Az ultrahang felhasználása a természetben és a technikában. Egy rövid üzenet az ultrahangról

Az akusztika fejlődésével a 19. század végén felfedezték az ultrahangot, ezzel egy időben kezdődtek meg az ultrahang első vizsgálatai is, de alkalmazásának alapjait csak a 20. század első harmadában fektették le.

Az ultrahang és tulajdonságai

A természetben az ultrahang számos természetes zaj összetevőjeként megtalálható: szélzajban, vízesésben, esőben, tengeri kavicsokban, szörfözéssel, villámkisülésekben. Számos emlős, például macska és kutya képes akár 100 kHz frekvenciájú ultrahang érzékelésére, a denevérek, éjszakai rovarok és tengeri állatok helymeghatározási képességei mindenki számára jól ismertek.

Ultrahang- az emberi fül által hallható frekvenciatartomány feletti mechanikai rezgések (jellemzően 20 kHz). Az ultrahangos rezgések hullámformában terjednek, hasonlóan a fény terjedéséhez. Azonban a fényhullámokkal ellentétben, amelyek vákuumban terjedhetnek, az ultrahanghoz rugalmas közegre van szükség, például gázra, folyadékra vagy szilárd anyagra.

A hullám fő paraméterei a hullámhossz, a frekvencia és a periódus. Az ultrahanghullámok természetüknél fogva nem különböznek a hallható tartomány hullámaitól, és ugyanazoknak a fizikai törvényeknek engedelmeskednek. Az ultrahangnak azonban sajátos jellemzői vannak, amelyek meghatározták a tudomány és a technológia széles körű alkalmazását. Íme a főbbek:

• 1. Rövid hullámhossz. A legalacsonyabb ultrahang-tartományban a hullámhossz a legtöbb közegben nem haladja meg a néhány centimétert. A rövid hullámhossz határozza meg az ultrahanghullámok terjedésének sugárjellegét. Az emitter közelében az ultrahang nyalábok formájában terjed, amelyek mérete közel áll az emitter méretéhez. A közegben lévő inhomogenitások eltalálásakor az ultrahangsugár fénysugárként viselkedik, visszaverődést, törést és szóródást tapasztal, ami lehetővé teszi, hogy optikailag átlátszatlan közegben hangképeket alkossunk tisztán optikai effektusokkal (fókuszálás, diffrakció stb.).
• 2. Rövid oszcillációs periódus, amely lehetővé teszi az ultrahang impulzusok formájában történő kibocsátását és a terjedő jelek pontos időbeli kiválasztását a közegben.

A rezgési energia nagy értékeinek kis amplitúdójú elérésének lehetősége, mert a rezgések energiája arányos a frekvencia négyzetével. Ez lehetővé teszi nagy energiaszintű ultrahangnyalábok és mezők létrehozását anélkül, hogy nagy berendezésekre lenne szükség.

Az ultrahang térben jelentős akusztikus áramok alakulnak ki. Ezért az ultrahang környezetre gyakorolt ​​hatása specifikus hatásokat generál: fizikai, kémiai, biológiai és orvosi hatásokat. Ilyen például a kavitáció, a hang-kapilláris hatás, a diszperzió, az emulgeálás, a gáztalanítás, a fertőtlenítés, a helyi fűtés és még sok más.

A vezető hatalmak - Anglia és Franciaország - haditengerészetének igényei a tenger mélységének tanulmányozására sok tudós érdeklődését keltették fel az akusztika területén, mert. ez az egyetlen jeltípus, amely messzire képes eljutni a vízben. Így 1826-ban Colladon francia tudós meghatározta a hangsebességet a vízben. Az Egyesült Államokban 1838-ban használták először a hangot a tengerfenék profiljának meghatározására, hogy távírókábelt fektessenek le. A kísérlet eredménye csalódást okozott. A harang hangja túl gyenge visszhangot adott, szinte hallhatatlan a tenger többi hangja között. El kellett menni a magasabb frekvenciák tartományába, ami lehetővé tenné az irányított hangnyalábok létrehozását.

Az első ultrahang generátort 1883-ban az angol Francis Galton készítette. Az ultrahang úgy jött létre, mint egy síp a kés élére, ha ráfúj. Az ilyen pont szerepét Galton sípjában egy éles szélű henger játszotta. A henger szélével megegyező átmérőjű gyűrű alakú fúvókán keresztül nyomás alatt kilépő levegő vagy egyéb gáz a henger peremébe futott, és nagyfrekvenciás oszcillációk léptek fel. A sípot hidrogénnel fújva 170 kHz-ig lehetett oszcillációt elérni.

1880-ban Pierre és Jacques Curie döntő felfedezést tett az ultrahangos technológia terén. A Curie fivérek észrevették, hogy amikor nyomást gyakorolnak a kvarckristályokra, elektromos töltés keletkezik, amely egyenesen arányos a kristályra kifejtett erővel. Ezt a jelenséget "piezoelektromosságnak" nevezték a görög szóból, amely "préselni" jelent. Ezen túlmenően egy inverz piezoelektromos hatást mutattak ki, amely akkor lép fel, amikor egy gyorsan változó elektromos potenciált alkalmaznak egy kristályra, ami rezgést okoz. Ezentúl műszakilag lehetővé vált a kisméretű ultrahang adók és vevők gyártása.

A Titanic jéghegygel való ütközés következtében bekövetkezett halála, új fegyver elleni küzdelem szükségessége - a tengeralattjárók megkövetelték az ultrahangos hidroakusztika gyors fejlődését. 1914-ben Paul Langevin francia fizikus egy tehetséges orosz emigráns tudóssal, Konsztantyin Vasziljevics Shilovszkijjal együtt először kifejlesztett egy ultrahang-kibocsátóból és egy hidrofonból álló szonárt - a piezoelektromos hatáson alapuló ultrahang rezgések vevőjét. Hanglokátor Langevin - Shilovsky volt az első ultrahangos készülék gyakorlatban alkalmazzák. Ugyanakkor az orosz tudós, S.Ya.Sokolov kidolgozta az ultrahangos hibafelismerés alapjait az iparban. 1937-ben a német pszichiáter, Karl Dussik fizikus testvérével, Friedrich-lel együtt először használt ultrahangot agydaganatok kimutatására, de az általuk kapott eredmények megbízhatatlanok voltak. Az orvosi gyakorlatban az ultrahangot először csak a 20. század 50-es éveiben alkalmazták az Egyesült Államokban.

