Ultrazvok v naravi in tehnologiji. Povzetek: Ultrazvok v naravi. Dotik pomaga netopirjem, da se izognejo oviram

Zvočna značilnost. ultrazvok. Uporaba ultrazvoka. Ultrazvok v naravi. Diagnostična uporaba ultrazvoka v medicini (ultrazvok). Uporaba ultrazvoka v kozmetologiji. Rezanje kovine z ultrazvokom. Priprava mešanic z ultrazvokom. Uporaba ultrazvoka v biologiji. Uporaba ultrazvoka za čiščenje.


	UVOD
	Sklic na zgodovino
	Zvočna značilnost
	ultrazvok
	Uporaba ultrazvoka
	Ultrazvok v naravi
	Diagnostična uporaba ultrazvoka v medicini (ultrazvok)
	Uporaba ultrazvoka v kozmetologiji
	Rezanje kovine z ultrazvokom
	Priprava mešanic z ultrazvokom
	Uporaba ultrazvoka v biologiji
	Uporaba ultrazvoka za čiščenje

	Uporaba ultrazvoka pri odkrivanju napak
4.10	Ultrazvočno varjenje
	Bibliografija
	PRILOGE
	PRILOGA 1 - Vpliv zvoka na pesek
	DODATEK 2 - Oblika valov glede na glasnost

Uvod

Zvok je fizični pojav, ki je širjenje mehanskih nihanj v obliki elastičnih valov v trdnem, tekočem ali plinastem mediju. V ožjem smislu zvok pomeni te vibracije, obravnavane v povezavi s tem, kako jih zaznavajo čutilni organi živali in ljudi.

Povprečna oseba lahko sliši zvočne vibracije v frekvenčnem območju od 16-20 Hz do 15-20 kHz. Zvok pod človeškim slušnim območjem se imenuje infrazvok; višje: do 1 GHz - ultrazvok, od 1 GHz - hiperzvok. Glasnost zvoka je na kompleksen način odvisna od učinkovitega zvočnega tlaka, frekvence in oblike tresljajev, višina zvoka pa ni odvisna samo od frekvence, temveč tudi od velikosti zvočnega tlaka. Kot vsak val tudi zvok je značilna amplituda in spekter frekvenc.Proces širjenja zvoka je tudi Slavni angleški znanstvenik Issac Newton je to predpostavko izrekel prvič.

1 Zgodovinsko ozadje

Prva opazovanja o akustiki so bila izvedena v 6. stoletju pr. Pitagora je vzpostavil razmerje med višino in dolžino strune ali cevi, ki ustvarja zvok. V IV stoletju. pr. Aristotel je bil prvi, ki si je pravilno predstavljal, kako se zvok širi v zraku. Povedal je, da zvočno telo povzroča stiskanje in redčenje zraka, odmev pa je pojasnil z odbojom zvoka od ovir. V 15. stoletju je Leonardo da Vinci oblikoval načelo neodvisnosti zvočnih valov od različnih virov.

Leta 1660 je bilo v poskusih Roberta Boyla dokazano, da je zrak prevodnik zvoka (zvok se ne širi v vakuumu). Izšli so spomini Josepha Saverja o akustiki, ki jih je izdala Pariška akademija znanosti. Saver v teh spominih razmišlja o pojavu, ki ga oblikovalci orgel dobro poznajo: če dve cevi orgel hkrati oddajata dva zvoka, le nekoliko različna po višini, se slišijo občasna ojačanja zvoka, podobna bobnanju. Saver je ta pojav pojasnil s periodičnim naključjem tresljajev obeh zvokov. Če na primer eden od dveh zvokov ustreza 32 vibracijam na sekundo, drugi pa 40 vibracijam, potem konec četrtega tresljaja prvega zvoka sovpada s koncem petega tresljaja drugega zvoka in tako zvok je ojačan. Končno je bil Saver prvi, ki je poskušal določiti mejo zaznavanja vibracij kot zvokov: za nizke zvoke je nakazal mejo pri 25 vibracijah na sekundo, za visoke zvoke pa 12.800.

Nato je Newton na podlagi teh Saverjevih eksperimentalnih del podal prvi izračun valovne dolžine zvoka in prišel do zaključka, ki je zdaj dobro poznan v fiziki, da je za vsako odprto cev valovna dolžina oddanega zvoka enaka dvakratni dolžini zvoka. cevi. "In to je glavni zvočni fenomen." Po Saverjevim eksperimentalnih študijah je angleška matematika Brooke Taylor leta 1715 začela matematično obravnavati problem nihajne strune, s čimer je postavila temelje matematične fizike v pravem pomenu besede. uspel izračunati odvisnost števila tresljajev strune od njene dolžine, teže, napetosti in lokalne vrednosti gravitacijskega pospeška.

Tudi dejanska razlaga odmeva, precej muhastega pojava, vsaj v pomembnem delu pripada Chladniju. Dolgujemo mu novo eksperimentalno definicijo zgornje meje slišnosti zvoka, ki ustreza 20.000 vibracijam na sekundo. Te meritve, ki so jih fiziki večkrat ponovili do zdaj, so zelo subjektivne in odvisne od intenzivnosti in narave zvoka. Znani pa so poskusi Chladnija iz leta 1787 o preučevanju vibracij plošč, med katerimi nastanejo čudovite "akustične figure", ki nosijo imena Chladnijevih figur in so pridobljene s posipanjem vibrirajoče plošče s peskom. Te eksperimentalne študije so postavile nov problem v matematični fiziki - problem membranskih vibracij.

V 18. stoletju so raziskali številne druge akustične pojave (hitrost širjenja zvoka v trdnih snoveh in plinih, resonanca, kombinirani toni itd.). Vse so bile razložene s gibanjem delov nihajnega telesa in delcev medija, v katerem se širi zvok. Z drugimi besedami, vsi akustični pojavi so bili razloženi kot mehanski procesi.

Leta 1787 je Chladni, ustanovitelj eksperimentalne akustike, odkril vzdolžne vibracije strun, plošč, vilic in zvoncev. Bil je prvi, ki je natančno izmeril hitrost širjenja zvočnih valov v različnih plinih. Dokazal je, da se zvok v trdnih telesih ne širi takoj, ampak s končno hitrostjo, in leta 1796 je določil hitrost zvočnih valov v trdnih telesih glede na zvok v zraku. Izumil je vrsto glasbil. Leta 1802 je izšlo delo Ernesta Chladnija "Akustika", kjer je sistematično predstavil akustiko.

Po Chladniju je francoski znanstvenik Jean Baptiste Biot leta 1809 meril hitrost zvoka v trdnih snoveh.

Leta 1800 je angleški znanstvenik Thomas Jung odkril pojav zvočne interference in vzpostavil princip superpozicije valov.

Leta 1816 je francoski fizik Pierre Simon Laplace izpeljal formulo za hitrost zvoka v plinih. Leta 1842 je avstrijski fizik Christian Doppler predlagal vpliv relativnega gibanja na višino (Dopplerjev učinek).

Dopplerjev učinek je sprememba frekvence in valovne dolžine, ki jo zabeleži sprejemnik, ki jo povzroči premik njihovega vira in/ali premikanje sprejemnika. Učinek je poimenovan po avstrijskem fiziku K. Dopplerju.

Leta 1845 je Bays-Bullot eksperimentalno odkril Dopplerjev učinek za akustične valove.

Leta 1877 je ameriški znanstvenik Thomas Alva Edison izumil napravo za snemanje in reprodukcijo zvoka, ki jo je sam kasneje leta 1889 izboljšal. Metoda snemanja zvoka, ki jo je izumil, se je imenovala mehanska. Leta 1880 sta francoska znanstvenika, brata Pierre in Paul Curie, naredila odkritje, ki se je izkazalo za zelo pomembno za akustiko. Ugotovili so, da se ob stiskanju kremenovega kristala z obeh strani na ploskvah kristala pojavijo električni naboji. Ta lastnost je piezoelektrični učinek za odkrivanje ultrazvoka, ki ga človek ne sliši. In obratno, če se na robove kristala uporabi izmenična električna napetost, bo ta začel nihati, se krčiti in raztezati.

2 Zvočna značilnost

2.1 Prostornina

Glasnost je raven moči, ki je sorazmerna z amplitudo zvočnega signala. Glasnost zvoka se meri v decibelih in je označena z dB. Merska enota, imenovana po Alexanderu Grahamu Bellu. Ravni zvočnega tlaka, povezane z različnimi viri:

Strel iz pištole na razdalji več korakov - 140 dB.

Prag bolečine - 130 dB.

Reaktivni motor (v kabini letala) - 80 dB.

Tihi pogovor - 70 dB.

Šumenje v mirni sobi - 40 dB.

Hrup v snemalnem studiu - 30 dB.

Prag sluha - 0 dB.

2.2 Pogostost

Frekvenca (višina) - število popolnih nihanj na enoto časa (merska enota - Hertz). Višja kot je frekvenca, višji je zvok.

2.3 Zvok

Zvok je zvok, v katerem so prisotne vibracije različnih nizov frekvenc in amplitud. Glavni ton določa višino, prizvok, ki se prekriva v določenih razmerjih, daje zvoku določeno barvo - tember.

