Звук, ультразвук, инфразвук и их влияние на организм человека

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Сагутьевская средняя общеобразовательная школа

Звук, ультразвук, инфразвук и их

влияние на организм человека

Шеламкова Ольга, 11 класс, МБОУ Сагутьевская СОШ

    Цыганкова Светлана Николаевна, учитель физики

Д.Сагутьево, 2020 г.

Введение:

Цель проекта:

-Изучить проблемы влияния «неслышимых звуков» на организм человека и окружающую среду, и применение инфразвуков и ультразвуков в деятельности человека.

Задачи:

-разобрать звук, как явление.

-изучить свойства и разновидности звука.

-изучить влияние инфразвука и ультразвука на живые организмы.

-рассмотреть использование и применение ультразвука и инфразвука человеком и в природе

Актуальность выбранной темы:

Ультразвук и инфразвук – это достаточно часто встречаемые явления в природе, широко используются в технике и промышленности и поскольку еще очень много вопросов о пользе и вреде этих колебаний, так как они недостаточно изучены, поэтому эта тема меня заинтересовала.

Содержание работы:

1.Волны и их характеристики

2.Звук, разновидности и источники

3.Распространение ультразвука и инфразвука в природе

4.Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека

5.Применение ультразвука и инфразвука

Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Звучат вокруг нас голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы. С помощью речи люди общаются, с помощью слуха получают информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. С точки зрения физики, звук - это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п.
Способность человека воспринимать упругие колебания, слушать их отразились в названии учения о звуке - акустика (от греческого akustikos - слуховой, слышимый). Вообще человеческое ухо слышит звук только тогда, когда на слуховой аппарат уха действуют механические колебания с частотой не ниже 16 Гц но не выше 20 000 Гц. Колебания же с более низкими или с более высокими частотами для человеческого уха неслышимы.

1.Волны и их характеристики

Волна – это распространение колебаний в среде. Чтобы колебания могли распространяться, среда должна быть упругой.

Продольные и поперечные волны:

Волна называется продольной, если частицы среды колеблются параллельно направлению распространения волны. Продольная волна состоит из чередующихся деформаций растяжения и сжатия. Продольная волна, представляющая собой колебания плоских слоёв среды; направление, вдоль которого колеблются слои, совпадает с направлением распространения волны (т. е. перпендикулярно слоям).

Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечная волна вызывается деформациями сдвига одного слоя среды относительно другого.

Скоростью распространения волны называется отношение длины волны к периоду колебаний частиц среды:

 v = λ T .

 Частотой волны называется частота колебаний частиц:

ν = 1/T .

Отсюда получаем связь скорости волны, длины волны и частоты:

v = λν.

2.Звук, разновидности и источники

Звук – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов,
шум леса, гром во время грозы и т.д.

Звуковыми волнами в широком смысле называются всякие волны, распространяющиеся в упругой среде. В узком смысле звуком называют звуковые волны в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом. Ниже этого диапазона лежит область инфразвука, выше — область ультразвука.

Ультразвук - это звук диапазона, выше предела слышимости человека, т.е. с частотой звуковой волны свыше 20 КГц.

Инфразвук - упругие колебания и волны с частотами, лежащими ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвукового диапазона принимают 16-20 Гц. Такое определение условно, поскольку при достаточной интенсивности слуховое восприятие возникает и на частотах в единицы Гц, хотя при этом исчезает тональный характер ощущения и делаются различимыми лишь отдельные циклы колебаний. Нижняя частотная граница инфразвука неопределенна; в настоящее время область его изучения простирается вниз примерно до 0,001 Гц.

Источники ультразвука:

Ультразвук - это колебания с частотами, большими 20000Гц. Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя.

В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).

Источники инфразвука:

1) Естественные источники: землетрясения, бури, цунами, «разговор» китов.

    2) Техногенные источники: станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы,  ветряные электростанции

Инфразвук почти невозможно изолировать - на низких частотах все звукопоглощающие материалы практически полностью теряют свою эффективность.

Скорость распространения ультразвуковых волн:

Ультразвуковые волны в тканях организма распространяются с некоторой конечной скоростью, которая определяется упругими свойствами среды и ее плотностью. Скорость звука в жидкостях и твердых средах значительно выше, чем в воздухе, где она приблизительно равна 330 м/с. Для воды она будет равна 1482 м/с при 20^о С. Скорость распространения ультразвука в твердых средах, например, в костной ткани, составляет примерно 4000 м/с.

3.Распространение ультразвука и инфразвука в природе

Сонар дельфина.

