție de viteza de propagare a sunetului într-un mediu, se pot judeca caracteristicile fizice ale acestuia. Măsurătorile vitezei la frecvențe ultrasonice fac posibilă, cu erori foarte mici, determinarea, de exemplu, a caracteristicilor adiabatice ale proceselor rapide, a valorilor capacității termice specifice a gazelor și a constantelor elastice ale solidelor.

Frecvența vibrațiilor ultrasonice utilizate în industrie și biologie este în intervalul de la câteva zeci de kHz la câțiva MHz. Vibrațiile de înaltă frecvență sunt create de obicei folosind traductoare piezoceramice, de exemplu, titanit de bariu. În acele cazuri în care puterea vibrațiilor ultrasonice este de importanță primordială, se folosesc de obicei surse mecanice de ultrasunete. Inițial, toate undele ultrasonice au fost recepționate mecanic (diapasoane, fluiere, sirene).

În natură, ultrasunetele apar atât ca componente ale multor zgomote naturale (în zgomotul vântului, al cascadei, ploii, în zgomotul pietricelelor rostogolite de fluviul mării, în sunetele care însoțesc descărcările fulgerelor etc.), cât și printre sunete. a lumii animale. Unele animale folosesc unde ultrasonice pentru a detecta obstacolele, se orientează în spațiu și comunică (balene, delfini, lilieci, rozătoare, tarsii).

Emițătorii de ultrasunete pot fi clasificați în două mari grupe. Primul include emițători-generatori; vibrațiile din ele sunt excitate din cauza prezenței obstacolelor pe calea unui flux constant - un jet de gaz sau lichid. Al doilea grup de emițători este traductoarele electro-acustice; ele convertesc fluctuațiile deja specificate ale tensiunii sau curentului electric în vibrație mecanică a unui solid, care emite unde acustice în mediu.

4 Aplicarea ultrasunetelor

4.1 Ultrasunetele în natură

Liliecii care folosesc ecolocația în timpul orientării nocturne emit semnale de intensitate extrem de ridicată prin gură (Vespertilionidae) sau printr-o deschidere nazală parabolică în formă de oglindă (Rhinolophidae). La o distanta de 1 - 5 cm de capul animalului, presiunea ultrasunetelor ajunge la 60 mbar, adica corespunde presiunii sonore generate de un ciocan-pilot in domeniul frecventei pe care il auzim. Liliecii sunt capabili să perceapă ecouri ale semnalelor lor la o presiune de numai 0,001 mbar, adică de 10.000 de ori mai mică decât cea a semnalelor emise. În acest caz, liliecii pot ocoli obstacolele în timpul zborului chiar și atunci când interferența ultrasonică cu o presiune de 20 mbar este suprapusă semnalelor de ecolocație. Mecanismul acestei imunități la zgomot ridicat este încă necunoscut. Când liliecii localizează obiecte, de exemplu, filamentele întinse pe verticală cu un diametru de numai 0,005 - 0,008 mm la o distanță de 20 cm (jumătate din anvergura aripilor), deplasarea în timp și diferența de intensitate dintre semnalele emise și reflectate joacă un rol decisiv. . Liliecii potcoavă pot naviga și cu o singură ureche (monoaural), care este foarte facilitat de auriculele mari în mișcare continuă. Ele sunt capabile să compenseze chiar și schimbarea de frecvență dintre semnalele emise și reflectate datorită efectului Doppler (când se apropie de un obiect, ecoul este mai mare ca frecvență decât semnalul trimis). Prin scăderea frecvenței de ecolocație în timpul zborului, astfel încât frecvența ultrasunetelor reflectate să rămână în zona de sensibilitate maximă a centrilor lor „auditivi”, ei pot determina viteza propriei mișcări.

Moliile din familia urșilor au dezvoltat un generator de zgomot cu ultrasunete care „elimină de pe urma” liliecilor care urmăresc aceste insecte.

Ecolocația este folosită pentru navigație și păsări - coșcașuri grase sau guajaro. Ei locuiesc în peșterile muntoase din America Latină - de la Panama în nord-vest până în Peru în sud și Surinam în est. Trăind într-un întuneric total, nopjelii grasi, totuși, s-au adaptat să zboare cu măiestrie prin peșteri. Ei emit sunete ușoare de clicuri care sunt percepute și de urechea umană (frecvența lor este de aproximativ 7.000 de herți). Fiecare clic durează una până la două milisecunde. Sunetul clicului se reflectă de pe pereții temniței, din diverse margini și obstacole și este perceput de auzul sensibil al păsării.

Cetaceele folosesc ecolocația ultrasonică în apă.

4.2 Utilizarea diagnosticului a ultrasunetelor în medicină (ultrasunete)

Datorită propagării bune a ultrasunetelor în țesuturile moi umane, relativă inofensivă în comparație cu razele X și ușurința de utilizare în comparație cu imagistica prin rezonanță magnetică, ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă pentru a vizualiza starea organelor interne umane, în special în cavitatea abdominală. și cavitatea pelviană.

Utilizări terapeutice ale ultrasunetelor în medicină

Pe lângă utilizarea pe scară largă în scopuri de diagnostic, ultrasunetele sunt folosite în medicină (inclusiv medicina regenerativă) ca instrument de tratament.

Ecografia are următoarele efecte:

acțiune antiinflamatoare, absorbabilă;

acțiuni analgezice, antispastice;

cavitația crește permeabilitatea pielii.

Fonoforeza este o metodă de tratament combinată în care o substanță terapeutică (atât medicamente, cât și substanțe de origine naturală) este aplicată pe țesut în locul gelului obișnuit pentru emisie ultrasonică (utilizat, de exemplu, în ultrasunete). Se presupune că ultrasunetele ajută substanța terapeutică să pătrundă mai adânc în țesuturi.

4.3 Utilizarea ultrasunetelor în cosmetologie

Dispozitivele multifuncționale de cosmetologie care generează vibrații ultrasonice cu o frecvență de 1 MHz sunt folosite pentru a regenera celulele pielii și a stimula metabolismul acestora. Cu ajutorul ultrasunetelor se efectuează micromasajul celulelor, se îmbunătățește microcirculația sângelui și drenajul limfatic. Ca urmare, tonusul pielii, al țesuturilor subcutanate și al mușchilor crește. Masajul cu ultrasunete favorizează eliberarea de substanțe biologice active, elimină spasmele musculare, în urma cărora ridurile sunt netezite, țesuturile feței și corpului sunt strânse. Cu ajutorul ultrasunetelor, se efectuează cea mai profundă injecție de produse cosmetice și medicamente, precum și toxinele sunt îndepărtate și celulele sunt curățate.

4.4 Tăierea metalului cu ultrasunete

La mașinile convenționale de tăiat metal, nu puteți găuri o gaură îngustă și complexă într-o piesă metalică, de exemplu, sub forma unei stele cu cinci colțuri. Cu ajutorul ultrasunetelor este posibil, vibratorul magnetostrictiv poate găuri o gaură de orice formă. Dalta cu ultrasunete înlocuiește complet mașina de frezat. Mai mult, o astfel de daltă este mult mai ușoară decât o mașină de frezat și poate prelucra piesele metalice mai ieftin și mai rapid decât o mașină de frezat.

Puteți folosi chiar și ultrasunetele pentru a face filete în piese metalice, sticlă, rubin sau diamant. De obicei, firul este mai întâi realizat din metal moale, iar apoi piesa este călită. La o mașină cu ultrasunete, firele pot fi realizate din metal deja călit și din cele mai dure aliaje. La fel este și cu timbrele. De obicei ștampila este întărită după ce a fost finisată cu grijă. Pe o mașină cu ultrasunete, cea mai complexă prelucrare este efectuată de un abraziv (smirghel, pulbere de corindon) în câmpul unei unde ultrasonice. Vibrând continuu în câmpul de ultrasunete, particulele de pulbere solidă tăiate în aliaj sunt prelucrate și tăiați o gaură de aceeași formă ca cea a bitului.