Lahko rečemo, da je tember določen z velikostjo amplitud posameznih harmonik (tj. odvisen je od števila višjih harmonikov in razmerja med njihovimi amplitudami in amplitudo osnovne harmonike in ni odvisen od faz harmonike). višje harmonike). Trajanje (trajanje) - čas, v katerem zvok iz jasno slišnega preide v absolutno tišino.

3 Ultrazvok

Ultrazvok - zvočni valovi, katerih frekvenca je višja od frekvence, ki jo zazna človeško uho, običajno pod ultrazvokom pomenijo frekvence nad 20.000 Hertz.

Čeprav je obstoj ultrazvoka znan že dolgo, je njegova praktična uporaba precej mlada. Danes se ultrazvok široko uporablja v različnih fizikalnih in tehnoloških metodah. Torej lahko glede na hitrost širjenja zvoka v mediju sodimo o njegovih fizikalnih značilnostih. Meritve hitrosti pri ultrazvočnih frekvencah omogočajo, da z zelo majhnimi napakami določimo na primer adiabatske značilnosti hitrih procesov, vrednosti specifične toplotne kapacitete plinov in elastične konstante trdnih snovi.

Frekvenca ultrazvočnih vibracij, ki se uporabljajo v industriji in biologiji, je v območju od nekaj deset kHz do nekaj MHz. Visokofrekvenčne vibracije se običajno ustvarijo s piezokeramičnimi pretvorniki, na primer barijev titanit. V primerih, kjer je moč ultrazvočnih vibracij primarnega pomena, se običajno uporabljajo mehanski viri ultrazvoka. Sprva so bili vsi ultrazvočni valovi sprejeti mehansko (uglaste vilice, piščalke, sirene).

Ultrazvok se v naravi pojavlja tako kot sestavni del številnih naravnih zvokov (v hrupu vetra, slapa, dežja, v hrupu kamenčkov, ki jih vali morsko desko, v zvokih, ki spremljajo razelektritve strele itd.), kot med zvoki. živalskega sveta. Nekatere živali uporabljajo ultrazvočne valove za zaznavanje ovir, orientacijo v prostoru in komunikacijo (kiti, delfini, netopirji, glodalci, tarsierji).

Ultrazvočne oddajnike lahko razdelimo v dve veliki skupini. Prva vključuje emiterje-generatorje; vibracije v njih se vzbujajo zaradi prisotnosti ovir na poti stalnega toka - curka plina ali tekočine. Druga skupina oddajnikov so elektroakustični pretvorniki; že določena nihanja električne napetosti ali toka pretvorijo v mehansko vibracijo trdne snovi, ki v okolje oddaja akustične valove.

4 Uporaba ultrazvoka

4.1 Ultrazvok v naravi

Netopirji, ki uporabljajo eholokacijo med nočno orientacijo, oddajajo signale izjemno visoke intenzivnosti skozi usta (Vespertilionidae) ali parabolično zrcalno odprtino za nos (Rhinolophidae). Na razdalji 1 - 5 cm od glave živali ultrazvočni tlak doseže 60 mbar, torej ustreza zvočnemu tlaku, ki ga ustvari udarno kladivo v frekvenčni domeni, ki jo slišimo. Netopirji lahko zaznajo odmev svojih signalov pri tlaku le 0,001 mbar, to je 10.000-krat manj od tlaka oddanih signalov. V tem primeru lahko netopirji zaobidejo ovire med letom, tudi če so ultrazvočne motnje s tlakom 20 mbar naložene na eholokacijske signale. Mehanizem te visoke odpornosti proti hrupu še ni znan. Ko netopirji lokalizirajo predmete, na primer navpično raztegnjene filamente s premerom le 0,005 - 0,008 mm na razdalji 20 cm (pol razpona kril), imata odločilno vlogo časovni premik in razlika v intenzivnosti med oddajanimi in odbitimi signali. . Podkovnjaki lahko krmarijo tudi samo z enim ušesom (monauralno), kar je močno olajšano z velikimi, neprekinjeno premikajočimi se ušesi. Lahko kompenzirajo celo frekvenčni premik med oddanim in odbitim signalom zaradi Dopplerjevega učinka (pri približevanju objektu je odmev po frekvenci višji od poslanega signala). Z znižanjem frekvence eholokacije med letom, tako da frekvenca odbitega ultrazvoka ostane v območju največje občutljivosti njihovih "slušnih" centrov, lahko določijo hitrost lastnega gibanja.

Molji iz družine medvedov so razvili ultrazvočni generator hrupa, ki netopirjem, ki preganjajo te žuželke, "odbije sled".

Eholokacijo uporabljajo za navigacijo tudi ptice - debele nočne kozarce ali guajaro. Naseljujejo gorske jame Latinske Amerike - od Paname na severozahodu do Peruja na jugu in Surinama na vzhodu. Debele kozarce, ki živijo v popolni temi, pa so se kljub temu prilagodili mojstrskemu letenju skozi jame. Oddajajo mehke zvoke klikanja, ki jih zaznava tudi človeško uho (njihova frekvenca je približno 7000 Hertz). Vsak klik traja eno do dve milisekundi. Zvok klika se odbija od sten ječe, različnih polic in ovir in ga zazna ptičji občutljiv sluh.

Kiti uporabljajo ultrazvočno eholokacijo v vodi.

4.2 Diagnostična uporaba ultrazvoka v medicini (ultrazvok)

Zaradi dobrega širjenja ultrazvoka v mehkih tkivih človeka, njegove relativne neškodljivosti v primerjavi z rentgenskimi žarki in enostavne uporabe v primerjavi s slikanjem z magnetno resonanco se ultrazvok pogosto uporablja za vizualizacijo stanja človeških notranjih organov, zlasti v trebušni votlini. in medenično votlino.

Terapevtska uporaba ultrazvoka v medicini

Poleg široke uporabe v diagnostične namene se ultrazvok uporablja v medicini (vključno z regenerativno medicino) kot orodje za zdravljenje.

Ultrazvok ima naslednje učinke:

protivnetno, vpojno delovanje;

analgetično, antispazmodično delovanje;

kavitacija izboljša prepustnost kože.

Fonoforeza je kombinirana metoda zdravljenja, pri kateri se na tkivo namesto običajnega gela za ultrazvočno oddajanje (uporablja se na primer pri ultrazvoku) nanese terapevtska snov (tako zdravila kot snovi naravnega izvora). Domneva se, da ultrazvok pomaga, da terapevtska snov prodre globlje v tkiva.

4.3 Uporaba ultrazvoka v kozmetologiji

Večnamenske kozmetološke naprave, ki ustvarjajo ultrazvočne vibracije s frekvenco 1 MHz, se uporabljajo za regeneracijo kožnih celic in spodbujanje njihovega metabolizma. S pomočjo ultrazvoka se izvaja mikromasaža celic, izboljša se mikrocirkulacija krvi in limfna drenaža. Posledično se dvigne tonus kože, podkožja in mišic. Ultrazvočna masaža spodbuja sproščanje biološko aktivnih snovi, odpravlja mišični krč, zaradi česar se zgladijo gube, zategnejo obrazna in telesna tkiva. S pomočjo ultrazvoka se izvede najgloblje vbrizgavanje kozmetike in zdravil, odstranijo se tudi toksini in očistijo celice.

4.4 Rezanje kovine z ultrazvokom

Na običajnih strojih za rezanje kovin ne morete izvrtati ozke, zapletene luknje v kovinskem delu, na primer v obliki peterokrake zvezde. S pomočjo ultrazvoka je možno, da lahko magnetostriktivni vibrator izvrta luknjo katere koli oblike. Ultrazvočno dleto v celoti nadomesti rezkalni stroj. Poleg tega je takšno dleto veliko lažje kot rezkalni stroj in lahko obdeluje kovinske dele ceneje in hitreje kot rezkalni stroj.

Ultrazvok lahko celo uporabite za izdelavo vijačnih navojev v kovinskih delih, steklu, rubinu ali diamantu. Običajno je navoj najprej izdelan iz mehke kovine, nato pa se del utrdi. Na ultrazvočnem stroju lahko izdelamo niti v že utrjeni kovini in v najtrših zlitinah. Enako je z znamkami. Običajno je žig utrjen, potem ko je bil skrbno končan. Na ultrazvočnem stroju se najkompleksnejša obdelava izvaja z abrazivom (smirkovim, korundnim prahom) v polju ultrazvočnega valovanja. Delci trdnega prahu, ki nenehno vibrirajo v ultrazvočnem polju, se vrežejo v zlitino, ki se obdeluje, in izrežejo luknjo enake oblike kot pri svedi.

4.5 Priprava zmesi z ultrazvokom

Ultrazvok se pogosto uporablja za pripravo homogenih mešanic (homogenizacija). Leta 1927 sta ameriška znanstvenika Limus in Wood odkrila, da če v eno čašo vlijemo dve nemešljivi tekočini (na primer olje in vodo) in jo izpostavimo ultrazvoku, potem v čaši nastane emulzija, torej fina suspenzija olja v voda. Takšne emulzije igrajo pomembno vlogo v sodobni industriji, to so: laki, barve, farmacevtski izdelki, kozmetika.

