Излучатели и приемники УЗ.

Ультразвук(УЗ)- мех.колебания и волны, частоты кот. более 20 кГц. Верхн. пределом УЗ частот условно можно считать 10⁹-10¹⁰Гц(определяется межмолек.расстояниямиðзависит от агрег.сост.вещ., в кот.распространяется УЗ в.). Для генерирования УЗ используются УЗ-излучатели. Электромеханич. излучатели,основанные на явл. обратного пьезоэлектрич. эффекта(заключ. в мех.деформации тел под действием электрич. поля). Строение: пластинка или стержень из вещ с хорошо выраж. пьезоэлектрич. св-ми(кварц). На пов-сть пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить переменное электрич. напряжение от генератора, то пластина начтет вибрировать, излучая УЗ в. соответствующ. частоты. Приемник можно создать на основе прямого пьезоэффекта. В этом случае под действием УЗ в. возникает деформация кристалла, кот. приводит к генерации переменного электрич.поля, а электр.напряжение может быть измерено.

9. Особенности распространения УЗ волны: малая длина волны, направленность(ориентация одноцепочечной структуры в молекуле нуклеиновой кислоты., поглощение(это процесс поглощения 1 или неск.фотонов др. частицей, в результате чего Е фотонов переходит в Е этой частицы). В макромире это взаимодействие выглядит как переход электромагнитной Е в др. виды), преломление(явление изменения пути следования светового луча (или других волн), возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.), отражение( процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными оптическими свойствами в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл).

10. .Взаимодействие УЗ с вещ: деформация, кавитация, выделение тепла, хим. р-ции.

Деформа́ция— изменение относ. положения частиц тела, связанное с их перемещением. (изменение межатомных расстояний и перегруппировки блоков ат). Обычно сопровождается изменением величин межатомных сил, мера кот.- упругое напряжение. Д.:*упругие и *пластические. Упругие исчезают, а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения ат. Ме от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения ат. на значительные расстояния от исходных положений равновесия. Способность вещ. пластически деформироваться -пластичность. При пластическом деформировании Ме одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность. Виды деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб.

Кавитация —образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью. Возникает в результате местного понижения давл. в ж., кот. может происходить или при увеличении её скорости (гидродинамическая кавитация), или при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Перемещаясь с потоком в обл. с более высоким давл. или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.Уничтожение камней в почках, в желчном и мочевом пузырях без хирургического вмешательства. Число кавитации. Кавитационное течение характеризуют безразмерным параметром (числом кавитации): Х= гдеP — гидростатич. давл. набегающего потока, Па;P_s — давл. насыщ.паров ж. при опред.T⁰ окруж/ среды, Па;ρ — плотность среды, кг/м³;V — скорость потока на входе в систему, м/с.

11. .Использование УЗ в медицине: терапии, хирургии, диагностике. Методы диагностики:эхоэнцефалография(опред.оухолей и отека головн.мозга), УЗкардиография(размеры сердца в динамике), УЗ локация(опред.размеров глазных сред), УЗ эффект Доплера(хар-ер движ. клапанов, скорость кровотока), по скорости УЗ опред. плотность сросшейся или поврежд. кости.Методы воздействия: УЗ физиотерапия(с помощью спец. излуч.головки аппарата, частотой 800 кГц, ср. интенсивность~1 Вт/см²и меньше). При операциях как УЗ скальпель, способный рассекать мягкие и костные ткани. Физические процессы, обусловленные взаимодействием УЗ, вызывают в биообъектах следующ.основные эффекты: *микровибрации на клеточном и субклеточн.уровне;* разрушение биомакромол.;*перестройку и изменение прониц. мембран;*тепловое действие;* разрушение клеток и микроорг. УЗ обладает противовоспалительным, рассасывающим, спазмолитическим cв-вами. Фонофорез —метод воздействия ультразвуком и вводимыми вещ. Проведение вещ. под действием ультразвука обусловлено повышением проницаемости эпидермиса и кожных желез, клеточных мембран и стенок сосудов для вещ. небольшой молекулярной массы. Удобство:*леч. вещ. при введении ультразвуком не разрушается;*синергизм действия ультразвука и лечебного вещества.(заболев. опорно-двигательного аппарата;НС).