A 20 és 20 000 Hz közötti frekvenciaoszcillációt hangként érzékeljük. De a hang nem korlátozódik az emberi fül által észlelt frekvenciatartományra. A hallható alatti frekvenciájú zónában az infrahang, a felett pedig az ultrahang tartománya található.

1. definíció

Ultrahang- a közeg rugalmas rezgései, a hangok hallható tartománya feletti tartományban lévő hullámok (20 000 Hz-től).

2. definíció

infrahang- az emberi fül érzékelési küszöbénél alacsonyabb frekvenciájú hanghullámok (20 Hz alatt).

Bemutatjuk a fizika rugalmas hullámainak teljes spektrumát:

Ultrahang és infrahang a természetben

A természetben az ultrahang és az infrahang ugyanolyan elterjedt, mint a hallható hang.

Például az ultrahang számos természetes hang spektrumának alkotóeleme: egy vízesés, mennydörgés hangja. Az ultrahang levegőben gyorsan gyengül, de folyékony közegben jól terjed. Egy másik példa a denevérek és egyes rágcsálók, amelyek ultrahang segítségével vadásznak és navigálnak a sötétben. A bálnák és a delfinek ultrahangos jeleket is generálnak különféle célokra: vadászatra, hajózásra a zavaros vizeken.

Az infrahang természetes forrásai közül: földrengések, hurrikánok, villámcsapások. Sok állat érzi az infrahang hatását, és az egyre növekvő infrahangzajt rögzítve menedéket keres, mivel az infrahang vihar vagy vihar előhírnöke. A vadon élő állatok infrahangos jeleit egyes állatok kommunikációra is használják: bálnák, elefántok. Az infrahang nagy távolságokra terjed minden közegben, és kevéssé érzékeny az elnyelésre.

Ultrahang és infrahang használata

Az ultrahangot régóta ismerték az emberek, de csak viszonylag nemrégiben alkalmazták aktívan az orvostudományban, a gyártásban és a tudományos kutatásban.

Az ultrahang megszerzésének forrásait természetes és mesterségesre osztják. Az ultrahang megszerzésének módjai közül:

1. Mechanikai - húrok, csövek, rugalmas lemezek.
2. Termikus impulzusáram és elektromos kisülések folyadékokban és gázokban állandó hőmérséklet-növekedés mellett.
3. Optikai - lézer.

Az infrahang kevésbé gyakorlati alkalmazást talál, és negatív következményekkel jár a testre gyakorolt ​​hatásból. Magas infrahangszint esetén túlzott fáradtság, álmosság, agresszivitás és nyomásérzés jelentkezhet a fülben. Az infrahang emberre gyakorolt ​​hatása különösen akkor káros, ha az infrahang intenzitása magas. 180-190 dB-es szinten az infrahang hatása halálos. Azonban minden ember infrahangérzékenysége egyéni, a mindennapi életben megszokott infrahangszintek nem okozhatnak komoly egészségkárosodást.

Példa

A denevér ϑ = 45 kHz frekvenciájú ultrahangot bocsát ki, és v = 6 m/s sebességgel repül a falra merőlegesen. Mekkora a visszavert ultrahang frekvenciája, amit az egér hall? Feltételezzük, hogy a levegőben a hang sebessége c = 340 m/s.

A Doppler-effektus szerint a visszavert hang frekvenciáját a következő arány határozza meg:

ϑ 1 \u003d c + v c - v ϑ \u003d 340 + 6 340 - 6 45 10 3 \u003d 46, 6 kHz.

Ha hibát észlel a szövegben, jelölje ki, és nyomja meg a Ctrl+Enter billentyűkombinációt

Az ultrahang frekvenciatartománya három területre osztható: Alacsony frekvenciák (Hz) - ULF. Közepes frekvenciák (Hz) - UCH. Magas frekvenciák (Hz) - UZVCH. Ezen részterületek mindegyikét saját jellemzők, idő, terjedési távolság és alkalmazás jellemzi.

A terjedés fizikai tulajdonságai és jellemzői: A hang és az ultrahanghullámok közötti frekvenciahatár feltételes. A magasabb frekvenciák és a rövid hullámhosszok miatt azonban az ultrahang számos jellemzője érvényesül. Tehát az ultrahang hullámhossza levegőben cm, vízben cm és acélban cm.

Az ultrahanghullám terjedését kísérő tömítések és ritkítások halmaza egyfajta rács, amelyen optikailag átlátszó testekben a fényhullámok diffrakciója figyelhető meg. Az ultrahanghullámok rövid hossza az alapja annak, hogy a geometriai akusztika módszereivel számos esetben mérlegeljük terjedésüket. Az emberi agy tomogramja.

Fizikailag ez sugárterjedési mintázathoz vezet. Ez magában foglalja az ultrahang olyan tulajdonságait, mint a geometriai visszaverődés és fénytörés lehetősége, valamint a hang fókuszálása. Ultrahangos sugár fókuszálása vízben sík-konkáv plexi lencsével (ultrahang frekvencia 8 MHz)

A nagy intenzitású hullámokat számos olyan hatás kíséri, amelyek csak a nemlineáris akusztika törvényeivel írhatók le. Így az ultrahanghullámok terjedését gázokban és folyadékokban a közeg mozgása kíséri, amit akusztikus áramlásnak nevezünk. Az akusztikus áramlás sebessége a közeg viszkozitásától, az ultrahang intenzitásától és gyakoriságától függ; kicsi, és az ultrahang sebességének %-ának töredékét teszi ki. Harmonikus hullám fázissebessége

A folyadékokban az intenzív ultrahang terjedése során fellépő fontos nemlineáris jelenségek közé tartozik az akusztikus kavitáció – a folyadékokban lévő meglévő szubmikroszkópos gáz- vagy gőzmagokból ultrahangos mezőben akár egy mm méretű buborékok növekedése, amelyek pulzálni kezdenek. az ultrahang gyakoriságával és a nyomás pozitív fázisában az összeomlással .

A gázbuborékok összeomlásakor több ezer atmoszféra nagyságrendű nagy helyi nyomások keletkeznek, és gömb alakú lökéshullámok keletkeznek. Akusztikus mikroáramlások jönnek létre a lüktető buborékok közelében. A kavitációs mező jelenségei számos hasznos (emulziók előállítása, szennyezett részek tisztítása stb.) és káros (kibocsátók eróziója stb.) jelenségekhez vezetnek.