4.5 Prepararea amestecurilor cu ajutorul ultrasunetelor

Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă pentru prepararea amestecurilor omogene (omogenizare). În 1927, oamenii de știință americani Limus și Wood au descoperit că, dacă două lichide nemiscibile (de exemplu, ulei și apă) sunt turnate într-un pahar și expuse la ultrasunete, atunci în pahar se formează o emulsie, adică o suspensie fină de ulei în pahar. apă. Astfel de emulsii joacă un rol important în industria modernă, acestea sunt: lacuri, vopsele, produse farmaceutice, cosmetice.

4.6 Aplicarea ultrasunetelor în biologie

Capacitatea ultrasunetelor de a rupe membranele celulare și-a găsit aplicație în cercetarea biologică, de exemplu, atunci când este necesară separarea celulei de enzime. Ultrasunetele sunt, de asemenea, folosite pentru distrugerea structurilor intracelulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele, pentru a studia relația dintre structura și funcția acestora. O altă aplicație a ultrasunetelor în biologie este legată de capacitatea sa de a induce mutații. Cercetările de la Oxford au arătat că chiar și ultrasunetele de intensitate scăzută pot deteriora o moleculă de ADN. Crearea țintită artificial de mutații joacă un rol important în ameliorarea plantelor. Principalul avantaj al ultrasunetelor față de alți mutageni (raze X, raze ultraviolete) este că este extrem de ușor de lucrat.

4.7 Utilizarea ultrasunetelor pentru curățare

Utilizarea ultrasunetelor pentru curățarea mecanică se bazează pe apariția diferitelor efecte neliniare într-un lichid aflat sub influența acestuia. Acestea includ cavitația, curenții acustici și presiunea sonoră. Rolul principal este jucat de cavitație. Bulele sale, care apar și se prăbușesc în apropierea poluării, le distrug. Acest efect este cunoscut sub numele de eroziune prin cavitație. Ultrasunetele folosite în aceste scopuri au o frecvență scăzută și o putere crescută.

În condiții de laborator și de producție, băile cu ultrasunete umplute cu un solvent (apă, alcool etc.) sunt folosite pentru spălarea pieselor mici și a vaselor. Uneori, cu ajutorul lor, chiar și rădăcinile (cartofi, morcovi, sfeclă etc.) sunt spălate de particulele de sol.

În viața de zi cu zi, pentru spălarea textilelor se folosesc dispozitive speciale care emit ultrasunete, plasate într-un recipient separat.

4.8 Utilizarea ultrasunetelor în ecolocație

Industria pescuitului folosește ecolocația cu ultrasunete pentru a detecta bancurile de pești. Undele ultrasonice sunt reflectate din bancurile de pești și ajung la receptorul de ultrasunete mai devreme decât unda ultrasonică reflectată din fund.

Senzorii de parcare cu ultrasunete sunt utilizați în mașini.

Aplicarea ultrasunetelor în măsurarea debitului

Debitmetrele cu ultrasunete au fost folosite în industrie pentru a controla debitul și măsurarea apei și a agentului de căldură încă din anii 1960.

4.9 Aplicarea ultrasunetelor în detectarea defectelor

Ultrasunetele se propagă bine în unele materiale, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia pentru detectarea cu ultrasunete a defectelor produselor fabricate din aceste materiale. Recent, s-a dezvoltat direcția microscopiei cu ultrasunete, ceea ce face posibilă studierea stratului subteran al unui material cu o rezoluție bună.

4.10 Sudarea cu ultrasunete

Sudarea cu ultrasunete - sudarea sub presiune efectuată sub influența vibrațiilor ultrasonice. Acest tip de sudare se folosește pentru îmbinarea pieselor greu de încălzit, la îmbinarea metalelor diferite, a metalelor cu pelicule puternice de oxid (aluminiu, oțel inoxidabil, circuite magnetice permaloy etc.), în realizarea de microcircuite integrate.

Bibliografie

Internet:

1) http://ru.m.wikipedia.org/wiki/%C7%E2%F3%EA

2) http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/466/Sound

4) http://www.audacity.ru/p8aa1.html

Anexa 1

Efectul sunetului asupra nisipului

Anexa 2

Tipul de undă în funcție de volum

Și, de asemenea, alte lucrări care te-ar putea interesa
32930.		Principalul specific al cunoașterii filozofice	12,54 KB
	Principalul specific al cunoașterii filozofice constă în dualitatea ei, întrucât: are multe în comun cu cunoștințele științifice, subiectul, metodele, aparatul logic și conceptual; cu toate acestea, nu este cunoaștere științifică în forma sa cea mai pură. Subiectul filosofiei este mai larg decât subiectul de cercetare al oricărei științe anume, filosofia generalizează integrează alte științe dar nu le absoarbe, nu include toate cunoștințele științifice nu sta deasupra ei.; este de natură teoretică extrem de generală; conține idei și concepte fundamentale de bază care stau la baza altor...

Odată cu dezvoltarea acusticii la sfârșitul secolului al XIX-lea, s-au descoperit ultrasunetele, în același timp au început și primele studii ale ultrasunetelor, dar bazele aplicării sale au fost puse abia în prima treime a secolului al XX-lea.

Ultrasunetele și proprietățile sale

În natură, ultrasunetele se găsesc ca o componentă a multor zgomote naturale: în zgomotul vântului, al cascadei, ploii, pietricele de mare rostogolite de surf, în descărcări de fulgere. Multe mamifere, cum ar fi pisicile și câinii, au capacitatea de a percepe ultrasunetele la o frecvență de până la 100 kHz, iar abilitățile de localizare ale liliecilor, insectelor nocturne și animalelor marine sunt binecunoscute tuturor.

Ecografie- vibratii mecanice situate deasupra intervalului de frecventa audibil de urechea umana (de obicei 20 kHz). Vibrațiile ultrasonice se deplasează într-o formă de undă, similară cu propagarea luminii. Cu toate acestea, spre deosebire de undele luminoase, care pot călători în vid, ultrasunetele necesită un mediu elastic, cum ar fi un gaz, lichid sau solid.

Parametrii principali ai unei unde sunt lungimea de undă, frecvența și perioada. Undele ultrasunete prin natura lor nu diferă de undele din domeniul audibil și respectă aceleași legi fizice. Însă, ultrasunetele are caracteristici specifice care au determinat aplicarea sa largă în știință și tehnologie. Iată pe cele principale:

1. Lungime de undă mică. Pentru cel mai mic interval de ultrasunete, lungimea de undă nu depășește câțiva centimetri în majoritatea mediilor. Lungimea de undă scurtă determină propagarea razelor undelor ultrasonice. În vecinătatea emițătorului, ultrasunetele se propagă sub formă de fascicule de dimensiuni apropiate de dimensiunea emițătorului. Atunci când lovește o neomogenitate într-un mediu, fasciculul ultrasonic se comportă ca un fascicul de lumină, experimentând reflexie, refracție, împrăștiere, ceea ce face posibilă formarea de imagini sonore în medii optic opace folosind efecte pur optice (focalizare, difracție etc.).
2. O perioadă scurtă de oscilații, care face posibilă emiterea de ultrasunete sub formă de impulsuri și efectuarea unei selecții precise în timp a semnalelor care se propagă în mediu.

Posibilitatea de a obține valori mari ale energiei de vibrație la o amplitudine mică, deoarece energia de vibrație este proporțională cu pătratul frecvenței. Acest lucru face posibilă crearea de fascicule și câmpuri ultrasonice cu un nivel ridicat de energie, fără a necesita echipamente de dimensiuni mari.

În câmpul ultrasonic se dezvoltă curenți acustici semnificativi. Prin urmare, impactul ultrasunetelor asupra mediului generează efecte specifice: fizice, chimice, biologice și medicale. Cum ar fi cavitația, efectul capilar al sunetului, dispersia, emulsionarea, degazarea, dezinfecția, încălzirea locală și multe altele.