То, что у дельфина необычайно развитый слух, известно уже десятки лет. Объемы тех отделов мозга, которые заведуют слуховыми функциями, у него в десятки(!) раз больше, чем у человека (при том, что общий объем мозга примерно одинаков). Дельфин способен воспринимать частоты звуковых колебаний, в 10 раз более высокие (до 150 кГц), чем человек (до 15-18 кГц), и слышит звуки, мощность которых в 10-30 раз ниже, чем у звуков, доступных слуху человека, каким бы хорошим ни было зрение дельфина, его возможности ограничены из-за невысокой прозрачности воды. Поэтому основные сведения об окружающей обстановке дельфин получает с помощью слуха. При этом он использует активную локацию: слушает эхо, возникающее при отражении издаваемых им звуков от окружающих предметов. Эхо дает ему точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале. Иными словами, слух позволяет дельфину воспринимать окружающий мир не хуже или даже лучше, чем зрение.

Летучие мыши издают звуки высотой в 50 000-60 000 Гц и воспринимают их. Этим объясняется их способность избегать столкновения с предметами даже при выключенном зрении (принцип радара). В пределах своего диапазона нормальное человеческое ухо воспринимает все тоны беспрерывно, без пропусков.

У летучих мышей ультразвуки обычно возникают в гортани, которая по устройству напоминает обычный свисток. Выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через него и с такой силой вырывается наружу, словно выброшен взрывом. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле! Более того, издаваемые звуки очень громкие: если бы мы их улавливали, то воспринимали бы, как рев двигателя реактивного истребителя с близкого расстояния. Не глохнут же летучие мыши потому, что у них есть мышцы, закрывающие уши в момент испускания разведывательных ультразвуков. Безопасность ушей гарантируется совершенством их конструкции: при максимальной частоте следования зондирующих импульсов - 250 в секунду - заслонка в ухе летучей мыши успевает открываться и закрываться 500 раз в секунду.

А вот в ультразвуковых диапазонах человек не ориентируется. Хотя собакам доступны частоты до 60 тысяч герц, а кошкам - и того больше. Но в нашем голосе есть звуки частотой до 130-140 тысяч герц. Зачем? Скорее всего, ультразвук, как и инфразвук, придает голосу эмоциональную окраску. Иными словами, если мы не слышим многие звуки, которыми обмениваются животные, из этого еще не следует, что они не действуют на нас и через них мы не связаны с природой. Они проникают в наше сознание и вызывают необъяснимые пока эмоции.

У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, "сбивающий со следа" летучих мышей, преследующих этих насекомых.

Не менее умелые навигаторы - жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки - от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Самый большой подарок природы - это способность гуахаро к эхолокации. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 000 герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чуткой птицей.

Инфразвук иногда порождается морем - его называют «голос моря». Образуется во время шторма в результате периодических  сжатей и разряжений воды.

4.Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека

При действии локального ультразвука возникают явления вегетативного полиневрита рук (реже ног) разной степени выраженности, вплоть до развития пареза кистей и предплечий, вегетативно-сосудистой дисфункции.

Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ - дают поражающий эффект. Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума.

К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

Частота инфразвука в 6 Гц может вызвать у нас ощущение усталости, тоски, морскую болезнь.

 Инфразвук в 7 Гц особо чувствителен: смерть наступает от внезапной остановки сердца.

Частота в 5 Гц повреждает печень. Другие низкие частоты способны вызвать приступы безумия

5.Применение ультразвука и инфразвука

Применение ультразвука:

Медицина.

Косметология.

Военная промышленность (подводный флот).

Геология и геофизика.

Дробление тел.

Удаление ржавчины.

Получение смесей.

Эхолот для определения глубины моря.

Дефектоскопия – обнаружение дефектов в деталях литья.

Бытовое использование ( ультразвуковые стиральные машины, дальномеры, в т. ч. милицейские радары и т. д.)

Применение ультразвука в терапии и хирургии

Ультразвук, применяемый в медицине, может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей (0,125 - 3,0 Вт/см2) - неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях (> 5 Вт/см²) основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.

Первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе - ультразвуковую хирургию.

Ультразвук  широко применяется для диагностики  заболеваний внутренних органов человека, особенно в  брюшной полости и   полости таза.

Ультразвуковая дефектоскопия:

Ультразвук применяется для выявления дефектов в литых изделиях. Его используют в металлургической промышленности, в железнодорожной и стекольной отраслях.

Эхолокация

Отражаясь от дна моря, ультразвуковой сигнал  достигает приемника

Применение инфразвука:
Предсказание штормов на море.

Предсказание землетрясений.

Военное дело.

Рыболовецкий промысел.

Криминалистика.

Изучение поведения животных.

Существуют и такие приборы, которые с уверенностью можно назвать инфразвуковыми аппаратами. Зачастую они применяются в технологических процессах для работы в жидких средах, где необходимо использовать низкочастотные акустические (звуковые) колебания. Особенное это касается инфразвуков частотой до 20 Гц. 

Литература и интернет-ресурсы:

1. Жданов А.С. Учебник по физике для средних специальных учебных заведений. – М.: Наука, 1975.
2. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. – М.: Наука, 1989.
3. Хорбенко И.Г. Звук. Ультразвук. Инфразвук. – М.: Знание, 1986
4. http://refoteka.ru/
5. http://infrazvuk.info/