Ultrahang generálás: Az ultrahangos rezgések generálására szolgáló eszközök két csoportra oszthatók: Mechanikus (amelyben az ultrahang forrása egy gáz vagy folyadék áramlásának mechanikai energiája) Elektromechanikus (az ultrahang energiát elektromos energia átalakításával nyerik) Hullámforma (felül) és frekvencia. -zongorahangok amplitúdóspektruma (alul) (alapfrekvencia 128 Hz).

Mechanikus sugárzók: A mechanikus ultrahang sugárzók - levegő és folyadék sípok és szirénák - egyszerű felépítésűek és működésűek, nem igényelnek drága nagyfrekvenciás elektromos energiát, hatásfoka 20-30% körüli. Őz szarvas kürt síp.

A fő hátrány a kibocsátott frekvenciák viszonylag széles tartománya, valamint a frekvencia és amplitúdó instabilitása, ami nem teszi lehetővé mérési célokra történő felhasználásukat; elsősorban az ipari ultrahangtechnikában, részben pedig jelzőberendezésként használják. Minden jelzőfénynek saját figyelmeztető rendszere van. Leggyakrabban ezek szirénák és diafonok.

Elektromechanikus emitterek: Az ultrahang kibocsátásának fő módja. Az ULF tartományban lehetőség van elektrodinamikus és elektrosztatikus emitterek használatára. A nikkelben és számos speciális ötvözetben, így a ferritekben is magnetosztriktív hatást alkalmazó ultrahang-sugárzók széleskörű alkalmazásra találtak ebben a frekvenciatartományban.

A sugárzás korlátozó intenzitását az sugárzók anyagának szilárdsága és nemlineáris tulajdonságai, valamint felhasználási jellemzői határozzák meg. Az intenzitás tartomány a generálás során nagyon széles: az intenzitás 0,1-ig kicsinek tekinthető. Ahhoz, hogy nagyobb intenzitást kapjunk, mint az emitter felületéről, használhatunk fókuszálást.

L L hosszanti hullámok kezelése vastagságban szilárd testté oszcilláló lemezzel: 1 - X vágott kvarclemez vastagsággal, ahol a hullámhossz kvarcban; 2 - fémelektródák; 3 - folyadék (transzformátorolaj) akusztikus célra érintkezés; 4 - elektromos generátor rezgések; 5 - szilárd test.

Az ultrahang alkalmazásai: Az ultrahang alkalmazásai rendkívül változatosak. Hatékony módszerként szolgál a fizika különböző területeinek tanulmányozására (a szilárd testek és félvezetők tanulmányozása), és fontos szerepet játszik az anyag tanulmányozásában. Az ultrahangot széles körben használják a mérnöki tudományokban, a biológiában és az orvostudományban. Emberi magzat (17 hetes) képe 5 MHz-es ultrahanggal készült.

Ultrahang a technológiában. Az ultrahang-visszaverődés jelenségét a különböző közegek határán felhasználva ultrahangos eszközöket használnak a termékek méretének mérésére vagy a hozzáférhetetlen tartályok vízszintjének meghatározására. Az alacsony intenzitású ultrahangot széles körben használják a termékek roncsolásmentes tesztelésére.

Az ultrahang segítségével hanglátás valósul meg: az ultrahang vibrációit elektromos rezgéssé, rezgéseiket pedig fénnyé alakítva bizonyos tárgyakat lehet látni a fény számára átláthatatlan közegben. Hanglátás felületi domborműveléssel: 1 hangforrás; 2 tárgy; 3 homorú tükör; 4 folyadék; 5 edény; 6 képernyő.

Az ultrahang nagyon fontos szerepet játszik a hidroakusztikában, mivel a rugalmas hullámok az egyetlen hullámtípus, amely jól terjed a tengervízben. Ezen az elven épülnek fel olyan eszközök, mint a visszhangjelző vagy a szonár. A szonár működési elve: 1 emitter; 2 vevő; 3 fényvisszaverő test.

Kísérlet. A kísérlethez egy ultrahangos emittert vettünk, amely körülbelül 20 milliméter hullámhosszú levegőrezgéseket hoz létre. Elméletileg a tudósok szerint egy ilyen akusztikus térben fél hullámhosszú, vagy még kisebb tárgyak is lebeghetnek. Sőt: A LEVEGŐBEN SZÁRMAZNAK!

A 21. század a rádióelektronika, az atom, az űrkutatás és az ultrahang évszázada. Az ultrahang tudománya ma viszonylag fiatal. A 19. század végén P. N. Lebegyev orosz fiziológus végezte első tanulmányait. Ezt követően sok kiváló tudós kezdte tanulmányozni az ultrahangot.

Mi az ultrahang?

Az ultrahang a közepes részecskék hullámszerűen terjedő hatása. Megvannak a maga sajátosságai, amelyekben eltér a hallható tartomány hangjaitól. Az ultrahangos tartományban viszonylag könnyű irányított sugárzást elérni. Ezen kívül jól fókuszált, és ennek hatására megnő a kiváltott oszcillációk intenzitása. Szilárd testekben, folyadékokban és gázokban való terjedése során az ultrahang érdekes jelenségeket eredményez, amelyek a technológia és a tudomány számos területén gyakorlati alkalmazásra találtak. Ez az ultrahang, melynek szerepe ma az élet különböző területein igen nagy.

Az ultrahang szerepe a tudományban és a gyakorlatban

Az utóbbi években az ultrahang egyre fontosabb szerepet kapott a tudományos kutatásban. Sikeresen végeztek kísérleti és elméleti vizsgálatokat az akusztikus áramlások és az ultrahangos kavitáció területén, amelyek lehetővé tették a tudósok számára olyan technológiai folyamatok kidolgozását, amelyek akkor fordulnak elő, amikor a folyadékfázisban ultrahangnak vannak kitéve. Ez egy hatékony módszer a különféle jelenségek tanulmányozására olyan tudásterületen, mint a fizika. Az ultrahangot például a félvezető- és szilárdtestfizikában használják. Ma a kémia egy külön ága alakul ki, az úgynevezett "ultrahangos kémia". Alkalmazása számos kémiai-technológiai folyamat felgyorsítását teszi lehetővé. Megszületett a molekuláris akusztika is - az akusztika új ága, amely az anyaggal való molekuláris kölcsönhatást vizsgálja.Az ultrahang új alkalmazási területei jelentek meg: holográfia, introszkópia, akusztoelektronika, ultrahangos fázismérés, kvantumakusztika.