Nevoile flotei navale a puterilor conducătoare - Anglia și Franța, pentru explorarea adâncurilor marine, au stârnit interesul multor oameni de știință în domeniul acusticii, tk. este singurul tip de semnal care poate călători departe în apă. Deci, în 1826, savantul francez Colladon a determinat viteza sunetului în apă. În 1838, în Statele Unite, sunetul a fost folosit pentru prima dată pentru a determina profilul fundului mării în scopul așezării unui cablu telegrafic. Rezultatele experimentului au fost dezamăgitoare. Sunetul clopotului dădea un ecou prea slab, aproape inaudibil printre celelalte sunete ale mării. A fost necesar să mergem în regiunea de frecvențe mai înalte, permițând crearea de fascicule sonore dirijate.

Primul generator de ultrasunete a fost realizat în 1883 de englezul Francis Galton. Ultrasunetele au fost create ca un fluier pe marginea unui cuțit atunci când sunt suflate. Rolul unui astfel de punct în fluierul lui Galton a fost jucat de un cilindru cu muchii ascuțite. Aerul sau alt gaz care iese sub presiune printr-o duză inelară cu un diametru identic cu marginea cilindrului a intrat în margine și au apărut vibrații de înaltă frecvență. Sufland fluierul cu hidrogen, s-au putut obtine vibratii de pana la 170 kHz.

În 1880, Pierre și Jacques Curie au făcut o descoperire decisivă pentru tehnologia ultrasunetelor. Frații Curie au observat că atunci când se aplică presiune asupra cristalelor de cuarț, se generează o sarcină electrică care este direct proporțională cu forța aplicată cristalului. Acest fenomen a fost numit „piezoelectricitate” din cuvântul grecesc care înseamnă „a împinge”. În plus, au demonstrat efectul piezoelectric opus, care s-a manifestat atunci când un potențial electric în schimbare rapidă a fost aplicat cristalului, făcându-l să vibreze. De acum a apărut posibilitatea tehnică de fabricare a emițătoarelor și receptoarelor cu ultrasunete de dimensiuni mici.

Moartea lui „Titanic” din cauza unei coliziuni cu un aisberg, nevoia de a lupta cu noi arme - submarinele au necesitat dezvoltarea rapidă a hidroacusticii ultrasonice. În 1914, fizicianul francez Paul Langevin, împreună cu talentatul om de știință emigrant rus Konstantin Vasilyevich Shilovsky, au dezvoltat pentru prima dată un sonar format dintr-un emițător de ultrasunete și un hidrofon - un receptor de vibrații ultrasonice bazat pe efectul piezoelectric. Sonar Langevin - Shilovsky, a fost primul aparat cu ultrasunete aplicat în practică. În același timp, omul de știință rus S.Ya.Sokolov a dezvoltat bazele detectării defectelor cu ultrasunete în industrie. În 1937, psihiatrul german Karl Dussik, împreună cu fratele său Friedrich, un fizician, au folosit pentru prima dată ultrasunetele pentru a detecta tumorile cerebrale, dar rezultatele pe care le-au obţinut au fost nesigure. În practica medicală, ultrasunetele au fost folosite pentru prima dată abia în anii 1950 în Statele Unite.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Postat pe http://www.allbest.ru/

Introducere

1. Ultrasunetele în natură

2. Găsirea ecoului

3. Tipuri de sonare naturale

4. Sentimentul îi ajută pe lilieci să evite obstacolele

5. Lilieci de pescuit

6. Și liliecii greșesc

7. Țipete în abis

8. Radar pentru elefanți de apă

Concluzie

Literatură

Introducere

Descoperirea ecolocației este asociată cu numele naturalistului italian Lazaro Spallanzani. El a atras atenția asupra faptului că liliecii zboară liber într-o cameră absolut întunecată (unde chiar și bufnițele sunt neputincioase) fără să atingă obiectele. Din experiența sa, a orbit mai multe animale, însă chiar și după aceea au zburat la egalitate cu cei văzători. Colegul lui Spallanzani, J. Jurin, a mai efectuat un experiment în care a acoperit cu ceară urechile liliecilor - animalele s-au izbit de toate obiectele. Din aceasta, oamenii de știință au concluzionat că liliecii sunt ghidați de auz. Cu toate acestea, această idee a fost ridiculizată de contemporani, deoarece nu se mai putea spune nimic - la acea vreme era încă imposibil să se înregistreze semnale ultrasonice scurte.

Ideea locației active a sunetului la lilieci a fost propusă pentru prima dată în 1912 de H. Maxim. El a emis ipoteza că liliecii generează semnale de ecolocație de joasă frecvență batând aripile la o frecvență de 15 Hz.

Ecografia a fost ghicită în 1920 de englezul H. Hartridge, care a reprodus experimentele lui Spallanzani. Acest lucru a fost confirmat în 1938 datorită bioacusticii D. Griffin și fizicianului G. Pearce. Griffin a propus denumirea de ecolocație (prin analogie cu radarul) pentru a se referi la modul în care liliecii sunt orientați folosind ultrasunete.

1. Ultrasunetele în natură

În ultimii zece până la cincisprezece ani, biofizicienii au fost uimiți să constate că natura, aparent, nu a fost foarte zgârcită când și-a înzestrat copiii cu sonare. De la lilieci la delfini, de la delfini la pești, păsări, șobolani, șoareci, maimuțe, până la cobai, gândaci, cercetătorii s-au mișcat cu dispozitivele lor, detectând ultrasunetele peste tot.

Se dovedește că multe păsări sunt înarmate cu sonde de eco. Leagă plovieri, curlii, bufnițe și câteva păsări cântătoare, prinse în zbor de ceață și întuneric, cercetează drumul cu ajutorul undelor sonore. Strigând, ei „simt” pământul și prin natura ecoului învață despre altitudinea de zbor, apropierea obstacolelor și terenul.

Evident, în scopul ecolocalizării, ultrasunetele de o frecvență joasă (douăzeci până la optzeci de kiloherți) sunt emise de alte animale - cobai, șobolani, veverițe zburătoare marsupiale și chiar unele maimuțe sud-americane.

Șoarecii și scorpiii din laboratoarele experimentale au trimis cercetași cu aripi rapide - ultrasunete - înaintea lor, înainte de a porni prin colțurile întunecate ale labirinturilor în care le-a fost testată memoria. În întuneric complet, ei găsesc perfect găuri în pământ. Și aici ecosoundul ajută: ecoul nu se întoarce din aceste găuri!

În peșterile din Peru, Venezuela, Guyana și insula Trinidad trăiesc în peșterile din Peru, Venezuela, Guajaro, așa cum sunt numiți în America. Dacă decideți să le faceți o vizită, vă rugăm să aveți răbdare și, cel mai important, scările și luminile electrice. De asemenea, este necesară o oarecare familiaritate cu elementele de bază ale alpinismului, deoarece coșcocele cuibăresc în munți și adesea trebuie să urce stânci abrupte pentru a ajunge la ele.

Și când intri în peșteră cu toate aceste echipamente, astupă-ți urechile din timp, pentru că mii de păsări, trezite de lumină, vor cădea din cornișe și din pereți și, cu un strigăt asurzitor, se vor năpusti peste capul tău. Păsările sunt mari, până la un metru în anvergura aripilor, maro ciocolat cu pete mari albe. Privind la manevrele lor virtuoase din grotele sumbre ale regatului lui Hades, toți sunt uimiți și își pun aceeași întrebare: cum reușesc acești troglodiți cu pene, care zboară în întuneric deplin, să nu ciocnească de ziduri, tot felul de stalactite și stalagmite care susțin bolțile temnițelor?

Oprește luminile și ascultă. După ce au zburat puțin, păsările se vor calma în curând, se vor opri din țipăt și apoi veți auzi batetul blând al aripilor și, ca însoțire pentru ele, un clic ușor. Iată răspunsul la întrebarea ta!