12. .Эффект Доплера и его применение для неинвазивного измерения скорости кровотока. ЭД (открыл Кристиан Доплер1842 г.)- изменение частоты и длины волн(в.), воспринимаемых наблюдателем(приемником в.), вследствие относительного движения источника в.или наблюдателя. Для в.(звука), распространяющихся в какой-то среде, нужно принимать во внимание движ. источника и приёмника в.относительно этой среды. Для электромагнитных в.(света), кот. распространяются без среды, имеет значение только относительное движ. источника и приёмника. Сущность явления. Если источник в.движется относительно среды, то длина в. (расстояние между гребнями в.) зависит от скорости и направления движ. Если источник движется по направлению к приёмнику(догоняет испускаемые им в.), то длина в. уменьшается. Если удаляется —увеличивается. ,где ω₀ — частота, с кот. источник испускает в., c — скорость распространения в.среде, v — скорость источника в.относительно среды (положительная, если источник приближается к приёмнику и наоборот).Частота, регистрируемая неподвижным приёмником . Если приёмник движется навстречу волнам, он регистрирует их гребни чаще. Для неподвижного источника и движущегося приёмника. , где u — скорость приёмника относительно среды (положительная, если он движется по направлению к источнику). Неинвазивное измерение скорости кровотока. От генератора электрич. колеб УЗ-частоты сигнал поступает на излучатель и на устройство сравнения частот. УЗ-волна проникает в кровяной сосуд и отражается от движ. эритроцитов. Отраженная в.попадает в приемник, где преобразуется в электрическое колебание и усиливается. усиленное электрич. колебание попадает в ус-во сравнения частот. Здесь сравниваются колебания, соотв.падающей и отраженной в., и выделяется доплеровский сдвиг частоты в виде электрич. колебания: U=U₀cos2 ðскорость эритроцитов U₀= .

13. Инфразвуком называют механические (упругие) волны с частотами, меньшими тех, которые воспринимает ухо че­ловека (< 20 Гц).Источниками инфразвука могут быть как естественные объек­ты (море, землетрясение, грозовые разряды и др.), так и искусст­венные (взрывы, автомашины, станки и др.).Инфразвук часто сопровождается слышимым шумом, напри­мер в автомашине, поэтому возникают трудности при измерении и исследовании собственно инфразвуковых колебаний. Для инфразвука характерно слабое поглощение разными сре­дами, поэтому он распространяется на значительное расстояние. Это позволяет по распространению инфразвука в земной коре об-

наруживать взрыв на большом удалении его от источника, по из­меренным инфразвуковым волнам прогнозировать цунами и т. д. Так как длина волны инфразвука больше, чем у слышимых зву­ков, то инфразвуковые волны сильнее дифрагируют и проникают в помещения, обходя преграды.

Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функци­ональное состояние ряда систем организма: вызывает усталость, головную боль, сонливость, раздражение и др. Предполагается, что первичный механизм действия инфразвука на организм имеет резонансную природу. Резонанс наступает при близких значени­ях частоты вынуждающей силы и частоты собственных колеба­ний (см. § 5.5). Частоты собственных колебаний тела человека в положении лежа (3—4 Гц), стоя (5—12 Гц), частоты собственных колебаний грудной клетки (5—8 Гц), брюшной полости (3—4 Гц) и т. д. соответствуют частоте инфразвуков.

Снижение уровня интенсивности инфразвуков в жилых, про­изводственных и транспортных помещениях — одна из задач ги­гиены.

 

14.Акустика — область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот до предельно высоких (~10¹³ Гц). Звуковые колебания и волны — частный случай механических колебаний и волн. Тоном называется звук, являющийся периодическим про­цессом. Если этот процесс гармонический, то тон называется простым или чистым, а соответствующая плоская звуковая вол­на описывается уравнением (5.48). Основной физической харак­теристикой чистого тона является частота. Ангармоническому^[1] колебанию соответствует сложный тон. Простой тон издает, на­пример, камертон, сложный тон создается музыкальными инст­рументами, аппаратом речи (гласные звуки) и т. п.

Сложный тон может быть разложен на простые. Наименьшая частота v₀ такого разложения соответствует основному тону, остальные гармоники (обертоны) имеют частоты, равные 2v₀, 3v_Q и т. д. Набор частот с указанием их относительной интенсивнос­ти (или амплитуды А) называется акустическим спектром (см. § 5.4). Спектр сложного тона линейчатый; на рис. 6.1 показа­ны акустические спектры одной и той же ноты (v₀ = 100 Гц), взя­той на рояле (а) и кларнете (б). Таким образом, акустический спектр — важная физическая характеристика сложного тона.

Шумом называют звук, отличающийся сложной неповто­ряющейся временной зависимостью.

К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т. п.

Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно из-меняющихся сложных тонов.

Звуковой удар — это кратковременное звуковое воздейст­вие: хлопок, взрыв и т. п. Не следует путать звуковой удар с ударной волной (см. § 5.9).

Энергетической характеристикой звука как механической вол­ны является интенсивность

!!!Нормальное человеческое ухо воспринимает довольно широ­кий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от I₀ = 10"¹² Вт/м^[2] или р₀ = 2 • 10~⁵ Па (порог слышимости) до /_тах = 10 Вт/м^[3] или р_тах = 60 Па (порог болевого ощущения).