4.6 Uporaba ultrazvoka v biologiji

Sposobnost ultrazvoka, da razbije celične membrane, je našla uporabo v bioloških raziskavah, na primer, ko je treba celico ločiti od encimov. Ultrazvok se uporablja tudi za uničenje znotrajceličnih struktur, kot so mitohondriji in kloroplasti, da bi preučili razmerje med njihovo strukturo in funkcijo. Druga uporaba ultrazvoka v biologiji je povezana z njegovo sposobnostjo induciranja mutacij. Raziskave na Oxfordu so pokazale, da lahko celo ultrazvok nizke intenzivnosti poškoduje molekulo DNK. Umetno usmerjeno ustvarjanje mutacij ima pomembno vlogo pri vzreji rastlin. Glavna prednost ultrazvoka pred drugimi mutageni (rentgenski žarki, ultravijolični žarki) je, da je z njim izjemno enostavno delati.

4.7 Uporaba ultrazvoka za čiščenje

Uporaba ultrazvoka za mehansko čiščenje temelji na pojavu različnih nelinearnih učinkov v tekočini pod njegovim vplivom. Sem spadajo kavitacija, akustični tokovi in zvočni tlak. Glavno vlogo igra kavitacija. Njegovi mehurčki, ki se pojavijo in sesedejo v bližini onesnaženja, jih uničijo. Ta učinek je znan kot kavitacijska erozija. Ultrazvok, ki se uporablja za te namene, ima nizko frekvenco in povečano moč.

V laboratorijskih in industrijskih pogojih se ultrazvočne kopeli, napolnjene s topilom (voda, alkohol itd.), uporabljajo za pomivanje majhnih delov in posode. Včasih se z njihovo pomočjo iz delcev zemlje sperejo celo korenovke (krompir, korenje, pesa itd.).

V vsakdanjem življenju se za pranje tekstila uporabljajo posebne naprave, ki oddajajo ultrazvok, nameščene v ločeni posodi.

4.8 Uporaba ultrazvoka pri eholokaciji

Ribiška industrija uporablja ultrazvočno eholokacijo za odkrivanje ribjih jat. Ultrazvočni valovi se odbijajo od ribjih jat in prispejo do ultrazvočnega sprejemnika prej kot ultrazvočni valovi, ki se odbijajo od dna.

Ultrazvočni parkirni senzorji se uporabljajo v avtomobilih.

Uporaba ultrazvoka pri merjenju pretoka

Ultrazvočni merilniki pretoka se v industriji uporabljajo za nadzor pretoka in merjenja vode in toplotnega nosilca že od šestdesetih let prejšnjega stoletja.

4.9 Uporaba ultrazvoka pri odkrivanju napak

Ultrazvok se v nekaterih materialih dobro širi, kar omogoča uporabo za ultrazvočno odkrivanje napak pri izdelkih iz teh materialov. V zadnjem času se razvija smer ultrazvočne mikroskopije, ki omogoča preučevanje podpovršinske plasti materiala z dobro ločljivostjo.

4.10 Ultrazvočno varjenje

Ultrazvočno varjenje - tlačno varjenje, ki se izvaja pod vplivom ultrazvočnih vibracij. Tovrstno varjenje se uporablja za spajanje delov, ki jih je težko segreti, pri spajanju različnih kovin, kovin z močnimi oksidnimi filmi (aluminij, nerjaveče jeklo, permalojna magnetna vezja itd.), pri izdelavi integriranih mikrovezij.

Bibliografija

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

Priloga 1

Učinek zvoka na pesek

Dodatek 2

Vrsta valovanja je odvisna od glasnosti

In tudi druga dela, ki vas morda zanimajo
32930.		Glavna specifičnost filozofskega znanja	12,54 KB
	Glavna specifičnost filozofskega znanja je v njegovi dvojnosti, saj: ima veliko skupnega z znanstvenim znanjem, predmetom, metodami, logičnim in pojmovnim aparatom; vendar to ni znanstveno znanje v svoji najčistejši obliki. Predmet filozofije je širši od predmeta raziskovanja katere koli določene znanosti, filozofija posplošuje integrira druge znanosti, vendar jih ne absorbira, ne vključuje vsega znanstvenega znanja, ne stoji nad njim.; je izjemno splošne teoretične narave; vsebuje osnovne temeljne ideje in koncepte, ki so osnova drugih ...

Z razvojem akustike ob koncu 19. stoletja je bil odkrit ultrazvok, istočasno so se začele prve študije ultrazvoka, vendar so bili temelji za njegovo uporabo postavljeni šele v prvi tretjini 20. stoletja.

Ultrazvok in njegove lastnosti

V naravi najdemo ultrazvok kot sestavni del številnih naravnih hrupov: v hrupu vetra, slapov, dežja, morskih kamenčkov, ki jih vali surf, v razelektritvah strele. Številni sesalci, kot so mačke in psi, imajo sposobnost zaznavanja ultrazvoka s frekvenco do 100 kHz, lokacijske sposobnosti netopirjev, nočnih žuželk in morskih živali pa so vsem dobro znane.

ultrazvok- mehanske vibracije, ki se nahajajo nad frekvenčnim območjem, ki ga sliši človeško uho (običajno 20 kHz). Ultrazvočne vibracije potujejo v valovni obliki, podobno kot pri širjenju svetlobe. Vendar pa za razliko od svetlobnih valov, ki lahko potujejo v vakuumu, ultrazvok zahteva elastičen medij, kot je plin, tekočina ali trdna snov.

Glavni parametri valovanja so valovna dolžina, frekvenca in obdobje. Ultrazvočni valovi se po svoji naravi ne razlikujejo od valov slišnega obsega in so podvrženi istim fizikalnim zakonom. Toda ultrazvok ima posebne značilnosti, ki so določile njegovo široko uporabo v znanosti in tehnologiji. Tu so glavne:

1. Majhna valovna dolžina. Za najnižje ultrazvočno območje valovna dolžina v večini medijev ne presega nekaj centimetrov. Kratka valovna dolžina določa širjenje žarka ultrazvočnih valov. V bližini oddajnika se ultrazvok širi v obliki žarkov v velikosti, ki je blizu velikosti oddajnika. Ko zadene nehomogenost v mediju, se ultrazvočni žarek obnaša kot svetlobni žarek, doživlja odboj, lom, sipanje, kar omogoča tvorbo zvočnih podob v optično neprozornih medijih z uporabo izključno optičnih učinkov (fokusiranje, difrakcija itd.).
2. Kratko obdobje nihanja, ki omogoča oddajanje ultrazvoka v obliki impulzov in izvedbo natančnega časovnega izbora širitvenih signalov v mediju.

Možnost pridobivanja visokih vrednosti vibracijske energije pri majhni amplitudi, saj energija vibracije je sorazmerna s kvadratom frekvence. To omogoča ustvarjanje ultrazvočnih žarkov in polj z visoko energijsko stopnjo, ne da bi pri tem potrebovali veliko opremo.

V ultrazvočnem polju se razvijejo znatni akustični tokovi. Zato vpliv ultrazvoka na okolje ustvarja specifične učinke: fizikalne, kemične, biološke in medicinske. Kot so kavitacija, zvočni kapilarni učinek, disperzija, emulgiranje, razplinjevanje, dezinfekcija, lokalno ogrevanje in mnogi drugi.

Potrebe pomorske flote vodilnih sil - Anglije in Francije za raziskovanje morskih globin so vzbudile zanimanje številnih znanstvenikov s področja akustike, tk. je edina vrsta signala, ki lahko potuje daleč v vodi. Tako je leta 1826 francoski znanstvenik Colladon določil hitrost zvoka v vodi. Leta 1838 so v Združenih državah Amerike z zvokom prvič določili profil morskega dna z namenom polaganja telegrafskega kabla. Rezultati eksperimenta so bili razočarani. Zvok zvona je dal prešibak odmev, skoraj neslišen med drugimi zvoki morja. Treba je bilo iti v območje višjih frekvenc, ki je omogočalo ustvarjanje usmerjenih zvočnih žarkov.

Prvi ultrazvočni generator je leta 1883 izdelal Anglež Francis Galton. Ultrazvok je nastal kot piščalka na robu noža, ko ga pihamo. Vlogo takšne točke v Galtonovi piščalki je odigral valj z ostrimi robovi. Zrak ali drug plin, ki je uhajal pod tlakom skozi obročasto šobo s premerom, ki je enak robu jeklenke, je stekel v rob in so se pojavile visokofrekvenčne vibracije. S pihanjem v piščalko z vodikom je bilo mogoče pridobiti vibracije do 170 kHz.

Leta 1880 sta Pierre in Jacques Curie naredila odločilno odkritje ultrazvočne tehnologije. Brata Curie sta opazila, da pri pritisku na kristale kremena nastane električni naboj, ki je neposredno sorazmeren s silo, ki deluje na kristal. Ta pojav so poimenovali "piezoelektričnost" iz grške besede, ki pomeni "potisniti". Poleg tega so pokazali nasprotni piezoelektrični učinek, ki se je pokazal, ko je bil na kristal uporabljen hitro spreminjajoči se električni potencial, ki je povzročil vibriranje. Od zdaj naprej se je pojavila tehnična možnost izdelave majhnih oddajnikov in ultrazvočnih sprejemnikov.