Desigur, acesta este ceea ce funcționează ecosoundele. Urechea noastră preia și semnalele lor, deoarece sună în intervalul de frecvențe relativ joase - aproximativ șapte kiloherți. Fiecare clic durează una sau două miimi de secundă. Donald Griffin, cunoscut de noi ca cercetător al sonarelor pentru lilieci, a astupat urechile unor guajaro cu vată și le-a eliberat în holul întunecat. Iar virtuozii zborurilor de noapte, surzindu-se, au „orbit” imediat: s-au împiedicat neputincioși de toate obiectele din cameră. Neauzind niciun ecou, nu au putut naviga în întuneric.

Guajaro își petrece ziua în peșteri. Își aranjează și cuiburile de lut, lipindu-le cumva de cornișele pereților. Noaptea, păsările părăsesc temnițele și zboară acolo unde sunt mulți pomi fructiferi și palmieri cu fructe moi, asemănătoare prunelor. Mii de turme atacă și plantațiile de palmier de ulei. Fructele sunt înghițite întregi, iar oasele sunt apoi regurgitate după întoarcerea în peșteri. Prin urmare, în temnițele în care cuibăresc guajaro, există întotdeauna multe „răsaduri” de fructe tinere, care pier rapid însă: nu pot crește fără lumină.

Burta puilor de guajaro proaspăt cu niște pui este acoperită cu un strat gros de grăsime. Când tinerii troglodiți au aproximativ două săptămâni, oamenii vin în peșteri cu torțe și stâlpi lungi. Ei distrug cuiburi, ucid mii de păsări rare și imediat, la intrarea în peșteri, topesc grăsimea din ele. Deși această grăsime are calități nutriționale bune, este folosită în principal ca combustibil în felinare și lămpi.

Arde mai bine decât kerosenul și mai ieftin decât acesta - aceasta este părerea în patrie a unei păsări, care, prin ironia malefice a sorții, este condamnată să-și petreacă întreaga viață în întuneric, pentru a muri pentru a da lumină casei unei persoane. .

În Asia de Sud, din India până în Australia, există o altă pasăre care folosește sonarul pentru a-și găsi drumul către cuib în întuneric. Ea cuibărește și în peșteri (uneori, totuși, pe stânci în aer liber). Aceasta este faimoasa salangana rapidă, binecunoscută tuturor gurmanzilor iuteși locali: supa se face din cuiburile sale.

Așa face salangana un cuib: se lipește cu labele de o stâncă și unge o piatră cu salivă lipicioasă, desenând pe ea silueta unui leagăn. Își mișcă capul la dreapta și la stânga - saliva îngheață imediat, se transformă într-o crustă maronie. Iar salangana o unge de sus. Pereții cuibului cresc și obții un mic leagăn pe o stâncă uriașă.

Acest leagăn, spun ei, este foarte gustos. Oamenii se cațără pe stânci înalte, se cațără pe pereții peșterilor la lumina torțelor și strâng cuiburi de viteji. Apoi se pun la fiert în apă clocotită (sau bulion de pui!), iar rezultatul este o supă excelentă, după cum asigură cunoscătorii.

Destul de recent, s-a descoperit că șuvoiele sunt de interes nu numai pentru gastronomi, ci și pentru biofizicieni: aceste păsări, care zboară în întuneric, trimit și cercetași acustici în față, care „troșnesc ca o jucărie de ceas a unui copil”.

2. Rulment ecou

Din punct de vedere fizic, orice sunet este o mișcare oscilativă care se propagă în unde într-un mediu elastic.

Cu cât mai multe vibrații pe secundă un corp oscilant (sau mediu elastic), cu atât frecvența sunetului este mai mare. Cea mai joasă voce umană (basul) are o frecvență de vibrație de aproximativ optzeci de ori pe secundă sau, după cum spun fizicienii, frecvența sa ajunge la optzeci de herți. Cea mai înaltă voce (de exemplu, soprana cântăreței peruane Ima Sumac) este de aproximativ 1400 de herți.

În natură și tehnologie, sunt cunoscute sunete de frecvențe și mai mari - sute de mii și chiar milioane de herți. Quartz are un sunet record - până la un miliard de herți! Puterea sonoră a unei plăci de cuarț care vibrează într-un lichid este de 40 de mii de ori mai mare decât puterea sonoră a unui motor de avion. Dar nu putem deveni surzi din acest „zgomot infernal”, pentru că nu îl auzim. Urechea umană percepe sunete cu o frecvență de vibrație de numai șaisprezece până la douăzeci de mii de herți. Mai multe vibrații acustice de înaltă frecvență sunt de obicei numite ultrasunete; liliecii „simt” împrejurimile lor ca unde.

Ultrasunetele își au originea în laringele liliacului. Aici, sub formă de corzi deosebite, sunt întinse corzile vocale care, vibrând, produc sunet. Laringele, la urma urmei, prin structura sa seamănă cu un fluier obișnuit: aerul expirat din plămâni trece prin el într-un vârtej - are loc un „fluier” de o frecvență foarte mare, până la 150 de mii de herți (o persoană nu îl poate auzi) .

Liliacul poate bloca intermitent fluxul de aer. Apoi izbucnește cu o asemenea forță, ca și cum ar fi fost aruncată de o explozie. Presiunea aerului care trece prin laringe este de două ori mai mare decât a unui cazan cu abur. Nu este o realizare rea pentru un animal care cântărește 5 - 20 de grame!

În laringele unui liliac, sunt excitate vibrații sonore de înaltă frecvență pe termen scurt - impulsuri ultrasonice. Pe secundă urmează de la 5 la 60, iar la unele specii chiar de la 10 la 200 de impulsuri. Fiecare impuls, „explozie”, durează doar 2 - 5 miimi de secundă (la liliecii de potcoavă 5 - 10 sutimi de secundă).

Concizia semnalului audio este un factor fizic foarte important. Numai datorită acesteia, este posibilă localizarea exactă a ecoului, adică orientarea cu ajutorul ultrasunetelor.

De la un obstacol aflat la șaptesprezece metri distanță, sunetul reflectat revine animalului în aproximativ 0,1 secunde. Dacă semnalul sonor durează mai mult de 0,1 secunde, atunci ecoul său, reflectat de obiecte situate mai aproape de șaptesprezece metri, va fi perceput de organele auditive ale animalului simultan cu sunetul principal.

Dar tocmai din intervalul de timp dintre sfârșitul semnalului trimis și primele sunete ale ecoului care se întoarce, liliacul își face instinctiv o idee despre distanța până la obiectul care a reflectat ultrasunetele. Acesta este motivul pentru care pulsul sonor este atât de scurt.

Omul de știință sovietic E. Ya. Pumper a făcut o presupunere foarte interesantă în 1946, care explică bine natura fiziologică a localizării ecoului. El crede că liliacul emite fiecare sunet nou imediat după ce aude ecoul semnalului anterior. Astfel, impulsurile se succed în mod reflex, iar ecoul perceput de ureche servește drept stimul care le provoacă. Cu cât liliacul zboară mai aproape de obstacol, cu atât ecoul se întoarce mai repede și, prin urmare, cu atât animalul emite mai des noi „strigăte” sonore. În cele din urmă, când se apropie direct de un obstacol, impulsurile sonore încep să se succedă cu o rapiditate excepțională. Acesta este un semnal de pericol. Liliacul își schimbă instinctiv cursul zborului, evitând direcția din care vin prea repede sunetele reflectate.

Într-adevăr, experimentele au arătat că liliecii emit doar 5-10 impulsuri ultrasonice pe secundă înainte de lansare. În zbor, acestea cresc la 30. Când se apropie de un obstacol, semnalele sonore urmează și mai repede - de până la 50-60 de ori pe secundă. Unii lilieci, în timp ce vânează insecte nocturne, își depășesc prada, chiar emit 250 de „strigăte” pe secundă.

Sonarul pentru liliac este un „dispozitiv” de navigare foarte precis: este capabil să urmărească chiar și un obiect mic din punct de vedere microscopic - doar 0,1 milimetri în diametru!

