Приручение звука, или Звук на службе человеку

Приручение звука, или Звук на службе человеку

Изучив физическое явление и поняв его суть, человек всегда старался использовать его в своей практической деятельности. Так произошло и со звуком.

Звук на службе человеку

Приручение звука, или Звук на службе человеку

"Туманный колокол" Херсонеса

В те времена, когда не было приборов, с помощью которых корабли могли ориентироваться вблизи берега, им помогали с помощью звуковых сигналов.

На территории древнего Херсонеса, расположенного в Севастополе на берегу моря, находится «туманный колокол». Так называют его потому, что вплоть до начала 60-х годов ХХ века в него ударяли в туманную погоду, чтобы его мощные звуковые сигналы предупреждали корабли о близости прибрежных скал и мелей.

Туманные сигналы в разное время и в разных местах устраивали на башнях, маяках. Они могли создаваться разными источниками: выстрелом из пушки, звоном колокола через равные промежутки времени, свистком или гудком. Часто колокола устанавливали в центре опасной бухты под водой. А чтобы уловить звуковой сигнал, на кораблях опускали специальные слуховые трубы, внешне напоминающие уши. Но из-за того что звуковой сигнал был слабым, такие колокола заменили сиренами, издающими звук с помощью струи воздуха, проходящей через отверстия во вращающемся диске.

Свойство звука отражаться от препятствий (эхо) использовали для определения глубины моря. Зная скорость распространения звука в воде и время, прошедшее от момента его возникновения до его приёма, можно определить расстояние, которое он прошёл. Разделив его на 2, получали глубину.

Приручение звука, или Звук на службе человеку

Определение глубины моря

В 1912 г. был сконструирован первый прибор, названный эхолотом, которым можно было измерить глубину до 150 м. Развернув его горизонтально, начали определять расстояние до препятствий, возникающих на пути корабля. Позже был создан более совершенный прибор - гидролокатор, в котором слышимый звук заменили ультразвуком.

Звуковые волны лежат в основе работы гидроакустических приборов, с помощью которых производят поиск подводных лодок и надводных кораблей.

Современные корабли оборудованы специальными приборами, которые предупреждают о препятствиях, появляющихся у них на пути. И будь на борту погибшего «Титаника» такой прибор, он не столкнулся бы в тумане с огромным айсбергом.

Ультразвук

 Приручение звука, или Звук на службе человеку

Подводная очистка кавибластером

Для ультразвука работы много и на море, на суше.

Во время нахождения судна в воде его подводная часть обрастает ракушками, становится шершавой. Вследствие этого увеличивается сопротивление при движении, уменьшается скорость хода. Кроме того, возрастает вес корабля. Значит, грузов он может перевозить меньше. Избавиться от такой «бороды» из ракушек трудно. Корабль нужно ставить в док, чистить днище, а затем красить его. Это занимает много времени. Но тут на помощь морякам приходит ультразвук. Корпус судна подвергают ультразвуковым колебаниям с помощью специальной установки. И в создаваемом ею ультразвуковом поле ракушки селиться не хотят. Уже имеющиеся обрастания на корпусе очищают под водой специальным аппаратом - кавибластером.

С помощью ультразвука определяют местонахождение затонувших кораблей, исследуют рельефы дна морей и океанов, глубоководных озёр и других внутренних водоёмов. Он помогает рыбакам находить косяки рыб.

При возникновении ультразвуковых волн в жидкости образуются разрывы, которые заполняются растворённым в воде газом. Эти пузырьки называются кавитационными. В слое сжатия возникает очень большое давление, в результате которого пузырьки лопаются, и разрывы исчезают. Происходит гидравлический удар. Обрушившись на поверхность металла или другого вещества, находящегося в жидкости, он вызывает её разрушение. Но создав кавитацию искусственно, можно обрабатывать поверхности стекла, фарфора, металлических сплавов, драгоценных камней. Используя явление кавитации очищают разнообразные металлические, керамические и других детали от различных загрязнений, полировочных веществ, окалины. Особенно это важно там, где очистку нужно делать особенно тщательно: в деталях быстровращающихся устройств, подшипников, реле, оптических приборов, электрических контактов и др.