Az ezen a területen végzett kísérleti és elméleti munka mellett napjainkban sok gyakorlati munka is történt. Kifejlesztésre kerültek speciális és univerzális ultrahangos gépek, fokozott statikus nyomás alatt működő berendezések stb.. A gyártásba bekerültek a gyártósorokba beépített automata ultrahangos berendezések, amelyek jelentősen növelhetik a munkatermelékenységet.

Az ultrahangról bővebben

Beszéljünk többet arról, hogy mi az ultrahang. Azt már mondtuk, hogy ezek rugalmas hullámok, és az ultrahang 15-20 kHz felett van. Hallásunk szubjektív tulajdonságai határozzák meg az ultrahang frekvenciák alsó határát, ami elválasztja azt a hallható hang frekvenciájától. Ez a határ tehát feltételes, és mindannyian másként határozzuk meg, mi az ultrahang. A felső határt a rugalmas hullámok, azok fizikai természete jelzik. Csak anyagi közegben terjednek, vagyis a hullámhossznak lényegesen nagyobbnak kell lennie, mint a gázban jelenlévő molekulák átlagos szabad útja, illetve a szilárd és folyadékokban lévő atomok közötti távolságok. Normál nyomáson gázokban az ultrahangfrekvenciák felső határa 10 9 Hz, szilárd és folyékony anyagokban pedig 10 12 -10 13 Hz.

Az ultrahang forrásai

Az ultrahang a természetben egyaránt megtalálható számos természetes zaj (vízesés, szél, eső, szörfözés által görgetett kavicsok, valamint a zivatarok kisülését kísérő hangok stb.) összetevőjeként, és az állatvilág szerves részeként. Egyes állatfajok térbeli tájékozódásra, akadályok észlelésére használják. Az is ismert, hogy a delfinek a természetben ultrahangot használnak (főleg 80-100 kHz-es frekvenciák). Ebben az esetben az általuk kibocsátott helymeghatározó jelek ereje nagyon nagy lehet. A delfinek köztudottan képesek észlelni a tőlük legfeljebb egy kilométerre lévőket.

Az ultrahang kibocsátóit (forrásait) 2 nagy csoportra osztják. Az első a generátor, amelyben a rezgéseket gerjesztik az állandó áramlás útján elhelyezett akadályok jelenléte miatt - folyadék- vagy gázsugár. A második csoport, amelybe ultrahangforrásokat lehet kombinálni, az elektroakusztikus átalakítók, amelyek adott áram- vagy elektromos feszültségingadozást szilárd test által végzett mechanikai rezgéssé alakítanak át, amely akusztikus hullámokat sugároz a környezetbe.

Ultrahang vevők

A közepes és ultrahangos vevőkészülékeken az elektroakusztikus átalakítók leggyakrabban piezoelektromos típusúak. Képesek reprodukálni a vett akusztikus jel formáját, amelyet a hangnyomás időfüggőségeként ábrázolnak. Az eszközök lehetnek szélessávúak vagy rezonánsak, attól függően, hogy milyen alkalmazási feltételekre szánják őket. Hővevőket használnak az időátlagos hangtér-jellemzők meghatározására. Ezek hangelnyelő anyaggal bevont termisztorok vagy hőelemek. A hangnyomás és az intenzitás optikai módszerekkel is megbecsülhető, például ultrahangos fénydiffrakcióval.

Hol használják az ultrahangot?

Alkalmazásának számos területe van, miközben az ultrahang különféle funkcióit használja. Ezek a területek nagyjából három területre oszthatók. Ezek közül az első az ultrahanghullámok segítségével történő különféle információk megszerzéséhez kapcsolódik. A második irány az anyagra gyakorolt ​​aktív hatása. A harmadik pedig a jelek továbbításához és feldolgozásához kapcsolódik. Minden esetben az Egyesült Államok sajátosságait használják. Csak néhányat fogunk ismertetni a sok terület közül, amelyeken alkalmazásra talált.

Ultrahangos tisztítás

Az ilyen tisztítás minősége nem hasonlítható össze más módszerekkel. Az alkatrészek öblítésekor például a szennyeződések legfeljebb 80%-a a felületükön marad, körülbelül 55% - vibrációs tisztítással, körülbelül 20% - kézi tisztítással, ultrahangos tisztításnál pedig legfeljebb 0,5% marad a szennyeződésekből. A bonyolult alakú részleteket csak ultrahang segítségével lehet jól megtisztítani. Használatának fontos előnye a magas termelékenység, valamint a fizikai munka alacsony költsége. Ezenkívül lehetőség van a drága és gyúlékony szerves oldószerek olcsó és biztonságos vizes oldatokkal való helyettesítésére, folyékony freon használatára stb.

Súlyos probléma a levegő szennyezettsége korom, füst, por, fémoxidok stb. által. Az ultrahangos módszerrel tisztíthatja a levegőt és a gázt a gázkimenetekben, függetlenül a környezet páratartalmától és hőmérsékletétől. Ha egy ultrahangos emittert porülepítő kamrába helyezünk, annak hatékonysága több százszorosára nő. Mi a lényege egy ilyen megtisztulásnak? A levegőben véletlenszerűen mozgó porszemcsék az ultrahangos rezgések hatására erősebben és gyakrabban ütik egymást. Ugyanakkor méretük növekszik az egyesülés miatt. A koaguláció a részecskék megnagyobbodásának folyamata. Súlyozott és megnagyobbodott felhalmozódásukat speciális szűrők fogják fel.

Törékeny és szuperkemény anyagok megmunkálása

Ha belép a munkadarab és az ultrahangot használó szerszám munkafelülete közé, akkor a csiszolóanyag részecskéi az emitter működése során befolyásolják ennek a résznek a felületét. Ebben az esetben az anyagot megsemmisítik és eltávolítják, és különféle irányított mikrohatások hatására feldolgozásnak vetik alá. A megmunkálás kinematikája a fő mozgásból - vágásból, vagyis a szerszám által keltett hosszirányú rezgésekből és a segédmozgásból - az előtolás mozgásából áll, amelyet a készülék végez.

Az ultrahang sokféle munkát végezhet. A csiszolószemcséknél az energiaforrás a hosszanti rezgések. Megsemmisítik a feldolgozott anyagot. Az előtolás mozgása (kisegítő) lehet körkörös, keresztirányú és hosszanti. Az ultrahangos feldolgozás pontosabb. A csiszolóanyag szemcseméretétől függően 50 és 1 mikron között mozog. Különböző formájú szerszámok segítségével nem csak lyukakat készíthet, hanem összetett vágásokat, ívelt tengelyeket, gravírozást, köszörülést, mátrixokat készíthet és még gyémántot is fúrhat. A csiszolóanyagként használt anyagok korund, gyémánt, kvarchomok, kovakő.