Și numai atunci când experimentatorii au redus grosimea firului întins în camera în care liliecii fluturau la 0,07 milimetri, animalele au început să se lovească de el.

Liliecii măresc rata semnalelor sondei la aproximativ doi metri de fir. Așa că, la doi metri, o „bâjbâie” cu „strigătele”. Dar liliacul nu își schimbă imediat direcția, zboară mai departe direct la obstacol și la doar câțiva centimetri distanță de acesta, cu o clapă ascuțită a aripii deviază în lateral.

Cu ajutorul sonarelor cu care i-a înzestrat natura, liliecii nu numai că navighează în spațiu, ci își vânează și pâinea zilnică: țânțari, molii și alte insecte nocturne.

În unele experimente, animalele au fost forțate să prindă țânțari într-o cameră mică de laborator. Au fost fotografiați, cântăriți - într-un cuvânt, au ținut evidența cât de reușit au vânat. Un liliac care cântărea șapte grame pe oră a prins un gram de insecte. Un alt bebeluș, care cântărea doar trei grame și jumătate, a înghițit atât de repede țânțari, încât într-un sfert de oră s-a „îngrășat” cu zece la sută. Fiecare țânțar cântărește aproximativ 0,002 grame. Aceasta înseamnă că 175 de țânțari au fost prinși în cincisprezece minute de vânătoare - un țânțar la fiecare șase secunde! Ritm foarte însuflețit. Griffin spune că dacă nu era sonar, liliacul, chiar și zburând toată noaptea cu gura deschisă, ar fi prins „întâmplător” un singur țânțar, și atunci dacă ar fi fost mulți țânțari în jur.

3. Tipuri de sonare naturale

Până de curând, se credea că doar liliecii mici insectivori precum liliacul și liliacul nostru, precum și vulpile și câinii mari zburători, care devorează tone de fructe în pădurile tropicale, au sonare naturale. Poate că așa este, dar atunci, rosettus este o excepție, deoarece câinii zburători din acest gen sunt înzestrați cu sonare.

În zbor, rozetele își clacă limba tot timpul. Sunetul izbucnește la colțurile gurii, care sunt mereu întredeschise în rosettus. Clicurile amintesc oarecum de un fel de zgomot al limbii, la care oamenii recurg uneori când condamnă ceva. Sonarul primitiv al unui câine zburător funcționează, însă, destul de precis: detectează un fir milimetru de la o distanță de câțiva metri.

Fără excepție, toți liliecii mici din subordinul Microchiroptera, adică microliliecii, sunt înzestrați cu ecosonde. Dar modelele acestor „dispozitive” sunt diferite. Recent, cercetătorii au distins în principal trei tipuri de sonare naturale: șoapte, scandări și ciripit, sau tipul cu modularea frecvenței.

Liliecii care șoptesc sunt originari din tropicele Americii. Mulți dintre ei, precum câinii zburători, mănâncă fructe. Prind și insecte, dar nu în aer, ci pe frunzele plantelor. Semnalele sondei ecografice sunt clicuri foarte scurte și foarte silențioase. Fiecare sunet durează o miime de secundă și este foarte slab. Numai dispozitivele foarte sensibile o pot auzi. Uneori, însă, liliecii care șoptesc „șoptesc” atât de tare încât o persoană îi aude. Dar, de obicei, sonarul lor funcționează la frecvențe de 150 kiloherți.

Celebrul vampir este și șoptător. Şoptind „vrăji” necunoscute nouă, el caută călători epuizaţi în pădurile putrede ale Amazonului şi le suge sângele. Am observat că câinii sunt rar mușcați de vampiri: o ureche subtilă îi avertizează în prealabil cu privire la apropierea sugătorilor de sânge. Câinii se trezesc și fug. La urma urmei, vampirii atacă doar animalele adormite. Chiar și astfel de experimente au fost făcute. Câinii au fost dresați: când au auzit „șoapta” vampirului, au început imediat să latre și să trezească oamenii. Se presupune că viitoarele expediții la tropicele americane vor fi însoțite de acești „vampirolatori”.

Liliecii de potcoavă scandează. Unii dintre ei trăiesc în sudul țării noastre - în Crimeea, Caucaz și Asia Centrală. Liliecii de potcoavă sunt denumiți după excrescentele de pe bot, sub forma unei potcoave piele cu un inel dublu care înconjoară nările și gura. Creșterile nu sunt decorațiuni inactiv: sunt un fel de corn care direcționează semnalele sonore într-un fascicul îngust în direcția în care privește liliacul. De obicei animalul atârnă cu capul în jos și, întorcându-se (aproape trei sute șaizeci de grade!) Mai întâi la dreapta, apoi la stânga, simte împrejurimile cu un sunet. Articulațiile șoldurilor liliecilor tropicali cu potcoavă sunt foarte flexibile, astfel încât aceștia își pot face virajele artistice. De îndată ce un țânțar sau un gândac intră în câmpul locatorului lor, aeronava de orientare rupe ramură și pornește în căutarea combustibilului, adică pentru hrană.

Iar această „mașină de zbor”, se pare, este chiar capabilă să determine, folosindu-se de binecunoscutul efect Doppler fizicienilor, unde zboară hrana: dacă se apropie de cățea de care atârnă potcoava, sau se îndepărtează de ea. Tacticile de urmărire se schimbă în consecință.

Liliecii cu potcoavă sunt folosiți pentru vânătoare foarte lungi (în comparație cu „strigătele” altor lilieci) și sunete monotone. Fiecare semnal durează o zecime sau douăzeci de secundă, iar frecvența sunetului său nu se schimbă - este întotdeauna egală cu o sută sau o sută douăzeci de kiloherți.

Dar liliecii noștri obișnuiți și verii lor nord-americani răspund spațiului cu sunete modulate în frecvență, la fel ca cele mai bune modele de sonare artificiale. Tonul semnalului se schimbă constant, ceea ce înseamnă că se schimbă și înălțimea sunetului reflectat. Aceasta, la rândul său, înseamnă că în orice moment înălțimea ecoului primit nu se potrivește cu tonul semnalului trimis. Și pentru profan este clar că un astfel de dispozitiv facilitează foarte mult ecou.

4 . Atingerea îi ajută pe lilieci să evite obstacolele

Oamenii de știință au ajuns la soluția acestei probleme interesante aproape simultan în diferite țări.

Olandezul Sven Diygraaf a decis să testeze dacă simțul tactil îi ajută într-adevăr pe lilieci să evite obstacolele. A tăiat nervii tactili ai aripilor - animalele operate au zburat bine. Deci simțul tactil nu are nimic de-a face cu el. Apoi, experimentatorul i-a lipsit de auz pe lilieci - au orbi imediat.

Diygraaf a argumentat astfel: din moment ce pereții și obiectele întâlnite de liliecii în zbor nu emit niciun sunet, înseamnă că șoarecii înșiși țipă. Ecoul propriei voci, reflectat de obiectele din jur, anunță animalele despre un obstacol pe drum.

Diygraaf a observat că liliacul și-a deschis gura înainte de a lua zborul. Evident, scoate sunete inaudibile pentru noi, „simțind” împrejurimile lor. În zbor, și liliecii deschid gura din când în când (chiar și atunci când nu vânează insecte).

Această observație ia dat lui Diygraaf ideea de a face următorul experiment. A pus un capac de hârtie pe capul animalului. În față, ca o vizor la coiful unui cavaler, o ușă mică se deschidea și se închise în șapcă.

Un liliac cu ușa închisă pe capac nu a putut zbura, s-a izbit de obiecte. De îndată ce viziera a fost ridicată într-o cască de hârtie, animalul a fost transformat, zborul său a devenit din nou precis și încrezător.