Smrt "Titanika" zaradi trka z ledeno goro, potreba po boju z novim orožjem - podmornice so zahtevale hiter razvoj ultrazvočne hidroakustike. Leta 1914 je francoski fizik Paul Langevin skupaj z nadarjenim ruskim emigrantskim znanstvenikom Konstantinom Vasiljevičem Šilovskim prvič razvil sonar, sestavljen iz ultrazvočnega oddajnika in hidrofona - sprejemnika ultrazvočnih vibracij, ki temelji na piezoelektričnem učinku. Sonar Langevin - Shilovsky, je bila prva ultrazvočna naprava uporablja v praksi. Hkrati je ruski znanstvenik S.Ya.Sokolov razvil temelje ultrazvočnega odkrivanja napak v industriji. Leta 1937 je nemški psihiater Karl Dussik skupaj z bratom Friedrichom, fizikom, prvič uporabil ultrazvok za odkrivanje možganskih tumorjev, vendar so bili rezultati, ki so jih dobili, nezanesljivi. V medicinski praksi so ultrazvok prvič uporabili šele v petdesetih letih prejšnjega stoletja v Združenih državah.

Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec

Študentje, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki uporabljajo bazo znanja pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Uvod

1. Ultrazvok v naravi

2. Iskanje odmeva

3. Vrste naravnih sonarjev

4. Občutek pomaga netopirjem, da se izognejo oviram

5. Ribiški netopirji

6. In netopirji se motijo

7. Kriki v breznu

8. Radar vodnega slona

Zaključek

Literatura

Uvod

Odkritje eholokacije je povezano z imenom italijanskega naravoslovca Lazara Spallanzanija. Opozoril je na dejstvo, da netopirji prosto letijo v popolnoma temni sobi (kjer so tudi sove nemočne), ne da bi se dotikali predmetov. Po njegovih izkušnjah je oslepil več živali, a so tudi potem letele enako kot videči. Spallanzanijev kolega J. Jurin je izvedel še en poskus, pri katerem je netopirjem zakril ušesa z voskom – živali so se zaletavale v vse predmete. Iz tega so znanstveniki sklepali, da netopirje vodi sluh. Toda sodobniki so to idejo zasmehovali, saj ni bilo mogoče reči ničesar več - takrat še ni bilo mogoče posneti kratkih ultrazvočnih signalov.

Idejo o aktivni lokaciji zvoka pri netopirjih je leta 1912 prvič predlagal H. Maxim. Domneval je, da netopirji ustvarjajo nizkofrekvenčne eholokacijske signale tako, da mahajo s krili s frekvenco 15 Hz.

Ultrazvok je leta 1920 uganil Anglež H. Hartridge, ki je reproduciral Spallanzanijeve poskuse. To je bilo potrjeno leta 1938 zahvaljujoč bioakustiku D. Griffinu in fiziku G. Pearceu. Griffin je predlagal ime eholokacija (po analogiji z radarjem), da se nanaša na način, kako so netopirji orientirani z ultrazvokom.

1. Ultrazvok v naravi

V zadnjih desetih do petnajstih letih so biofiziki presenečeni ugotovili, da narava očitno ni bila zelo skopa, ko je svoje otroke obdarila s sonarji. Od netopirjev do delfinov, od delfinov do rib, ptic, podgan, miši, opic, do morskih prašičkov, hroščev, so se raziskovalci premikali s svojimi napravami in povsod zaznavali ultrazvok.

Izkazalo se je, da je veliko ptic oboroženih z odmevniki. S pomočjo zvočnih valov pot preiskujeta v begu megla in tema kravato rjuke, kodre, sove in nekatere ptice pevke. Z vpitjem »tipajo« tla in po naravi odmeva spoznavajo višino leta, bližino ovir in teren.

Očitno za namen eholokacije ultrazvoke nizke frekvence (od dvajset do osemdeset kilohercev) oddajajo druge živali - morski prašički, podgane, torbarske leteče veverice in celo nekatere južnoameriške opice.

Miši in rovke v eksperimentalnih laboratorijih so pred seboj poslale hitrokrile skavte - ultrazvoke, preden so se odpravile skozi temne kotičke labirintov, v katerih so preizkušali njihov spomin. V popolni temi odlično najdejo luknje v tleh. In tu pomaga odmev: odmev se ne vrne iz teh lukenj!

V jamah Peruja, Venezuele, Gvajane in na otoku Trinidad živijo debeli nočni kozarci ali guajaro, kot jim pravijo v Ameriki. Če se odločite, da jih obiščete, bodite potrpežljivi, predvsem pa stopnice in električne luči. Nujno je tudi nekaj poznavanja osnov alpinizma, saj v gorah gnezdijo nočni kozarci in se morajo pogosto vzpenjati po strmih pečinah, da pridejo do njih.

In ko boste z vso to opremo vstopili v jamo, si pravočasno zamašite ušesa, saj bo na tisoče ptic, ki jih je prebudila svetloba, padlo z vogalov in sten ter vam z oglušnim vpitjem pognalo nad glavo. Ptice so velike, do metra v razponu kril, čokoladno rjave z velikimi belimi lisami. Ob pogledu na njihove virtuozne manevre v mračnih jamah Hadovega kraljestva se vsi začudijo in se sprašujejo isto: kako ti pernati trogloditi, ki letijo v popolni temi, uspejo, da se ne zaletavajo v stene, najrazličnejše stalaktite in stalagmite, ki podpirajo oboki ječ?

Ugasnite luči in poslušajte. Po malem poletju se bodo ptice kmalu umirile, nehale kričati, nato pa boste slišali tiho ploskanje kril in kot spremljavo tiho klikanje. Tukaj je odgovor na vaše vprašanje!

Seveda tako delujejo odmevniki. Njihove signale zaznava tudi naše uho, saj zvenijo v območju relativno nizkih frekvenc – približno sedem kilohercev. Vsak klik traja eno ali dve tisočinki sekunde. Donald Griffin, ki nam je že znan kot raziskovalec sonarjev netopirjev, je nekaj guajarom zamašil ušesa z vato in jih spustil v temno dvorano. In virtuozi nočnih letov, ki so oglušili, so takoj "oslepeli": nemočno so naleteli na vse predmete v sobi. Ker niso slišali odmeva, niso mogli krmariti v temi.

Guajaro preživi dan v jamah. Urejajo tudi svoja glinena gnezda, ki jih nekako prilepijo na vogale sten. Ponoči ptice zapustijo ječe in odletijo tja, kjer je veliko sadnega drevja in palm z mehkimi, slivam podobnimi plodovi. Na tisoče jat napada tudi nasade oljnih palm. Plodove pogoltnejo cele, kosti pa vrnejo po vrnitvi v jame. Zato je v ječah, kjer gnezdijo guajaro, vedno veliko mladih sadnih sadij, ki pa hitro propadejo: brez svetlobe ne morejo rasti.

Trebuh novopečenih piščancev guajaro je prekrit z debelo plastjo maščobe. Ko so mladi trogloditi stari približno dva tedna, pridejo v jame ljudje z baklami in dolgimi palicami. Uničijo gnezda, ubijejo na tisoče redkih ptic in takoj, na vhodu v jame, iz njih stopijo maščobo. Čeprav ima ta maščoba dobre prehranske lastnosti, se uporablja predvsem kot gorivo za luči in svetilke.

Gori bolje kot petrolej in ceneje od njega - tako v domovini menijo ptice, ki je po zlobni ironiji usode obsojena, da preživi vse življenje v temi, da bi umrla, da bi razsvetlila človekov dom. .

V južni Aziji, od Indije do Avstralije, je še ena ptica, ki s pomočjo sonarja najde pot do gnezda v temi. Gnezdi tudi v jamah (včasih pa na skalah na prostem). To je znamenita hitra salangana, ki jo poznajo vsi domači hitri sladokusci: iz njenih gnezd se skuha juha.

Tako si salangana naredi gnezdo: s tacami se oprime skale in namaže kamen z lepljivo slino in nanj nariše silhueto zibelke. Premakne glavo v desno in levo - slina takoj zamrzne, se spremeni v rjavkasto skorjo. In salangana ga namaže od zgoraj. Stene gnezda rastejo in dobiš majhno zibelko na ogromni skali.

Ta zibelka je, pravijo, zelo okusna. Ljudje plezajo po visokih pečinah, ob soju bakel plezajo po stenah jam in nabirajo gnezda hitrih letvic. Nato jih skuhamo v vreli vodi (ali piščančji juhi!), Rezultat pa je odlična juha, kot zagotavljajo poznavalci.

Pred kratkim je bilo ugotovljeno, da swiftlets niso zanimivi le za gastronome, ampak tudi za biofizike: te ptice, ki letijo v temi, pošljejo naprej tudi akustične skavte, ki "crkljajo kot otroška ura".