Ultrahang a rádióelektronikában

A mérnöki ultrahangot gyakran használják a rádióelektronika területén. Ezen a területen gyakran szükségessé válik egy elektromos jel késleltetése más jelekhez képest. A tudósok jó megoldást találtak az ultrahangos késleltetési vonalak (röviden LZ) alkalmazásának javaslatával. Működésük azon a tényen alapszik, hogy az elektromos impulzusok ultrahanggá alakulnak.Hogyan történik ez? Az a tény, hogy az ultrahang sebessége lényegesen kisebb, mint az elektromágneses rezgések által kifejlesztett. A feszültségimpulzus az inverz elektromos mechanikai rezgésekké történő átalakulás után késik a vonal kimenetén a bemeneti impulzushoz képest.

Piezoelektromos és magnetostrikciós átalakítókat használnak az elektromos rezgések mechanikussá alakítására és fordítva. Az LZ-t piezoelektromosra és magnetostrikcióra osztják.

Ultrahang az orvostudományban

Különféle típusú ultrahangokat használnak az élő szervezetek befolyásolására. Az orvosi gyakorlatban használata ma már nagyon népszerű. Azon a hatásokon alapul, amelyek a biológiai szövetekben jelentkeznek, amikor az ultrahang áthalad rajtuk. A hullámok ingadozást okoznak a közeg részecskéiben, ami egyfajta szöveti mikromasszázst hoz létre. Az ultrahang elnyelése pedig helyi felmelegedésükhöz vezet. Ugyanakkor a biológiai közegben bizonyos fizikai-kémiai átalakulások mennek végbe. Ezek a jelenségek mérsékelt visszafordíthatatlan károsodás esetén nem okoznak. Csak javítják az anyagcserét, ezáltal hozzájárulnak a nekik kitett szervezet létfontosságú tevékenységéhez. Az ilyen jelenségeket ultrahangterápiában használják.

Ultrahang a sebészetben

A kavitáció és a nagy intenzitású erős melegítés a szövetek pusztulásához vezet. Ezt a hatást ma a sebészetben használják. A fókuszált ultrahangot sebészeti beavatkozásokhoz használják, amely lehetővé teszi a helyi károsodást a legmélyebb struktúrákban (például az agyban), anélkül, hogy károsítaná a környezőket. A sebészetben ultrahangos műszereket is alkalmaznak, amelyeknél a munkavége úgy néz ki, mint egy reszelő, szike, tű. A rájuk ható rezgések új minőséget adnak ezeknek a hangszereknek. A szükséges erő jelentősen csökken, így a műtét traumatizmusa is csökken. Ezenkívül fájdalomcsillapító és vérzéscsillapító hatás nyilvánul meg. A testben megjelent bizonyos típusú daganatok elpusztítására az ultrahangot használó tompa műszerrel történő ütést használják.

A biológiai szövetekre gyakorolt ​​hatást a mikroorganizmusok elpusztítására végzik, és a gyógyszerek és orvosi műszerek sterilizálására használják.

Belső szervek vizsgálata

Alapvetően a hasüreg vizsgálatáról beszélünk. Erre a célra egy speciális segítségével lehet megtalálni és felismerni a szövetek és anatómiai struktúrák különféle anomáliáit. A feladat gyakran a következő: rosszindulatú képződmény gyanúja áll fenn, és meg kell különböztetni egy jóindulatú vagy fertőző képződménytől.

Az ultrahang hasznos a máj vizsgálatánál és egyéb feladatoknál, amelyek magukban foglalják az epeutak elzáródásának és betegségeinek kimutatását, valamint az epehólyag vizsgálatát a benne lévő kövek és egyéb kórképek kimutatására. Ezenkívül cirrhosis és más diffúz jóindulatú májbetegségek vizsgálata is alkalmazható.

A nőgyógyászat területén, különösen a petefészkek és a méh elemzésében, régóta az ultrahang alkalmazása volt a fő irány, amelyben különösen sikeresen végzik. Gyakran itt is szükség van a jóindulatú és rosszindulatú képződmények megkülönböztetésére, ami általában a legjobb kontrasztot és térbeli felbontást igényli. Hasonló következtetések hasznosak lehetnek számos más belső szerv vizsgálatában.

Az ultrahang használata a fogászatban

Az ultrahang a fogászatba is bekerült, ahol fogkő eltávolítására használják. Lehetővé teszi a lepedék és kövek gyors, vérmentes és fájdalommentes eltávolítását. Ugyanakkor a szájnyálkahártya nem sérül, az üreg "zsebeit" fertőtlenítik. Fájdalom helyett a beteg melegséget érez.

Bevezetés

2. Visszhangos csapágy

3. Természetes szonárok típusai

4. Az érintés segít a denevéreknek elkerülni az akadályokat

5 horgászdenevér

6. És a denevérek tévednek

7. Üvöltések a mélyben

8 Vízi elefánt radar

Következtetés

Irodalom

Bevezetés

Az echolokáció felfedezése Lazaro Spallanzani olasz természettudós nevéhez fűződik. Felhívta a figyelmet arra, hogy a denevérek szabadon repülnek egy teljesen sötét szobában (ahol még a baglyok is tehetetlenek), anélkül, hogy tárgyakat érintenének. Kísérletében több állatot megvakított, de ezek után is egy szinten repültek a látókkal. Spallanzani kollégája, J. Zhyurin végzett egy másik kísérletet, melynek során viasszal takarta be a denevérek fülét – az állatok minden tárgyba belebotlottak. Ebből a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a denevérek fülük alapján navigálnak. Ezt az ötletet azonban a kortársak nevetségessé tették, hiszen ennél többet nem lehetett mondani – a rövid ultrahangjeleket akkor még lehetetlen volt kijavítani.

A denevérekben az aktív hangelhelyezés ötletét először 1912-ben H. Maxim vetette fel. Feltételezte, hogy a denevérek szárnyaikkal 15 Hz-es frekvencián csapkodva hoznak létre alacsony frekvenciájú visszhangjeleket.

Az angol H. Hartridge, aki Spallanzani kísérleteit reprodukálta, 1920-ban sejtette az ultrahangot. Ennek megerősítését 1938-ban találták D. Griffin bioakusztikusnak és G. Pierce fizikusnak köszönhetően. Griffin az echolocation nevet javasolta (a radar analógiájára), hogy megnevezze a denevérek ultrahang segítségével történő navigálását.