Diygraaf și-a publicat observațiile în 1940. Și în 1946, omul de știință sovietic, profesorul A.P. Kuzyakin, a început o serie de experimente pe lilieci. Le-a acoperit gura și urechile cu plastilină și le-a eliberat în cameră cu frânghii întinse departe și lat - aproape toate animalele nu puteau zbura. Experimentatorul a stabilit un fapt interesant: liliecii, primiți să intre în zborul de probă cu ochii deschiși, „în mod repetat și cu mare forță, în timp ce păsările nou prinse, loveau sticla ferestrelor neterminate”. Aceasta a avut loc în timpul zilei. Seara, la lumina unei lampi electrice, soarecii nu s-au mai ciocnit de sticla. Aceasta înseamnă că în timpul zilei, când este clar vizibil, liliecii au mai multă încredere în ochii lor decât în alte simțuri. Dar mulți cercetători au fost înclinați să ignore deloc viziunea liliecilor.

Profesorul A.P. Kuzyakin și-a continuat experimentele în pădure. Pe capetele animalelor - noctrițe roșii - și-a pus capace din hârtie neagră. Acum animalele nu puteau nici să vadă, nici să-și folosească radarul acustic. Liliecii nu au îndrăznit să zboare în necunoscut, și-au deschis aripile și au coborât asupra lor, ca cu parașute, la pământ. Doar câțiva disperați au zburat la întâmplare. Rezultatul a fost trist: au lovit copacii și au căzut la pământ. Apoi au fost tăiate trei găuri în capacele negre: una pentru gură, două pentru urechi. Animalele au zburat fără teamă. AP Kuzyakin a ajuns la concluzia că organele de orientare a sunetului ale liliecilor „pot înlocui aproape complet vederea, dar organele tactile nu joacă niciun rol în orientare, iar animalele nu le folosesc în zbor”.

Cu câțiva ani mai devreme, oamenii de știință americani D. Griffin și R. Galambos au aplicat o metodă diferită pentru a studia abilitățile misterioase ale liliecilor.

Au început prin a aduce pur și simplu aceste animale la aparatul lui Pierce - un dispozitiv care putea „auzi” ultrasunetele. Și a devenit imediat clar că liliecii „fac o mulțime de strigăte, dar aproape toți se încadrează în gama de frecvențe care se află dincolo de pragul urechii umane”, – a scris mai târziu Donald Griffin.

Cu ajutorul echipamentelor electrice, Griffin și Galambos au reușit să descopere și să investigheze natura fizică a „țipetelor” liliecilor. S-a stabilit, de asemenea, prin introducerea de electrozi speciali în urechea internă a animalelor de experiment, ce frecvență sunt percepute de organele lor auditive.

5 . Lilieci de pescuit

Micul liliac roșu își începe ciripitul cu un sunet cu o frecvență de aproximativ nouăzeci de kiloherți și se termină cu o notă de patruzeci și cinci de kiloherți. Timp de două miimi de secundă, cât durează „strigătul” său, semnalul rulează pe scara de frecvență de două ori mai lungă decât întregul spectru de sunete percepute de urechea umană! Există aproximativ cincizeci de unde sonore în „țipăt”, dar printre ele nu există două de aceeași lungime. Există zece sau douăzeci de astfel de „țipete” cu frecvență modulată în fiecare secundă. Când se apropie de un obstacol sau de un țânțar care scapă, liliacul își mărește semnalele. Acum ciripește nu de 12, ci de 200 de ori pe secundă.

Griffin scrie: „Într-unul dintre tipurile la îndemână de echipamente de interceptare, fiecare scârțâit de înaltă frecvență emis de un liliac va suna ca un clic pe telefon”. Dacă vii la marginea pădurii cu acest dispozitiv, unde liliecii vânează țânțari, atunci când unul dintre ei zboară, vom auzi în căști o bătaie nu foarte grăbită „putt-putt-putt-putt”, „ca de la un vechi motor leneș pe benzină”.

Dar apoi liliacul a pornit în urmărirea unei molii sau s-a hotărât să examineze o pietricică aruncată în sus - imediat „pit-pit-pit-pit-bizzz” a început să bătăie. Acum „sunetele se succed, ca eșapamentul unei motociclete cu viteză”.

Molia a simțit o urmărire și a încercat să-și salveze viața cu manevre dibace. Dar liliacul nu este mai puțin abil, scriind piruete bizare pe cer, îl depășește – iar în telefon nu mai sunt eșapamenturi fracționate, ci bâzâitul monoton al unui ferăstrău electric.

Liliecii de pescuit au fost descoperiți relativ recent. Sonarul lor este, de asemenea, de tipul cu modulare în frecvență. Patru specii de astfel de șoareci au fost deja descrise. Ei trăiesc în America tropicală. La amurg (și unii chiar și după-amiaza) zboară spre pradă și vânează toată noaptea. Ei flutură jos deasupra apei, își pun brusc labele în apă, smulg peștele și îl trimit imediat în gură. Picioarele liliecilor sunt lungi, iar ghearele de pe ele sunt ascuțite și strâmbe, ca cele ale ospreyului - concurentul lor cu pene, doar că, desigur, nu atât de mari.

Unii lilieci care mănâncă pește sunt numiți lilieci cu buze de iepure. Buza inferioară bifurcată atârnă de ele și se crede că prin acest canal un șoarece care flutură deasupra mării își dirijează sunetele direct în apă.

După ce a străbătut coloana de apă, „ciripitul” este reflectat din vezica natatoare a peștelui și ecoul acestuia revine pescarului. Deoarece corpul unui pește este mai mult de nouăzeci la sută de apă, aproape că nu reflectă sunetele subacvatice. Dar o vezică natatoare plină cu aer este un ecran care este suficient de „opac” pentru sunet.

Când sunetul din aer intră în apă și, invers, din apă în aer, își pierde mai mult de 99,9% din energie. Acest lucru este cunoscut de multă vreme fizicienilor. Chiar dacă sunetul lovește suprafața apei în unghi drept, doar 0,12% din energia sa călătorește sub apă. Aceasta înseamnă că semnalele unui liliac, care au făcut o călătorie dublă peste granița aer-apă, trebuie să piardă atât de multă energie din cauza tarifelor mari care există aici, încât puterea sonoră va deveni de un milion și jumătate de ori mai slabă!

În plus, vor exista și alte pierderi: nu toată energia sonoră va fi reflectată de pește și nu toată, după ce și-a făcut drum înapoi în aer, va cădea în urechile animalului care sună ecou.

După toate aceste raționamente, este greu de crezut că ecolocarea aer-apă nu este un mit, ci o realitate.

Cu toate acestea, Donald Griffin a calculat că liliecii se întorc din apă doar de patru ori mai puțin ecou decât un liliac obișnuit care sună insecte în aer. Nu mai e chiar atât de rău. În plus, dacă presupunem că sonarele liliecilor detectează insecte la doi metri distanță, așa cum a presupus el în calculele sale, dar deja de la doi metri optzeci de centimetri (ceea ce este destul de posibil), atunci intensitatea semnalului de întoarcere va fi aceeași pentru atât - și pentru pescar și țânțar.

„Bunul simț”, conchide Griffin, „și primele impresii pot fi înșelătoare atunci când ne confruntăm cu probleme care se află în afara domeniului experienței umane obișnuite, pe care, până la urmă, se construiește ceea ce numim bunul simț”.

6. Și liliecii greșesc

La fel ca oamenii, și liliecii pot face greșeli. Și asta se întâmplă adesea când sunt obosiți sau nu s-au trezit cu adevărat după o zi petrecută în colțuri întunecate. Acest lucru este dovedit de cadavrele mutilate ale liliecilor care se prăbușesc împotriva clădirii Empire și a altor zgârie-nori în fiecare noapte.

Dacă firul este tras jos peste râu, atunci liliecii de obicei îl ating atunci când coboară în apă pentru a-și potoli setea cu câteva picături lins din zbor. Animalele aud două ecouri în același timp: puternice de la suprafața apei și slabe de la sârmă - și nu acordă atenție acestora din urmă, motiv pentru care se sparg pe fir.