2. Odmev ležaj

S fizičnega vidika je vsak zvok nihajno gibanje, ki se širi v valovih v elastičnem mediju.

Več tresljajev na sekundo nihajoče telo (ali elastični medij), višja je frekvenca zvoka. Najnižji človeški glas (bas) ima frekvenco vibracij približno osemdesetkrat na sekundo ali, kot pravijo fiziki, njegova frekvenca doseže osemdeset hercev. Najvišji glas (na primer sopran perujske pevke Ima Sumac) je približno 1400 hercev.

V naravi in tehnologiji so znani zvoki še višjih frekvenc - na stotine tisoč in celo milijonov hercev. Quartz ima rekordno visok zvok - do ene milijarde hercev! Zvočna moč kvarčne plošče, ki vibrira v tekočini, je 40 tisoč krat večja od zvočne moči letalskega motorja. Toda od tega »peklenskega ropota« ne moremo oglušiti, ker ga ne slišimo. Človeško uho zaznava zvoke s frekvenco vibracij le od šestnajst do dvajset tisoč hercev. Bolj visokofrekvenčne akustične vibracije se običajno imenujejo ultrazvoki; netopirji "čutijo" svojo okolico kot valove.

Ultrazvok izvira iz netopirjevega grla. Tu so v obliki nenavadnih strun raztegnjene glasilke, ki z vibriranjem proizvajajo zvok. Konec koncev, grlo po svoji strukturi spominja na navadno piščalko: zrak, ki ga izdihnejo pljuča, hiti skozi njega v vrtincu - pojavi se "piščal" zelo visoke frekvence, do 150 tisoč hercev (človek ga ne sliši) .

Netopir lahko občasno blokira pretok zraka. Nato izbruhne s tako silo, kot da bi jo vrgla eksplozija. Tlak zraka, ki teče skozi grlo, je dvakrat večji kot pri parnem kotlu. Ni slab dosežek za žival, ki tehta 5 - 20 gramov!

V grlu netopirja se vzbujajo kratkotrajne visokofrekvenčne zvočne vibracije - ultrazvočni impulzi. Na sekundo sledi od 5 do 60, pri nekaterih vrstah pa celo od 10 do 200 impulzov. Vsak impulz, "eksplozija", traja le 2 - 5 tisočink sekunde (pri podkovnjakih 5 - 10 stotink sekunde).

Kratkost zvočnega signala je zelo pomemben fizični dejavnik. Samo zahvaljujoč njemu je mogoča natančna lokacija odmeva, torej orientacija s pomočjo ultrazvoka.

Od sedemnajst metrov oddaljene ovire se odbit zvok vrne v žival v približno 0,1 sekunde. Če zvočni signal traja več kot 0,1 sekunde, bo njegov odmev, ki se odbije od predmetov, ki se nahajajo bližje od sedemnajst metrov, zaznali organi sluha živali hkrati z glavnim zvokom.

Toda ravno iz časovnega intervala med koncem poslanega signala in prvimi zvoki povratnega odmeva netopir nagonsko dobi predstavo o razdalji do predmeta, ki je odseval ultrazvok. Zato je zvočni impulz tako kratek.

Sovjetski znanstvenik E. Ya. Pumper je leta 1946 naredil zelo zanimivo domnevo, ki dobro pojasnjuje fiziološko naravo lokacije odmeva. Verjame, da netopir odda vsak nov zvok takoj, ko zasliši odmev prejšnjega signala. Tako si impulzi refleksno sledijo, odmev, ki ga zazna uho, pa služi kot dražljaj, ki jih povzroči. Bližje ko netopir leti oviri, hitreje se vrne odmev in zato pogosteje žival oddaja nov odmev, ki zveni "jok". Končno, ko se oviri neposredno približamo, si zvočni impulzi začnejo slediti z izjemno hitrostjo. To je znak nevarnosti. Netopir nagonsko spremeni potek leta in se izogne smeri, iz katere prehitro prihajajo odbiti zvoki.

Dejansko so poskusi pokazali, da netopirji pred izstrelitvijo oddajajo le 5-10 ultrazvočnih impulzov na sekundo. Med letom se povečajo na 30. Pri približevanju oviri sledijo zvočni signali še hitreje - do 50-60-krat na sekundo. Nekateri netopirji med lovom na nočne žuželke prehitijo svoj plen, oddajo celo 250 "krikov" na sekundo.

Sonar netopirjev je zelo natančna navigacijska "naprava": sposoben je slediti tudi mikroskopsko majhnemu predmetu - premera le 0,1 milimetra!

In šele ko so eksperimentatorji zmanjšali debelino žice, napete v prostoru, kjer so netopirji plapolali, na 0,07 milimetra, so se živali začele zaletavati vanjo.

Netopirji povečajo hitrost odmevnih signalov približno dva metra od žice. Tako jo dva metra stran »tipajo« s svojimi »joki«. A netopir takoj ne spremeni smeri, odleti naprej direktno do ovire in le nekaj centimetrov stran od nje z ostrim zamahom krila odkloni v stran.

S pomočjo sonarjev, s katerimi jih je obdarila narava, netopirji ne le krmarijo po vesolju, ampak lovijo tudi svoj vsakdanji kruh: komarje, molje in druge nočne žuželke.

V nekaterih poskusih so bile živali prisiljene loviti komarje v majhni laboratorijski sobi. Fotografirali so jih, stehtali – z eno besedo, spremljali so, kako uspešno so lovili. En netopir, ki tehta sedem gramov na uro, je ujel gram žuželk. Še en dojenček, ki je tehtal le tri in pol grame, je komarje pogoltnil tako hitro, da se je v četrt ure "zgostila" za deset odstotkov. Vsak komar tehta približno 0,002 grama. To pomeni, da je bilo v petnajstih minutah lova ujetih 175 komarjev – en komar vsakih šest sekund! Zelo razgiban tempo. Griffin pravi, da bi netopir, če ne bi bilo sonarja, celo noč letel z odprtimi usti, "po naključju" ujel enega samega komarja in potem, če bi bilo naokoli veliko komarjev.

3. Vrste naravnih sonarjev

Do nedavnega je veljalo, da imajo naravne sonarje le majhni žužkojedi netopirji, kot sta naš netopir in netopir, ter velike leteče lisice in psi, ki požirajo na tone sadja v tropskih gozdovih. Morda je tako, potem pa je rozeta izjema, saj so leteči psi tega rodu obdarjeni s sonarji.

Med letom rozete ves čas klikajo z jeziki. Zvok izbruhne v kotih ust, ki so v rozeti vedno odprti. Kliki nekoliko spominjajo na nekakšno klopotanje z jezikom, po katerem se ljudje včasih zatekajo, ko nekaj obsojajo. Primitivni sonar letečega psa pa deluje precej natančno: zazna milimetrsko žico z razdalje več metrov.

Brez izjeme so vsi majhni netopirji iz podrazreda Microchiroptera, torej mikro-netopirji, obdarjeni z odmevniki. Toda modeli teh "naprav" so različni. V zadnjem času so raziskovalci ločili predvsem tri vrste naravnih sonarjev: šepetajoče, petje in čivkajoče ali frekvenčno modulirajoče tipe.

Šepetajoči netopirji so doma v tropih Amerike. Mnogi od njih, tako kot leteči psi, jedo sadje. Ulovijo tudi žuželke, vendar ne v zraku, ampak na listih rastlin. Njihovi signali odmeva so zelo kratki in zelo tihi kliki. Vsak zvok traja tisočinko sekunde in je zelo šibek. Slišijo ga lahko le zelo občutljive naprave. Včasih pa šepetajoči netopirji »šepetajo« tako glasno, da jih človek sliši. Toda običajno njihov sonar deluje na frekvencah 150 kilohercev.

Slavni vampir je tudi šepetalec. Šepeta nam neznane »uroke«, išče izčrpane popotnike v gnilih gozdovih Amazonije in jim sesa kri. Opazili smo, da vampirji pse redko ugriznejo: subtilno uho jih vnaprej opozori na približevanje krvosesov. Psi se zbudijo in pobegnejo. Navsezadnje vampirji napadajo samo speče živali. Tudi takšni poskusi so bili narejeni. Psi so bili izšolani: ko so zaslišali »šepet« vampirja, so takoj začeli lajati in prebujati ljudi. Predvideva se, da bodo prihodnje odprave v ameriške trope spremljali ti izurjeni "vampirolatorji".

Netopirji podkovnjaki pojejo. Nekateri od njih živijo na jugu naše države - na Krimu, Kavkazu in Srednji Aziji. Podkovnjaki so poimenovani po izrastkih na gobcu v obliki usnjate podkve z dvojnim obročem, ki obdaja nosnice in usta. Izrastki niso mirni okraski: so nekakšen rog, ki usmerja zvočne signale v ozkem snopu v smer, kamor gleda netopir. Običajno žival visi na glavo in se obrne (skoraj tristo šestdeset stopinj!) Najprej v desno, nato v levo, z zvokom začuti okolico. Kolčni sklepi tropskih netopirjev so zelo prožni, zato lahko delajo svoje umetniške zavoje. Takoj, ko komar ali hrošč vstopi v polje njihovega lokatorja, se nadomestno letalo odcepi od veje in se odpravi v lov za gorivom, torej za hrano.