Незаменим ультразвук в производстве таких строительных материалов, как цемент, асбест и др. Чем меньше размер частиц, из которых состоит материал, тем он прочнее. Ультразвуковой размол позволяет получить частицы размером в 12 микрон, что невозможно при обычном механическом размоле. На стройках с помощью ультразвука также проверяют качество укладываемого бетона. Ведь если в нём при укладке образуются воздушные полости, он теряет свою прочность.

Под действием ультразвуковых колебаний из расплава металла выделяют растворённый в нём газ, что повышает его прочность и пластичность.

Ультразвуковая сварка позволяет сварить два тончайших лепестка фольги, что невозможно сделать обычным сварочным аппаратом. Ультразвук разрушает тугоплавкую плёнку окиси алюминия, которой всегда покрыт этот металл. Благодаря этому, с его помощью делают пайку алюминиевых деталей.

Настоящую революцию произвёл ультразвук в медицине.

С помощью специальных ультразвуковых скальпелей проводят сложнейшие операции на внутренних органах. Заживление происходит гораздо быстрее, чем при разрезах обычным скальпелем. Так как ультразвук убивает микробы, то его применяют при дезинфекции медицинских инструментов.

Незаменим ультразвук в диагностике. Он позволяет врачу видеть состояние внутренних органов организма, вовремя выявить изменения в них и назначить лечение. Под его воздействием быстрее срастаются переломы и заживают раны.

Инфразвук

Приручение звука, или Звук на службе человеку

Предупреждение о надвигающемся шторме

Инфразвуковые волны имеют большую длину волны и малую частоту, поэтому легко огибают различные препятствия и могут распространяться на огромные расстояния. Это их свойство в сочетании со способностью отражаться от препятствий даёт возможность применять инфразвук в различных областях науки и техники.

С помощью инфразвуковых волн можно обнаружить шторм задолго до того, как он приблизится к побережью. Дело в том, что когда воздух обтекает волнистую поверхность моря, на ней образуются инфразвуковые волны с частотой 6 Гц. Они распространяются в воде с большой скоростью. Приняв их с помощью специальных приборов, метеорологи будут предупреждены о надвигающемся шторме.

Извержения вулканов и землетрясения - мощные источники инфразвуковых колебаний. Расшифровав сейсмограммы можно определить местонахождение эпицентра землетрясения.

Инфразвук помогает геологам разведывать залежи полезных ископаемых. Для этой цели на поверхности устраивают взрыв, который является источником инфразвуковых волн. Распространяясь на глубину, они отражаются от сред, имеющих различную плотность, например, от угольного пласта.

С помощью инфразвука метеорологи определяют наличие тёплых воздушных масс. В верхние слои атмосферы направляют пучок инфразвуковых волн. А так как плотность тёплого воздуха и холодного разная, то волны будут отражаться от тёплых слоёв и фиксироваться приёмником. Расстояние между источником и приёмником волн известно. Зная время прохождения прямой и обратной волн, легко вычислить высоту раздела воздушных сред.

С помощью специальных инфразвуковых приборов диагностируют различные механизмы. Так как во время работы детали со временем изнашиваются, то между ними появляются зазоры. Когда их величина превысит допустимое значение, механизм становится источником вибраций низкой, инфразвуковой, частоты. Это сигнал о том, что в нём возникли неполадки. Таким же образом определяют дефекты и при испытании новых машин.

Источником инфразвуковых волн, распространяющихся во все стороны с большой скоростью, становятся шумы двигателей и гребные винты во время движения судна в море. Фиксируя эти волны, можно избежать столкновения судов во время плохой видимости.

Таким образом, уверенно можно сказать, что звук служит человеку.