1. Ultrahangok a vadon élő állatokban

Az elmúlt tíz-tizenöt év során a biofizikusok csodálkozva fedezték fel, hogy a természet a jelek szerint nem volt túl fukar, amikor gyermekeit szonárokkal ruházta fel. A denevérektől a delfinekig, a delfinektől a halakig, madarak, patkányok, egerek, majmok, tengerimalacok, bogarak, a kutatók mozogtak műszereikkel, mindenhol ultrahangot detektálva.

Kiderült, hogy sok madár van felfegyverkezve visszhangjelzővel. A köd és a sötétség által repülésbe került lilék, fürtös, baglyok és néhány énekesmadarak hanghullámok segítségével cserkészik az utat. Kiáltással „tapintják” a talajt, és a visszhang természeténél fogva megismerik a repülési magasságot, az akadályok közelségét és a terepet.

Nyilvánvaló, hogy visszhangosítás céljából alacsony frekvenciájú (20-80 kilohertzes) ultrahangot bocsátanak ki más állatok - tengerimalacok, patkányok, erszényes repülő mókusok és még néhány dél-amerikai majm is.

Az egerek és a cickányok kísérleti laboratóriumokban, mielőtt elindultak volna a labirintusok sötét zugaiban, ahol próbára tették a memóriájukat, gyorsszárnyú felderítőket – ultrahangokat küldtek előre. Teljes sötétségben tökéletesen megtalálják a lyukakat a földben. És itt a visszhangjelző segít: ezekből a lyukakból nem jön vissza a visszhang!

A kövér éjfélék, vagy ahogy Amerikában guajarók élnek Peru, Venezuela, Guyana barlangjaiban és Trinidad szigetén. Ha úgy dönt, hogy meglátogatja őket, legyen türelmes, és ami a legfontosabb: létrák és elektromos lámpák. A hegymászás alapjait is ismerni kell, mert az éjfélék a hegyekben fészkelnek, és gyakran puszta sziklákon kell megmászniuk ahhoz, hogy eljussanak hozzájuk.

És amikor ezekkel a felszerelésekkel belépsz a barlangba, még időben dugd be a füled, mert a fénytől felébresztett madár ezrei esnek le az ereszről és a falakról, és fülsiketítő kiáltással rohannak meg a fejed fölött. A madarak nagyok, akár egy méteres szárnyfesztávolságúak, csokoládébarnák, nagy fehér foltokkal. A Hádész Királyság komor barlangjaiban virtuóz manővereiket nézve mindenki csodálkozik, és ugyanazt a kérdést teszi fel: hogyan sikerül ezeknek a teljes sötétben repülő tollas trogloditáknak nem megbotlani a falakon, mindenféle cseppkövön és cseppkövön. amelyek megtámasztják a kazamaták boltozatát?

Kapcsold le a villanyt és hallgass. Kis repülés után a madarak hamar megnyugszanak, abbahagyják a sikoltozást, majd hallani fogod a halk szárnycsapkodást, illetve ezek kíséretében egy halk csattanást. Itt a válasz a kérdésedre!

Természetesen a visszhangjelzők működnek. Az ő jeleiket a fülünk is felveszi, mert viszonylag alacsony – körülbelül hét kilohertz – frekvenciájú tartományban szólalnak meg. Minden kattintás egy vagy két ezredmásodpercig tart. Donald Griffin, az általunk már ismert denevérszonár-kutató gyapotot gyömöszölte néhány guajaró fülébe, és kiengedte őket a sötét szobába. Az éjszakai repülés virtuózai pedig, miután megsüketültek, azonnal „megvakultak”: tehetetlenül belebotlottak a szoba összes tárgyába. A visszhang hallása nélkül nem tudtak eligazodni a sötétben.

A guajarói barlangokban töltik nappali óráikat. Ott rendezik el agyagfészkeiket is, valahogy a falak párkányára ragasztják. Éjszaka a madarak elhagyják a kazamatát, és odarepülnek, ahol sok gyümölcsfa és pálma található puha, szilvaszerű terméssel. Nyájok ezrei támadják az olajpálma-ültetvényeket is. A gyümölcsöket egészben lenyelik, majd a csontok, miután visszatértek a barlangokba, visszafolynak. Ezért a kazamatákban, ahol a guajaros fészkel, mindig sok fiatal gyümölcs "palánta" van, amelyek azonban gyorsan elpusztulnak: fény nélkül nem tudnak növekedni.

Az újonnan kirepült guajaro csibék hasát vastag zsírréteg borítja. Amikor a fiatal trogloditák körülbelül két hetesek, az emberek fáklyákkal és hosszú pálcákkal jönnek a barlangokba. Elpusztítják a fészkeket, ritka madarakat ölnek meg, és a barlangok bejáratánál azonnal elhíznak tőlük. Bár ennek a zsírnak jó a táplálkozási tulajdonságai, főként lámpások és lámpák tüzelőanyagaként használják.

Jobban ég, mint a petróleum és olcsóbb is nála – így gondolják a madár hazájában, amely a sors gonosz iróniájára arra van ítélve, hogy egész életét sötétben töltse, hogy meghaljon, hogy fényt adjon az ember otthonának. .

Dél-Ázsiában, Indiától Ausztráliáig van egy másik madár, amely a sötétben szonár segítségével találja meg a fészket. Barlangokban is fészkel (néha azonban a szabadban lévő sziklákon). Ez a híres salangana, a fürtös, amelyet minden helyi ínyenc jól ismer: fészkéből főznek levest.

Így épít fészket a szalangana: mancsával egy sziklába kapaszkodik, és ragacsos nyállal beken egy követ, bölcső sziluettjét rajzolva rá. Jobbra és balra mozgatja a fejét - a nyál azonnal lefagy, barnás kéreggé változik. A salangana pedig mindent felülről ken. A fészek falai nőnek, és egy kis bölcsőt kapnak egy hatalmas sziklán.

Ez a bölcső, azt mondják, nagyon finom. Az emberek magas sziklákra másznak, fáklyák fényénél felmásznak a barlangok falain, és szalangán fészkeket gyűjtenek. Ezután forrásban lévő vízben (vagy csirkehúslevesben!) felforraljuk, és kiváló levest kapunk, amint azt a szakértők biztosítják.