Liliecii, obișnuindu-se să zboare pe trasee testate îndelung, își aleg memoria ca ghid și apoi nu ascultă protestele sonarelor. Cercetătorii au efectuat aceleași experimente cu ei ca și cu albinele de pe vechiul aerodrom. (Îți amintești?) Au pus tot felul de obstacole pe drumul bătut de secole, prin care liliecii zburau în fiecare seară la vânătoare, iar în zori se întorceau. Animalele au dat peste aceste obstacole, deși sonarele lor au funcționat și au dat semnale de avertizare timpurii piloților. Dar ei și-au crezut mai mult în memorie decât în urechi. Liliecii greșesc adesea pentru că insectele pe care le vânează nu sunt nici ele simpli: mulți dintre ei au dobândit anti-sonare.

În procesul de evoluție, insectele au dezvoltat o serie de dispozitive care protejează împotriva ultrasunetelor. Multe molii nocturne, de exemplu, sunt acoperite dens cu fire de păr fine. Faptul este că materialele moi: puf, vată, lână - absorb ultrasunetele. Acest lucru înseamnă că moliile urășite sunt mai greu de urmărit. Unele insecte nocturne au dezvoltat organe auditive sensibile la ultrasunete care le ajută să știe din timp despre pericolul iminent. Odată ajuns în raza de acțiune a sondei de eco a liliacului, aceștia încep să se repeze dintr-o parte în alta, încercând să iasă din zona de pericol. Moliile și gândacii urmăriți de un liliac folosesc chiar și o astfel de tehnică tactică: își pliază aripile și cad, înghețând nemișcat pe pământ. La aceste insecte, organele auzului percep de obicei sunete de două game diferite: frecvență joasă, despre care rudele lor „vorbesc”, și frecvență înaltă, la care lucrează sonarele liliecilor. La frecvențele intermediare (între aceste două game) sunt surzi.

7. Țipete în abis

echolocation ecou direction finding dolphin radar

În după-amiaza zilei de 7 martie 1949, nava de cercetare Atlantic asculta marea la o sută șaptezeci de mile nord de Puerto Rico. Sub navă erau adâncimi mari. Cinci kilometri de apă sărată au umplut o depresiune uriașă din pământ.

Și din această prăpastie au ieșit țipete puternice. Un țipăt, apoi ecoul lui. Un alt țipăt și un alt ecou. Multe strigăte la rând cu un interval de aproximativ o secundă și jumătate. Fiecare a durat aproximativ o treime de secundă, iar înălțimea sa era de cinci sute de herți.

S-a calculat imediat că creatura necunoscută exersa solo-uri vocale la o adâncime de aproximativ trei kilometri și jumătate. Ecoul vocii sale s-a reflectat de pe fundul mării și, prin urmare, a ajuns la instrumentele navei cu o oarecare întârziere.

Deoarece balenele nu se scufundă atât de adânc, iar racii și crabii nu scot sunete atât de puternice, biologii au presupus că un fel de pește țipa în abis. Și a țipat cu un scop: a sondat oceanul cu sunet. Măsurată, simplu spus, adâncimea sa. Am studiat terenul, topografia de jos.

Această idee pare acum incredibilă pentru puțini oameni. Căci s-a stabilit deja că peștii, care au fost considerați muți multă vreme, emit mii de tot felul de sunete, lovind-și vezica natatoare cu mușchi speciali, ca o tobă. Alții scrâșnesc din dinți, își pocnesc degetele armurii. Multe dintre aceste trosnituri, scârțâituri și scârțâituri sună în intervalul ultrascurt și sunt folosite, aparent, pentru ecolocație și orientare în spațiu. Deci, ca și liliecii, peștii au propriile lor sonare.

Sonarele de pește nu au fost încă studiate, dar sunt bine cercetate la delfini. Delfinii sunt foarte vorbăreți. Nu vor tăcea nici un minut. Cele mai multe dintre strigătele lor sunt colocviale, ca să spunem așa, vocabular, dar nu ne interesează acum. Alții servesc clar sonarul.

Delfinul cu nas de sticlă fluieră, clică, mormăie, latră, țipăt la diferite voci în intervalul de frecvență de la o sută cincizeci la o sută cincizeci și cinci de mii de herți. Dar când înoată „tăcut”, sonarul său simte în mod constant împrejurimile cu o „ploaie” de țipete rapide sau, după cum se spune, klaks. Acestea nu durează mai mult de câteva milisecunde și sunt de obicei repetate de cincisprezece până la douăzeci de ori pe secundă. Și uneori de sute de ori!

Cea mai mică stropire la suprafață - și delfinul își sporește imediat strigătele, „simțind” cu el un obiect scufundat. Sonarul delfinului este atât de sensibil încât nici măcar un mic pellet, coborât cu grijă în apă, nu îi va scăpa atenției. Un pește aruncat într-un iaz este imediat detectat. Delfinul pornește în urmărire. Nevăzând prada în apa noroioasă, o urmărește fără greșeală. În urma peștilor, acesta își schimbă cu precizie cursul. Ascultând ecoul vocii sale, delfinul își înclină ușor capul într-o parte sau alta, ca o persoană care încearcă să stabilească mai precis direcția sunetului.

Dacă câteva zeci de lansete verticale sunt coborâte într-un bazin mic, delfinul înoată rapid între ele fără a le atinge. Cu toate acestea, se pare că nu poate detecta rețelele cu ochiuri grosiere cu sonarul său. „bâjbâie” cu celule fine.

Ideea aici, aparent, este că celulele mari sunt prea „transparente” pentru sunet, iar cele mici îl reflectă, aproape ca o barieră solidă.

William Sheville și Barbara Lawrence-Sheville, cercetători de la Institutul Oceanografic Woodshole, au arătat într-o serie de experimente interesante cât de delicată este „atingerea” acustică a delfinului.

Delfinul a înotat într-un golf mic îngrădit de mare și „scârțâia” tot timpul. Și, uneori, dispozitivul zdrăngăna sălbatic din palme prea rapide, bătând din palme. Acest lucru s-a întâmplat când bucăți de pește au fost aruncate în apă. Nu doar aruncat, ci în liniște, fără nicio stropire, așezat pe fund. Dar era greu să ascunzi de delfin cea mai liniștită aruncare de mâncare în iaz, chiar dacă înota la celălalt capăt al acestuia la douăzeci de metri de locul sabotajului. Iar apa din această băltoacă era atât de tulbure, încât atunci când o placă de metal a fost scufundată în ea timp de o jumătate de metru, părea să se dizolve: nici cel mai ager ochi uman nu o putea vedea.

Experimentatorii au coborât în apă pești mici de aproximativ cincisprezece centimetri lungime. Delfinul a zărit instantaneu peștele cu un sonar, deși abia era scufundat: bărbatul o ținea de coadă.

Se crede că clacăniile servesc delfinului pentru o orientare apropiată. Recunoașterea generală a zonei și senzația de obiecte mai îndepărtate sunt produse prin fluier. Și acest fluier este modulat în frecvență! Dar, spre deosebire de același tip de sonar pentru lilieci, începe cu note inferioare și se termină cu note înalte.

Alte balene - cașalot, balene cu înotătoare și balene beluga - par, de asemenea, să fie ghidate de ultrasunete. Pur și simplu nu știu încă cum scot aceste sunete. Unii cercetători cred că este suflarea, adică nările și sacii de aer ai canalului respirator, alții - că gâtul. Deși balenele nu au corzi vocale reale, ele pot fi înlocuite cu succes de - așa cum cred unii - creșteri speciale pe pereții interiori ai laringelui.

Sau poate atât suflanta cât și laringele servesc sistemul de transmisie sonar în egală măsură.

8. Radar pentru elefanți de apă

Printre numeroasele animale sacre ale Egiptului Antic, a existat un pește cu abilități complet unice.

Acest pește este un mormyrus sau un elefant de apă. Fălcile ei sunt extinse într-o trobă mică. Capacitatea inexplicabilă a mormirilor de a vedea invizibilul părea un miracol supranatural. Invenția radarului a ajutat la descoperirea misterului.

Se pare că natura a înzestrat elefantul de apă cu cel mai uimitor organ - radarul!