In zdi se, da ta "leteči stroj" zna s fizikom dobro znanim Dopplerjevim učinkom celo določiti, kam leti hrana: ali se približuje psici, na kateri visi izvrtina podkve, ali se od nje odmika. Taktika zasledovanja se ustrezno spreminja.

Podkovnjaki se uporabljajo za lov na zelo dolge (v primerjavi z "kriki" drugih netopirjev) in monotone zvoke. Vsak signal traja desetinko ali dvajsetino sekunde, frekvenca njegovega zvoka pa se ne spreminja - vedno je enaka sto ali sto dvajset kilohertz.

Toda naši običajni netopirji in njihovi severnoameriški bratranci odmevajo prostor s frekvenčno moduliranimi zvoki, tako kot najboljši modeli sonarjev, ki jih je izdelal človek. Ton signala se nenehno spreminja, kar pomeni, da se spreminja tudi višina odbitega zvoka. To pa pomeni, da se v danem trenutku višina prejetega odmeva ne ujema s tonom poslanega signala. In laiku je jasno, da takšna naprava močno olajša sondiranje.

4 . Dotik pomaga netopirjem, da se izognejo oviram

Znanstveniki so prišli do rešitve tega zanimivega problema skoraj sočasno v različnih državah.

Nizozemec Sven Diygraaf se je odločil preizkusiti, ali občutek za dotik res pomaga netopirjem pri izogibanju oviram. Prerezal je tipne živce kril – operirane živali so dobro letele. Čut za dotik torej nima nič opraviti s tem. Nato je eksperimentator netopirjem odvzel sluh - takoj so oslepeli.

Diygraaf je razmišljal takole: ker stene in predmeti, na katere naletijo netopirji med letom, ne oddajajo nobenih zvokov, to pomeni, da miši same kričijo. Odmev njihovega lastnega glasu, ki se odbije od okoliških predmetov, obvesti živali o oviri na poti.

Diygraaf je opazil, da je netopir odprl usta, preden je poletel. Očitno oddaja neslišne zvoke za nas, "čuti" njihovo okolico. Med letom tudi netopirji vsake toliko odprejo usta (tudi takrat, ko ne lovijo žuželk).

To opazovanje je Diygraafu dalo idejo, da naredi naslednji poskus. Na glavo živali je nataknil papirnato kapico. Spredaj so se kot vizir pri viteški čeladi odpirala in zapirala v kapici majhna vrata.

Netopir z zaprtimi vrati na kapici ni mogel leteti, trčil je v predmete. Takoj, ko so vizir dvignili v papirnato čelado, se je žival preobrazila, njen let je spet postal natančen in samozavesten.

Diygraaf je svoja opažanja objavil leta 1940. In leta 1946 je sovjetski znanstvenik profesor A. P. Kuzyakin začel serijo poskusov na netopirjih. Usta in ušesa jim je prekril s plastelinom in jih spustil v sobo z na daleč napetimi vrvmi – skoraj vse živali niso mogle leteti. Eksperimentator je ugotovil zanimivo dejstvo: netopirji, ki so bili najprej z odprtimi očmi spuščeni na poskusni let, so "večkrat in z veliko silo, kot so na novo ujete ptice, udarjali v steklo nedokončanih oken." To se je zgodilo čez dan. Zvečer ob soju električne svetilke miši niso več zaletavale v steklo. To pomeni, da podnevi, ko je dobro vidno, netopirji bolj zaupajo svojim očem kot drugim čutilom. Toda mnogi raziskovalci so bili nagnjeni k temu, da sploh prezrejo vizijo netopirjev.

Profesor A. P. Kuzyakin je nadaljeval svoje poskuse v gozdu. Na glave živali - rdečih noctress - je nataknil kape iz črnega papirja. Živali zdaj niso mogle niti videti niti uporabljati svojega akustičnega radarja. Netopirji si niso upali leteti v neznano, odprli so krila in se nanje spustili, kot s padali, na tla. Le nekaj obupanih je letelo naključno. Rezultat je bil žalosten: udarili so v drevesa in padli na tla. Nato so bile v črnih kapicah izrezane tri luknje: ena za usta, dve za ušesa. Živali so letele brez strahu. AP Kuzyakin je prišel do zaključka, da organi zvočne orientacije netopirjev "lahko skoraj popolnoma nadomestijo vid, vendar organi dotika ne igrajo nobene vloge pri orientaciji in živali jih ne uporabljajo med letom."

Nekaj let prej sta ameriška znanstvenika D. Griffin in R. Galambos uporabila drugačno metodo za preučevanje skrivnostnih sposobnosti netopirjev.

Začeli so tako, da so te živali preprosto pripeljali do Pierceovega aparata – naprave, ki je lahko »slišala« ultrazvok. In takoj je postalo jasno, da netopirji "veliko jokajo, vendar skoraj vsi spadajo v območje frekvenc, ki ležijo onkraj praga človeškega ušesa," je pozneje zapisal Donald Griffin.

Griffin in Galambos sta s pomočjo električne opreme lahko odkrila in raziskala fizično naravo "krikov" netopirjev. Z vpeljavo posebnih elektrod v notranje uho poskusnih živali je bilo ugotovljeno tudi, kakšne frekvenčne zvoke zaznavajo njihovi slušni organi.

5 . Ribiški netopirji

Mali rdeči netopir začne svoje cvrčanje z zvokom s frekvenco približno devetdeset kilohercev, konča pa z noto petinštirideset kilohercev. Dve tisočinki sekunde, medtem ko traja njegov "jok", teče signal na frekvenčni lestvici dvakrat dlje kot celoten spekter zvokov, ki jih zaznava človeško uho! V "kriku" je okoli petdeset zvočnih valov, a med njimi ni dveh enake dolžine. Vsako sekundo je deset ali dvajset takšnih frekvenčno moduliranih "krikov". Ko se približa oviri ali pobegnemu komarju, netopir poveča svoje signale. Zdaj čivkanje ne 12, ampak 200-krat na sekundo.

Griffin piše: "V eni od priročnih vrst opreme za prisluškovanje bo vsak visokofrekvenčni pisk, ki ga oddaja netopir, zvenel kot klik na telefonu." Če pridete s to napravo na rob gozda, kjer netopirji lovijo komarje, potem ko eden od njih prileti mimo, bomo v slušalkah slišali ne preveč prenagljeno tapkanje "putt-putt-putt-putt", "kot iz starega lenega bencinskega motorja«.

Potem pa se je netopir podal v lov za moljem ali pa se je odločil pregledati vržen kamenček - takoj je začelo potolkati "pit-pit-pit-pit-bizzz". Zdaj si "zvoki sledijo, kot izpuh prehitrega motocikla."

Molec je začutil zasledovanje in si je s spretnimi manevri poskušal rešiti življenje. A netopir ni nič manj spreten, na nebu piše bizarne piruete, ga prehiti - in v telefonu ni več delnih izpušnih plinov, temveč monotono brnenje električne žage.

Ribiški netopirji so bili odkriti relativno nedavno. Njihov sonar je tudi frekvenčno-modulacijskega tipa. Opisane so bile že štiri vrste takšnih miši. Živijo v tropski Ameriki. V mraku (in nekateri tudi popoldne) odletijo na plen in lovijo vso noč. Plapolajo nizko nad vodo, nenadoma spustijo tace v vodo, iztrgajo ribo in jo takoj pošljejo v usta. Noge netopirjev so dolge, kremplji na njih pa ostri in ukrivljeni, kot pri ospreju - njihovem pernatem tekmecu, le da seveda ne tako veliki.

Nekateri netopirji, ki jedo ribe, se imenujejo zajčji netopirji. Z njih visi razcepljena spodnja ustnica in verjamejo, da po tem kanalu miška, ki plapola nad morjem, usmerja svoje zvočne zvoke naravnost v vodo.

Ko se prebije skozi vodni stolpec, se "cvrčanje" odbije od plavalnega mehurja ribe in njegov odmev se vrne k ribiču. Ker je telo ribe več kot devetdeset odstotkov vode, skoraj ne odseva podvodnih zvokov. Toda plavalni mehur, napolnjen z zrakom, je zaslon, ki je dovolj "prozoren" za zvok.

Ko zvok iz zraka vstopi v vodo in, nasprotno, iz vode v zrak, izgubi več kot 99,9 odstotka svoje energije. To je fizikom že dolgo znano. Tudi če zvok zadene vodno gladino pod pravim kotom, le 0,12 odstotka njegove energije potuje pod vodo. To pomeni, da morajo signali netopirja, ki so opravili dvojno plovbo čez mejo zrak-voda, zaradi visokih tarif, ki obstajajo tukaj, izgubiti toliko energije, da bo zvočna moč postala milijon in pol krat šibkejša!

Poleg tega bodo druge izgube: vsa zvočna energija se ne bo odbila od rib in ne bo vsa, ko se je vrnila v zrak, padla v ušesa živali z odmevnim zvokom.