A közelmúltban felfedezték, hogy a szalangánok nemcsak a gasztronómusokat, hanem a biofizikusokat is érdeklik: ezek a sötétben repkedő madarak akusztikus felderítőket is küldenek előre, amelyek „ropognak, mint egy felhúzható gyerekjáték”.

2. Visszhangos csapágy

Fizikai szempontból minden hang egy rugalmas közegben hullámokban terjedő rezgő mozgás.

Minél több rezgést kelt egy vibráló test (vagy rugalmas közeg) másodpercenként, annál nagyobb a hangfrekvenciája. A legalacsonyabb emberi hang (basszus) körülbelül nyolcvanszor rezeg másodpercenként, vagy ahogy a fizikusok mondják, frekvenciája eléri a nyolcvan hertzet. A legmagasabb hang (például Yma Sumac perui énekes szopránja) körülbelül 1400 hertz.

A természetben és a technikában még magasabb frekvenciájú hangok ismertek - több százezer, sőt millió hertz. A kvarcnak rekordmagas a hangja – akár egymilliárd hertz is! A folyadékban vibráló kvarclemez hangereje 40 000-szer nagyobb, mint egy repülőgép-hajtómű hangereje. De nem süketülhetünk meg ettől a „pokoli üvöltéstől”, mert nem halljuk. Az emberi fül mindössze tizenhat-húszezer hertz rezgési frekvenciájú hangokat érzékel. A magasabb frekvenciájú akusztikus rezgéseket általában ultrahangnak nevezik, a denevérek hullámaikkal „érzik” a környezetet.

Az ultrahangok a denevér gégéjéből származnak. Itt sajátos húrok formájában megfeszülnek a hangszálak, amelyek rezegve hangot adnak ki. Végül is a gége szerkezetében egy közönséges síphoz hasonlít: a tüdőből kilélegzett levegő forgószélben rohan át rajta - nagyon magas frekvenciájú „síp” fordul elő, akár 150 ezer hertzig (az ember nem hallja). ).

A denevér időnként blokkolhatja a levegő áramlását. Aztán olyan erővel tör ki, mintha robbanás dobta volna ki. A gégen átáramló levegő nyomása kétszerese a gőzkazánénak. Nem rossz teljesítmény egy 5-20 grammos állattól!

A rövid távú, nagyfrekvenciás hangrezgések - ultrahang impulzusok - gerjesztődnek a denevér gégében. 5-60, egyes fajoknál 10-200 impulzus következik másodpercenként. Minden impulzus, "robbanás" mindössze 2-5 ezredmásodpercig tart (a patkódenevéreknél 5-10 századmásodperc).

Az audiojel rövidsége nagyon fontos fizikai tényező. Csak neki köszönhető a pontos echolokáció, vagyis az ultrahangok segítségével történő tájékozódás.

A tizenhét méterre lévő akadályról a visszavert hang körülbelül 0,1 másodperc alatt tér vissza az állathoz. Ha a hangjelzés 0,1 másodpercnél tovább tart, akkor a tizenhét méternél közelebb lévő tárgyakról visszaverődő visszhangját az állat hallószervei a fő hanggal egyidejűleg érzékelik.

De éppen a kiküldött jel vége és a visszatérő visszhang első hangjai közötti időintervallumból kap a denevér ösztönösen képet az ultrahangot visszaverő tárgy távolságáról. Ezért olyan rövid a hangimpulzus.

A szovjet tudós, E. Ya. Pumper 1946-ban egy nagyon érdekes feltételezést tett, amely jól megmagyarázza a visszhang helyének fiziológiai természetét. Úgy véli, hogy a denevér minden új hangot azonnal kiad, miután meghallotta az előző jel visszhangját. Így az impulzusok reflexszerűen követik egymást, és az őket kiváltó inger a fül által érzékelt visszhang. Minél közelebb repül a denevér az akadályhoz, annál gyorsabban tér vissza a visszhang, és ennek következtében az állat annál gyakrabban ad ki új visszhangzó „sikolyokat”. Végül, amikor az akadályt közvetlenül megközelítik, a hangimpulzusok rendkívüli sebességgel kezdik követni egymást. Ez veszélyjelzés. A denevér ösztönösen megváltoztatja repülési irányát, elkerülve azt az irányt, ahonnan a visszaverődő hangok túl gyorsan jönnek.

A kísérletek valóban kimutatták, hogy a denevérek csak 5-10 ultrahang impulzust bocsátanak ki másodpercenként, mielőtt elindulnának. Repülés közben 30-ra nőnek. Akadályhoz közeledve a hangjelzések még gyorsabban következnek - akár másodpercenként 50-60-szor. Egyes denevérek, miközben éjszakai rovarokra vadásznak, zsákmányt előznek, akár 250 "sikolyt" is kiadnak másodpercenként.

A denevér visszhangszonda egy nagyon pontos navigációs "eszköz": képes akár egy mikroszkopikusan kicsi - mindössze 0,1 mm átmérőjű - tárgy helyének meghatározására!

És csak amikor a kísérletezők 0,07 milliméterre csökkentették a denevérek csapkodó helyiségében kifeszített drót vastagságát, az állatok elkezdtek belebotlani.

A denevérek a vezetéktől körülbelül két méterre növelik a visszhangos jelek sebességét. Így két méteren keresztül „tapogatnak” érte „kiáltásaikkal”. Ám az ütő nem változtat azonnal irányt, tovább repül közvetlenül az akadályhoz, és csak néhány centiméterre tőle, éles szárnycsapással oldalra tér.

A természettől felruházott szonárok segítségével a denevérek nemcsak az űrben navigálnak, hanem mindennapi kenyerükre is vadásznak: szúnyogokra, lepkékre és más éjszakai rovarokra.

Egyes kísérletekben az állatokat kénytelenek voltak szúnyogokat fogni egy kis laboratóriumi helyiségben. Lefotózták, mérlegelték őket – egyszóval folyamatosan figyelték, milyen sikeresen vadásznak. Egy hét grammos denevér egy óra alatt elkapott egy gramm rovart. Egy másik, mindössze három és fél grammos csecsemő olyan gyorsan nyelte le a szúnyogokat, hogy negyed óra alatt tíz százalékot "felfújt". Minden szúnyog körülbelül 0,002 grammot nyom. Így tizenöt percnyi vadászat alatt 175 szúnyogot fogtak el – hat másodpercenként egy szúnyogot! Nagyon gyors tempójú. Griffin azt mondja, hogy ha nem lenne a szonár, akkor egy denevér még egész éjjel tátott szájjal repülve is elkapna „a véletlen törvénye szerint” egyetlen szúnyogot, majd ha sok szúnyog lenne a környéken.

3. Természetes szonárok típusai

Egészen a közelmúltig úgy gondolták, hogy csak az olyan kis rovarevő denevéreknek van természetes szonárja, mint a mi denevéreink és a denevéreink, míg a trópusi erdőkben tonnányi gyümölcsöt felfaló nagy repülő rókák és kutyák megfosztják őket tőlük. Talán ez így van, de akkor a rosetus kivétel, mert az ilyen repülő kutyákat visszhangszórókkal látják el.

Repülés közben a rosetusok folyamatosan csattogtatják a nyelvüket. A hang a száj sarkainál tör fel, amelyek a rosetusban mindig nyitva vannak. A kattintások némileg egyfajta nyelvreccsenésre emlékeztetnek, amihez az emberek olykor folyamodnak, elítélve valamit. A repülő kutya primitív szonárja viszont egészen pontosan működik: több méteres távolságból is kiszúr egy milliméteres vezetéket.

Kivétel nélkül a Microchiroptera alrendbe tartozó kis denevérek, vagyis a mikrodenevérek visszhangjelzővel vannak felszerelve. De ezeknek az "eszközöknek" a modelljei eltérőek. Az utóbbi időben a kutatók a természetes szonárok három típusát különböztették meg: suttogó, éneklő és csipogó, vagy frekvenciamoduláló típust.

A suttogó denevérek az amerikai trópusokon élnek. Sokan közülük, mint a repülő kutyák, gyümölcsöt esznek. A rovarokat is elkapják, de nem a levegőben, hanem a növények levelein. A visszhangzó jeleik nagyon rövid és nagyon halk kattanások. Minden hang a másodperc ezredrészéig tart, és nagyon gyenge. Csak nagyon érzékeny készülékek hallják. Néha azonban a suttogó denevérek olyan hangosan „suttognak”, hogy az ember hallja őket. De általában a szonárjuk 150 kilohertzes frekvencián működik.

A híres vámpír is suttogó. Számunkra ismeretlen "varázslatokat" suttogva keresi a kimerült utazókat az Amazonas korhadt erdeiben, és szívja a vérüket. Észrevettük, hogy a kutyákat ritkán harapják meg a vámpírok: egy vékony fül előre figyelmezteti őket a vérszívók közeledtére. A kutyák felébrednek és elszaladnak. Hiszen a vámpírok csak az alvó állatokat támadják meg. Még ilyen kísérleteket is végeztek. A kutyákat betanították: amikor meghallották egy vámpír „suttogását”, azonnal ugatni kezdtek, és felébresztették az embereket. Feltételezik, hogy az amerikai trópusokra irányuló jövőbeni expedíciókat ezek a képzett „vámpírok” kísérik majd.

Kántálnak a patkók. Néhányuk hazánk déli részén él - a Krím-félszigeten, a Kaukázusban és Közép-Ázsiában. Patkónak nevezték el őket a pofán lévő növedékek miatt, bőrszerű patkó formájában, az orrlyukakat és a szájat körülvevő kettős gyűrűvel. A növedékek nem tétlen díszek: egyfajta szájcső, amely keskeny sugárban irányítja a hangjelzéseket abba az irányba, amerre a denevér néz. Általában fejjel lefelé lóg az állat, és elfordulva (majdnem háromszázhatvan fokban!) Most jobbra, majd balra, hanggal tapogatja a környezetet. A trópusi patkódenevérek csípőízületei nagyon rugalmasak, ezért meg tudják tenni művészi fordulataikat. Amint egy szúnyog vagy egy bogár behatol lokátoruk mezőjébe, a hazavezető repülőgép letöri az ágat, és elkezdi üldözni az üzemanyagot, vagyis az élelmiszert.

És úgy tűnik, ez a „repülőgép” a fizikusok számára jól ismert Doppler-effektus segítségével még azt is meg tudja határozni, hogy hol repül az étel: megközelíti-e azt az ágat, amelyen a patkó lóg, vagy távolodik tőle. Ennek megfelelően az üldözés taktikája is változik.

A patkódenevérek nagyon hosszú (más denevérek "kiáltásaihoz" képest) és monoton hangokat használnak vadászatra. Minden jel egy tized-huszad másodpercig tart, és hangjának frekvenciája nem változik - mindig száz vagy százhúsz kilohertz.

De közönséges denevéreink és észak-amerikai rokonaik frekvenciamodulált hangokkal visszhangozzák a szirénákat, akárcsak az ember alkotta szonárok legjobb modelljei. A jel hangszíne folyamatosan változik, ami azt jelenti, hogy a visszavert hang magassága is változik. Ez pedig azt jelenti, hogy adott pillanatban a vett visszhang magassága nem egyezik a kiküldött jel hangszínével. És egy nem szakember számára egyértelmű, hogy egy ilyen eszköz nagyban megkönnyíti a visszhangzást.

4. Az érintés segít a denevéreknek elkerülni az akadályokat

A tudósok szinte egyszerre jutottak el ennek az érdekes problémának a megoldására különböző országokban.

A holland Sven Dijgraaf úgy döntött, hogy kipróbálja, vajon a tapintás valóban segít-e a denevéreknek elkerülni az akadályokat. Levágta a szárnyak tapintási idegeit – a műtött állatok tökéletesen repültek. Tehát itt nincs tapintási érzet. Aztán a kísérletvezető megfosztotta a denevéreket a hallástól - azonnal megvakultak.

Dijgraaff a következőképpen érvelt: mivel a falak és a tárgyak, amelyekkel a denevérek repülés közben találkoznak, nem adnak hangot, ez azt jelenti, hogy maguk az egerek sikoltoznak. Saját hangjuk visszhangja, amely a környező tárgyakról visszaverődik, értesíti az állatokat az úton lévő akadályról.

Dijgraaf észrevette, hogy a denevér felszállás előtt kinyitja a száját. Nyilván számunkra hallhatatlan hangokat ad ki, „érezve” velük a környezetet. Repülés közben a denevérek is kinyitják időnként a szájukat (még akkor is, ha nem rovarokra vadásznak).

Ez a megfigyelés adta Dijgraafnak az ötletet a következő kísérlet elvégzésére. Papírsapkát tett az állat fejére. Elöl, mint a lovagi sisak szemellenzője, egy kis ajtó nyílt és záródott sapkában.

A kupakon zárt ajtós denevér nem tudott repülni, tárgyakba rohant. