超声与次声波

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,超声与次声波,1,一、超声波,1,、简介：所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。,即当物体振动时会发出声音。每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。,2,我们人类耳朵能听到的声波频率为,20,20000,赫 兹。当声波的振动频率大于,20000,赫兹或小于,20,赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于,20000,赫兹的声波称为“超声波”。,频率小于,20Hz,的声波叫做次声波。,3,另一种分法是：声波，指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为,16Hz-20KHz,。,当声波的频率低于,16Hz,时就叫做次声波，高于,20KHz,则称为超声波。,4,2,、超声波的产生,研究超声波的产生、传播 、接收，以及各种超声效应和应用的声学分支叫超声学。,产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。,5,3,、超声效应：当超声波在介质中传播时，由于超声波与介质的相互作用，使介质发生物理的和化学的变化，从而产生一系列力学的、热学的、电磁学的和化学的超声效应，包括以下,4,种效应：,机械效应。超声波的机械作用可促成液体的乳化、凝胶的液化和固体的分散。,6,比如，当超声波在流体介质中时,悬浮在流体中的微小颗粒因受机械力的作用而凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积。超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化。,7,空化作用。超声波作用于液体时可产生大量小气泡 。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体逸出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开” 成一空洞，称为空化。空洞内为液体蒸气或溶于液体的另一种气体，甚至可能是真空。因空化作用形成的小气泡会随周围介质的振动而不断运动、长大或突然破灭。,8,破灭时周围液体突然冲入气泡而产生高温、高压。与空化作用相伴随的内摩擦可形成电荷，并在气泡内因放电而产生发光现象。在液体中进行超声处理的技术大多与空化作用有关。,热效应。由于超声波频率高，能量大，被介质吸收时能产生显著的热效应。,化学效应。超声波的作用可促使发生或加速某些化学反应。,9,4,、超声波的特点,研究表明,在振幅相同的条件下,一个物体振动的能量与振动频率成正比,超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大。,1,）超声波可传递很强的能量。,10,2,）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播，在传播时，方向性强，且可传播足够远的距离。,3,）超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应），可以作为探测与负载信息的载体。,11,4,）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。,5,）当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构 。,12,超声波依其波传送方向的波动方式可分为纵波,横波,表面波,蓝姆波四种。其在一种物质中传送,或由一种物质传入另一种物质时,由于受到衰减,反射及折射的作用,其能量必然愈来愈弱,;,但是在材料密度较大的部分,音压却会增大，即音量减小，能量减少；反之在疏松的部分,其音量变大。,13,5,、超声波的应用,1,）因为能量很大，在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气湿度。超声波加湿器的原理。,14,2,）利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎， 从而减缓病痛，达到治愈的目的。还可应用于牙科、癌症等的治疗。,3,）虽然说人类听不出超声波，但不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”、追捕食物，或避开危险物。,15,大家可能看到过夏天的夜晚有许多蝙蝠在庭院里来回飞翔，它们为什么在没有光亮的情况下飞翔而不会迷失方向呢？,原因就是蝙蝠能发出,2,10,万赫兹的超声波，这好比是一座活动的“雷达站”。蝙蝠正是利用这种“声呐”判断飞行前方是昆虫，或是障碍物的。,16,而使用的雷达的质量有几十,几百,几千千克,并且在一些重要性能上的精确度、抗干扰能力等,蝙蝠远优与现代无线电定位器。,深入研究动物身上各种器官的功能和构造,将获得的知识用来改进现有的设备,这是近几十年 来发展起来的一门新学科,叫做仿生学。,17,4,）第一次世界大战才学会利用超声波，这就是利用“声呐”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波，然后记录与处理反射回声，从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。,声呐与雷达的区别：声呐通过超声波；雷达通过无线电波。,18,6,）玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事,如果把这些物品放入清洗液中,再通入超声波,清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢,能够很快清洗干净。,清洗的超声波应用原理就是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射。,19,二、次声波,1,、次声的特征,频率小于,20Hz,的声波。,次声波的传播速度和可闻声波相同。,20,由于次声波频率很低，不易被水和空气吸收，不容易衰减。当次声波传播几千千米时，大气对其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。,某些次声波能绕地球,2,至,3,周。,21,1883,年,8,月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时,108,小时。,1961,年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了,35,圈。,22,次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。,次声波还具有很强的穿透能力，可以穿透建筑物、掩蔽所、坦克、船只等障碍物。,7000Hz,的声波用一张纸即可阻挡，而,7Hz,的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。,23,虽然次声波看不见，听不见，可它却无处不在地震、火山爆发、风暴、海浪冲击、枪炮发射、热核爆炸等都会产生次声波，科学家借助仪器可以“听到”它。,24,地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量，以至于使周围物体受损。,25,某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近，容易和人体器官产生共振，对人体有很强的伤害性，危险时可致人死亡。,例如，,1948,年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后全船海员莫名其妙地死光；,在匈牙利鲍拉得利山洞入口，,3,名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸,.,26,1890,年， 一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。,20,年后，人们在火地岛海岸边发现了它。,奇怪的是：船上的物体原封未动，完好如初。船长航海日记的字迹仍然依稀可辨；就连那些死已多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”；,27,上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究 。,船员们是怎么死的？是死于天火或是雷击的吗？不是，因为船上没有丝毫燃烧的痕迹；是死于海盗的刀下的吗？不！遇难者遗骸上看到死前打斗的迹象；是死于饥饿干渴的吗？也不是！船上当时贮存着足够的食物和淡水。,28,至于前面提到的第一桩和第二桩惨案，是自杀还是他杀？死因何在？凶手是谁？检验的结果是：在所有遇难者身上，都没有找到任何伤痕，也不存在中毒迹象。显然，谋杀或者自杀已不成立。,那么是一类心脑血管疾病的突然发作致死的吗？法医的解剖报告表明，死者生前个个都很健壮！,29,经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的“凶手”，是一种为人们所不很了解的次声波。,30,次声波会干扰人的神经系统正常功能，危害人体健康。一定强度的次声波，能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧。,有人认为，晕车、晕船就是车、 船在运行时伴生的次声波引起的。住在十几层高的楼房里的人，遇到大风天气，往往感到头晕、恶心，这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。,更强次声波还能使人耳聋等。,31,次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤。,次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡。,32,人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（,0.01,20,赫），如果外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状。,特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命。,33,前面开头提到的发生在马六甲海峡的那桩惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，恰遇上海上起了风暴风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。,34,次声时刻在产生并威胁着人类的安全。在自然界，太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变；在工厂，机械的撞击、摩擦；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等，都可以产生次声波。,35,二、次声波的应用,1.,由于次声波具有极强的穿透力，因此，国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”，监测着海潮的洋面。一旦船只或飞机失事附海，可以迅速测定方位，进行救助。,36,2.,近年来，一些国家利用次声能够“杀人”这一特性，致力次声武器,次声炸弹的研制。,尽管眼下尚处于研制阶段，但科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免。,37,次声武器能够穿透,15,米的混凝土和坦克钢板。人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里，也还是一样地难逃残废的厄运。次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物。,但两者相比，次声弹杀伤力远比中子弹强得多。,38,3,研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报。利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等灾害。,39,2,通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性，可探测某些大规模气象过程的性质和规律，如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等,3,通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况，例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常。,40,