Se știe că mulți pești au organe electrice. Mormyrus are, de asemenea, o mică „baterie de buzunar” în coadă. Tensiunea pe care o generează este mică - doar șase volți, dar este suficient.

În fiecare minut, radarul Mormyrus trimite optzeci până la o sută de impulsuri electrice în spațiu. Oscilațiile electromagnetice care decurg din descărcările „bateriei” sunt parțial reflectate de obiectele din jur și, sub forma unui ecou radio, revin din nou în mormir. Receptorul ecou este situat la baza aripioarei dorsale a acestui pește uimitor. Mormirus „sondează” împrejurimile folosind unde radio!

Raportul asupra proprietăților neobișnuite ale mormyrusului a fost făcut în 1953 de Institutul Ihtiologic din Africa de Est. Institutul a observat că mormirusele ținute în acvariu au început să se repezi neliniștite când un obiect cu o conductivitate electrică ridicată, cum ar fi o bucată de sârmă, a fost coborât în apă. Mormyrusul pare să aibă capacitatea de a simți schimbări în câmpul electromagnetic generat de organul său electric? Anatomiștii au examinat peștele. Ramuri pereche de nervi mari au trecut de-a lungul spatelui ei de la creier la baza aripioarei dorsale, unde, ramificandu-se în ramuri mici, s-au terminat în formațiuni de țesut la intervale egale una de cealaltă. Se pare că aici este plasat un organ care captează undele radio reflectate. Mormyrus, cu nervii tăiați care servesc acest organ, își pierdea sensibilitatea la radiațiile electromagnetice.

Mormyrus trăiește pe fundul râurilor și lacurilor și se hrănește cu larve de insecte, pe care le extrage din nămol cu fălci lungi, ca o pensetă. În timp ce caută hrană, peștele este de obicei înconjurat de un nor gros de nămol agitat și nu vede nimic în jur. Căpitanii de nave știu din propria experiență cât de de neînlocuit este un radar în astfel de condiții.

Mormyrus nu este singurul „radar viu” din lume. Un minunat ochi radio a fost găsit și în coada unui anghil electric în America de Sud, ale cărui „baterii” dezvoltă o tensiune record de curent - până la cinci sute de volți, iar conform unor surse, până la opt sute de volți!

Cercetătorul american Christopher Coates, după o serie de experimente efectuate la Acvariul din New York, a ajuns la concluzia că negii mici de pe capul unei anghile electrice sunt antene radar. Ei captează unde electromagnetice reflectate de obiectele din jur, al căror emițător este situat la capătul cozii anghilei. Sensibilitatea sistemului radar al acestui pește este de așa natură încât eelul, evident, poate stabili de ce natură era obiectul în câmpul de acțiune al localizatorului. Dacă este un animal comestibil, anghila electrică își va întoarce imediat capul spre el. Apoi activează puternicele organe electrice din partea din față a corpului - aruncă asupra victimei „fulgerului” - și devorează încet prada ucisă de descărcarea electrică.

În aceleași râuri, unde anghilele electrice leneșează pe fund, peștele-cuțit elegant - eigenmania - se zboară prin desișuri. Arată ciudat: nu există aripioare dorsale și nici aripioare caudale (doar o spire subțire goală pe coadă). Și acești pești se comportă într-un mod neobișnuit: învârtesc tocmai această turlă în toate direcțiile, de parcă și-ar adulmeca coada. Și înainte de a se târî sub o zăpadă sau într-o peșteră din fund, ei își înfig mai întâi coada în gol și apoi, dacă examenul dă rezultate pozitive, ca să spunem așa, ei înșiși ajung acolo. Dar se cațără nu cu capul înainte, ci cu coada. Se pare că peștii au mai multă încredere în el decât în ochii lor.

Totul a fost explicat foarte simplu: chiar la capătul cozii filamentoase a Aigenmania, oamenii de știință au descoperit un „ochi” electric, ca cel al unui Mormyrus.

Gymnotidele, foarte asemănătoare cu Aigenmania peștilor tropicali americani, par să aibă și ele radare, deși acest lucru nu a fost încă dovedit.

Recent, dr. Lissman de la Cambridge a devenit din nou interesat de somnul electric mult studiat, care trăiește în râurile din Africa, care au fost de mult studiate de zoologi. Acest pește, capabil să dezvolte o tensiune de până la două sute de volți, vânează noaptea. Dar are ochi foarte „miopi”, iar pe întuneric vede prost. Atunci cum găsește somnul pradă? Dr. Lissman a demonstrat că, la fel ca o anghilă electrică, somnul electric își folosește și bateriile puternice ca radar.

Concluzie

Din cele de mai sus, putem concluziona că natura, aparent, nu a fost foarte zgârcită atunci când și-a înzestrat copiii cu sonare. De la lilieci la delfini, de la delfini la pești, păsări, șobolani, șoareci, maimuțe, până la cobai, gândaci, cercetătorii s-au mișcat cu dispozitivele lor, detectând ultrasunetele peste tot. Animalele folosesc ecolocația pentru orientarea în spațiu și pentru a determina locația obiectelor din jur, folosind în principal semnale sonore de înaltă frecvență. Este cel mai dezvoltat la lilieci și delfini; este folosit și de șorici, o serie de pinipede (foci), păsări (guajaro, șuvici etc.).

Originea ecolocației la animale rămâne neclară; probabil că a apărut ca un substitut al viziunii pentru cei care trăiesc în întunericul peșterilor sau în adâncurile oceanului. În loc de undă de lumină, sunetul a fost folosit pentru locație.

Această metodă de orientare în spațiu permite animalelor să detecteze obiecte, să le recunoască și chiar să vâneze în condiții de absență completă a luminii, în peșteri și la adâncimi considerabile.

Ultrasunete - unde sonore cu o frecvență peste 20 mii Hertz v, Hz Infrasound Sound Ultrasound Hypersound

Ultrasunetele sunt folosite de multe animale pentru a comunica între ele folosind ecolocație: câini, delfini, balene, lilieci, unele specii de insecte și păsări. Ultrasunetele sunt folosite de multe animale pentru a comunica între ele folosind ecolocație: câini, delfini, balene, lilieci, unele specii de insecte și păsări.

Liliecii care folosesc ecolocația pentru navigație pe timp de noapte emit semnale de intensitate extrem de ridicată din gură sau nas. Undele sonore sunt reflectate de obiectele din jur, conturându-le contururile, iar liliecii le prind cu urechile și percep imaginea sonoră a lumii înconjurătoare. Liliecii care folosesc ecolocația pentru navigație pe timp de noapte emit semnale de intensitate extrem de ridicată din gură sau nas. Undele sonore sunt reflectate de obiectele din jur, conturându-le contururile, iar liliecii le prind cu urechile și percep imaginea sonoră a lumii înconjurătoare.

Moliile din familia urșilor au dezvoltat un generator de zgomot cu ultrasunete care „elimină de pe urma” liliecilor care urmăresc aceste insecte. Moliile din familia urșilor au dezvoltat un generator de zgomot cu ultrasunete care „elimină de pe urma” liliecilor care urmăresc aceste insecte.

Delfinii excelează în arta ecolocalizării. Creierele sofisticate ale acestor animale sunt capabile să analizeze cu acuratețe datele obținute prin ecolocație și să le prezinte în formă tridimensională. Este interesant că delfinii nu numai că „văd” spațiul și obiectele din spațiu cu ajutorul ultrasunetelor, dar sunt și capabili să determine greutatea obiectelor sau animalelor, dimensiunea acestora și alte caracteristici importante. Delfinii excelează în arta ecolocalizării. Creierele sofisticate ale acestor animale sunt capabile să analizeze cu acuratețe datele obținute prin ecolocație și să le prezinte în formă tridimensională. Este interesant că delfinii nu numai că „văd” spațiul și obiectele din spațiu cu ajutorul ultrasunetelor, dar sunt și capabili să determine greutatea obiectelor sau animalelor, dimensiunea acestora și alte caracteristici importante.