Po vsem tem sklepanju je težko verjeti, da eholokacija zrak-voda ni mit, ampak resničnost.

Vendar je Donald Griffin izračunal, da se netopirji iz vode vrnejo le štirikrat manj močnega odmeva kot običajni netopir, ki v zraku zvoči žuželke. Ni več tako hudo. Poleg tega, če predpostavimo, da sonarji netopirjev zaznajo žuželke ne dva metra stran, kot je predvideval v svojih izračunih, ampak že od dveh metrov osemdeset centimetrov (kar je povsem mogoče), bo intenzivnost povratnega signala enaka za tako - za ribiča in komarja.

"Zdrav razum," zaključuje Griffin, "in prvi vtisi so lahko zavajajoči, ko se ukvarjamo z vprašanji, ki ležijo izven področja običajnih človeških izkušenj, na katerih je navsezadnje zgrajeno tisto, čemur pravimo zdrava pamet."

6. In netopirji se motijo

Tako kot ljudje se lahko tudi netopirji motijo. In to se pogosto zgodi, ko so utrujeni ali se po dnevu, preživetem v temnih kotičkih, niso zares zbudili. To dokazujejo pohabljena trupla netopirjev, ki se vsako noč zaletavajo v Empire Building in druge nebotičnike.

Če žico potegnemo nizko nad reko, se je netopirji običajno dotaknejo, ko se spustijo v vodo, da se odžejajo z nekaj kapljicami, ki jih poližejo med leti. Živali slišijo dva odmeva hkrati: glasen od vodne gladine in šibek od žice - in na slednjega niso pozorni, zato se na žici zlomijo.

Netopirji, ki se navadijo letenja po dolgo preizkušenih stezah, izberejo svoj spomin kot vodilo in potem ne poslušajo sonarjev. Raziskovalci so z njimi izvedli enake poskuse kot s čebelami na starem letališču. (Se spomnite?) Na uhojeni stezi so stoletja postavljali najrazličnejše ovire, ob katerih so netopirji vsak večer odleteli na lov in se ob zori vračali. Živali so naletele na te ovire, čeprav so njihovi sonarji delovali in dajali zgodnje opozorilne signale pilotom. A verjeli so svojemu spominu bolj kot svojim ušesom. Netopirji se pogosto zmotijo, ker tudi žuželke, ki jih lovijo, niso preprosti: mnogi so si pridobili protisonarje.

V procesu evolucije so žuželke razvile številne naprave, ki ščitijo pred ultrazvokom. Številni nočni molji so na primer gosto pokriti s finimi dlakami. Dejstvo je, da mehki materiali: puh, bombažna volna, volna - absorbirajo ultrazvok. To pomeni, da je kosmate molje težje izslediti. Nekatere nočne žuželke so razvile na ultrazvok občutljive slušne organe, ki jim pomagajo vnaprej vedeti o grozeči nevarnosti. Ko so v dosegu netopirjevega odmeva, začnejo hiteti od strani do strani in poskušajo priti iz nevarnega območja. Molji in hrošči, ki jih izsledi netopir, uporabljajo celo takšno taktično tehniko: zložijo krila in padejo navzdol ter nepremično zmrznejo na tleh. Pri teh žuželkah slušni organi običajno zaznavajo zvoke dveh različnih razponov: nizkofrekvenčnega, na katerem "govorijo" njihovi sorodniki, in visokofrekvenčnega, na katerem delujejo sonarji netopirjev. Za vmesne frekvence (med tema dvema območjema) so gluhi.

7. Kriki v breznu

eholokacija eho radar za iskanje smeri delfinov

Popoldne 7. marca 1949 je raziskovalno plovilo Atlantic poslušalo morje sto sedemdeset milj severno od Portorika. Pod ladjo so bile velike globine. Pet kilometrov slane vode je zapolnilo velikansko vdolbino v tleh.

In iz tega brezna so prihajali glasni kriki. En krik, nato njegov odmev. Še en krik in še en odmev. Veliko krikov zapored z intervalom približno ene in pol sekunde. Vsak je trajal približno tretjino sekunde, njegova višina pa je bila petsto hercev.

Takoj so izračunali, da neznano bitje vadi vokalne solo na globini približno treh kilometrov in pol. Odmev njegovega glasu se je odbijal od morskega dna in je zato z nekaj zamude dosegel ladijske instrumente.

Ker se kiti ne potapljajo tako globoko, raki in raki pa ne oddajajo tako glasnih zvokov, so biologi domnevali, da v breznu kriči kakšna riba. In kričala je z namenom: preiskala je ocean z zvokom. Preprosto izmerjena njegova globina. Študiral teren, topografijo dna.

Ta ideja se zdaj zdi malokdo neverjetna. Ugotovljeno je namreč že, da ribe, ki so dolgo veljale za neumne, oddajajo na tisoče najrazličnejših zvokov, ki s posebnimi mišicami, kot boben, udarjajo v svoje plavalne mehurje. Drugi škripajo z zobmi, trkajo členke svojih oklepov. Veliko teh prasketov, škripov in škripov zveni v ultra kratkem območju in se očitno uporablja za eholokacijo in orientacijo v prostoru. Tako kot netopirji imajo ribe svoje sonarje.

Sonarjev za ribe še niso raziskali, so pa pri delfinih dobro raziskani. Delfini so zelo klepetavi. Niti minute ne bodo molčali. Večina njihovih vzklikov je pogovornega, tako rekoč besednega zaklada, a nas to zdaj ne zanima. Drugi očitno služijo sonarju.

Dobri delfin žvižga, klika, godrnja, laja, cvili na različne glasove v frekvenčnem območju od sto petdeset do sto petinpetdeset tisoč hercev. Ko pa "tiho" plava, njegov sonar nenehno zaznava okolico z "dežjem" hitrih krikov ali, kot pravijo, klakov. Trajajo največ nekaj milisekund in se običajno ponovijo petnajst do dvajsetkrat na sekundo. In včasih stokrat!

Najmanjši pljusk na površini - in delfin takoj poveča svoje krike in z njimi "občuti" potopljeni predmet. Delfinov sonar je tako občutljiv, da njegovi pozornosti ne bo ušel niti majhen pelet, previdno spuščen v vodo. Riba, vržena v ribnik, je takoj zaznana. Delfin se odpravi v lov. Ker v blatni vodi ne vidi plena, ga brez napak zasleduje. Po ribi natančno spremeni smer. Ob poslušanju odmeva svojega glasu delfin rahlo nagne glavo na eno ali drugo stran, kot oseba, ki poskuša natančneje določiti smer zvoka.

Če več deset navpičnih palic spustimo v majhen bazen, delfin hitro zaplava med njimi, ne da bi se jih dotaknil. Vendar očitno s svojim sonarjem ne more zaznati omrežij z grobo mrežo. Finocelično "otipava" zlahka.

Bistvo tukaj je očitno v tem, da so velike celice preveč "prosojne" za zvok, majhne pa ga odbijajo, skoraj kot trdna pregrada.

William Sheville in Barbara Lawrence-Sheville, raziskovalca na Oceanografskem inštitutu Woodshole, sta v seriji zanimivih eksperimentov pokazala, kako občutljiv je delfinov akustični »dotik«.

Delfin je plaval v majhnem zalivu, ograjenem od morja, in ves čas "škripal". In včasih je naprava divje ropotala od prehitrih ploskajočih ploskanj. To se je zgodilo, ko so koščke rib metali v vodo. Ne le vržen, ampak tiho, brez pljuska, položen na dno. Toda pred delfinom je bilo težko skriti najtišje metanje hrane v ribnik, četudi je plaval na drugem koncu ribnika dvajset metrov od mesta sabotaže. In voda v tej luži je bila tako motna, da se je, ko je bila kovinska plošča potopljena vanjo za pol metra, zdelo, da se raztopi: niti najbolj ostro človeško oko je ni videlo.

Eksperimentatorji so v vodo spustili majhne ribice, dolge približno petnajst centimetrov. Delfin je ribo takoj opazil s sonarjem, čeprav je bila komaj potopljena: moški jo je držal za rep.

Menijo, da klanci služijo delfinu za tesno orientacijo. Splošno izvidovanje območja in občutenje bolj oddaljenih predmetov nastane s žvižganjem. In ta piščalka je frekvenčno modulirana! Toda za razliko od iste vrste sonarja netopirjev se začne z nižjimi notami in konča z visokimi.

Zdi se, da jih ultrazvok vodi tudi druge kite - kite kaše, kite plavuti in beluge. Samo še ne vedo, kako oddajajo te zvoke. Nekateri raziskovalci menijo, da gre za pihalo, torej za nosnice in zračne vrečke dihalnega kanala, drugi - za grlo. Čeprav kiti nimajo pravih glasilk, jih je mogoče uspešno nadomestiti s – kot menijo nekateri – posebnimi izrastki na notranjih stenah grla.

Ali pa morda tako pihalo kot grlo v enaki meri služita sistemu za prenos sonarja.

8. Radar vodnega slona

Med številnimi svetimi živalmi starega Egipta je bila ena riba s popolnoma edinstvenimi sposobnostmi.

Ta riba je mormyrus ali vodni slon. Njene čeljusti so razširjene v majhen proboscis. Mormirjeva nerazložljiva sposobnost, da vidi nevidno, se je zdela kot nadnaravni čudež. Izum radarja je pomagal odkriti skrivnost.

Izkazalo se je, da je narava vodnega slona obdarila z najbolj neverjetnim organom - radarjem!

Znano je, da imajo številne ribe električne organe. Mormyrus ima v repu tudi majhno "žepno baterijo". Napetost, ki jo ustvari, je majhna - le šest voltov, vendar je to dovolj.

Vsako minuto radar Mormyrus pošlje osemdeset do sto električnih impulzov v vesolje. Elektromagnetna nihanja, ki nastanejo zaradi praznjenja "baterije", se delno odbijejo od okoliških predmetov in se v obliki radijskega odmeva spet vrnejo v mormir. Sprejemnik odmeva se nahaja na dnu hrbtne plavuti te neverjetne ribe. Mormirus z radijskimi valovi "sondira" okolico!

Poročilo o nenavadnih lastnostih mormyrusa je leta 1953 izdelal Vzhodnoafriški ihtiološki inštitut. Na inštitutu so opazili, da so mormirusi, ki jih hranijo v akvariju, začeli nemirno hiteti, ko so v vodo spustili predmet z visoko električno prevodnostjo, na primer kos žice. Ali se zdi, da ima mormyrus sposobnost zaznavanja sprememb v elektromagnetnem polju, ki ga ustvarja njegov električni organ? Anatomi so ribo pregledali. Parne veje velikih živcev so šle vzdolž njenega hrbta od možganov do dna hrbtne plavuti, kjer so se, razvejane v majhne veje, končale v tkivnih tvorbah v enakih intervalih drug od drugega. Očitno je tu postavljen organ, ki lovi odbite radijske valove. Mormyrus je s pretrganimi živci, ki so služili temu organu, izgubljal občutljivost na elektromagnetno sevanje.

Mormyrus živi na dnu rek in jezer ter se prehranjuje z ličinkami žuželk, ki jih z dolgimi čeljustmi, kot s pinceto, izlušči iz mulja. Med iskanjem hrane je riba običajno obdana z gostim oblakom razburjenega mulja in ne vidi ničesar okoli. Kapetani ladij iz lastnih izkušenj vedo, kako nenadomestljiv je radar v takšnih razmerah.

Mormyrus ni edini "živi radar" na svetu. Čudovito radijsko oko so našli tudi v repu električne jegulje v Južni Ameriki, katere »baterije« razvijejo rekordno napetost toka – do petsto voltov, po nekaterih virih pa tudi do osemsto voltov!

Ameriški raziskovalec Christopher Coates je po vrsti poskusov, izvedenih v newyorškem akvariju, prišel do zaključka, da so majhne bradavice na glavi električne jegulje radarske antene. Ujamejo elektromagnetne valove, ki se odbijajo od okoliških predmetov, katerih oddajnik se nahaja na koncu repa jegulje. Občutljivost radarskega sistema te ribe je taka, da lahko jegulja očitno ugotovi, kakšne narave je bil predmet v polju delovanja lokatorja. Če je užitna žival, bo električna jegulja takoj obrnila glavo proti njej. Nato aktivira močne električne organe sprednjega dela telesa - vrže na žrtev "strele" - in počasi požre plen, ki ga ubije električna razelektritev.

V istih rekah, kjer na dnu leno dremajo električne jegulje, po goščavah švigajo elegantne ribe noži - eigenmania. Izgledajo čudno: hrbtnih plavuti ni niti repnih plavuti (samo gola tanka špica na repu). In te ribe se obnašajo na nenavaden način: vrtijo prav to špico v vse smeri, kot da bi vohale svoj rep. In preden zlezejo pod kačo ali v jamo na dnu, najprej zataknejo rep v vrzel, potem pa, če pregled da tako rekoč pozitivne rezultate, tja tudi sami pridejo. Toda ne plezajo z glavo, ampak z repom. Videti je, da mu ribe zaupajo bolj kot svojim očem.

Vse je bilo razloženo zelo preprosto: na samem koncu nitastega repa Aigenmanije so znanstveniki odkrili električno "oko", kot je Mormyrus.

Zdi se, da imajo gimnotide, zelo podobne Aigenmaniji tropskih ameriških rib, tudi radarje, čeprav to še ni dokazano.

Pred kratkim se je dr. Lissman iz Cambridgea spet začel zanimati za dolgo preučevanega električnega soma, ki živi v rekah Afrike, ki so ga že dolgo preučevali zoologi. Ta riba, ki lahko razvije napetost do dvesto voltov, lovi ponoči. Ima pa zelo "kratkovidne" oči in v temi slabo vidi. Kako torej som najde plen? Dr. Lissman je dokazal, da električni som tako kot električna jegulja svoje zmogljive baterije uporablja tudi kot radar.

Zaključek

Iz zgornjega lahko sklepamo, da narava očitno ni bila zelo skopa, ko je svoje otroke obdarila s sonarji. Od netopirjev do delfinov, od delfinov do rib, ptic, podgan, miši, opic, do morskih prašičkov, hroščev, so se raziskovalci premikali s svojimi napravami in povsod zaznavali ultrazvok. Živali uporabljajo eholokacijo za orientacijo v prostoru in za določanje lokacije okoliških predmetov, predvsem z uporabo visokofrekvenčnih zvočnih signalov. Najbolj je razvit pri netopirjih in delfinih, uporabljajo ga tudi rovke, številni plavutonožci (tjulnji), ptice (guajaro, swiftlets itd.).

Izvor eholokacije pri živalih ostaja nejasen; verjetno je nastal kot nadomestek za vizijo za tiste, ki živijo v temi jam ali globin oceana. Namesto svetlobnega vala je bil za lokacijo uporabljen zvok.

Ta način orientacije v prostoru omogoča živalim, da zaznajo predmete, jih prepoznajo in celo lovijo v pogojih popolne odsotnosti svetlobe, v jamah in na precejšnji globini.

Ultrazvok - zvočni valovi s frekvenco nad 20 tisoč Hertz v, Hz Infrazvok Zvok Ultrazvok Hiperzvok

Ultrazvok uporabljajo številne živali za komunikacijo med seboj z uporabo eholokacije: psi, delfini, kiti, netopirji, nekatere vrste žuželk in ptic. Ultrazvok uporabljajo številne živali za komunikacijo med seboj z uporabo eholokacije: psi, delfini, kiti, netopirji, nekatere vrste žuželk in ptic.

Netopirji, ki uporabljajo eholokacijo za navigacijo ponoči, oddajajo izjemno močne signale iz ust ali nosu. Zvočni valovi se odbijajo od okoliških predmetov in začrtajo njihove konture, netopirji pa jih ujamejo z ušesi in zaznajo zvočno sliko okoliškega sveta. Netopirji, ki uporabljajo eholokacijo za navigacijo ponoči, oddajajo izjemno močne signale iz ust ali nosu. Zvočni valovi se odbijajo od okoliških predmetov in začrtajo njihove konture, netopirji pa jih ujamejo z ušesi in zaznajo zvočno sliko okoliškega sveta.

Molji iz družine medvedov so razvili ultrazvočni generator hrupa, ki netopirjem, ki preganjajo te žuželke, "odbije sled". Molji iz družine medvedov so razvili ultrazvočni generator hrupa, ki netopirjem, ki preganjajo te žuželke, "odbije sled".

Delfini so odlični v umetnosti eholokacije. Prefinjeni možgani teh živali so sposobni natančno analizirati podatke, pridobljene z eholokacijo, in jih predstaviti v tridimenzionalni obliki. Zanimivo je, da delfini ne samo, da s pomočjo ultrazvoka "vidijo" prostor in predmete v vesolju, ampak so sposobni določiti tudi težo predmetov ali živali, njihovo velikost in druge pomembne značilnosti. Delfini so odlični v umetnosti eholokacije. Prefinjeni možgani teh živali so sposobni natančno analizirati podatke, pridobljene z eholokacijo, in jih predstaviti v tridimenzionalni obliki. Zanimivo je, da delfini ne samo, da s pomočjo ultrazvoka "vidijo" prostor in predmete v vesolju, ampak so sposobni določiti tudi težo predmetov ali živali, njihovo velikost in druge pomembne značilnosti.

Uvod

2. Iskanje odmeva

3. Vrste naravnih sonarjev

4. Občutek pomaga netopirjem, da se izognejo oviram

5. Ribiški netopirji

6. In netopirji se motijo

7. Kriki v breznu

8. Radar vodnega slona

Zaključek

Literatura

Uvod

1. Ultrazvok v naravi

Gori bolje kot petrolej in ceneje od njega - tako v domovini menijo ptice, ki je po zlobni ironiji usode obsojena, da preživi vse življenje v temi, da bi umrla, da bi razsvetlila človekov dom. .

2. Odmev ležaj

S fizičnega vidika je vsak zvok nihajno gibanje, ki se širi v valovih v elastičnem mediju.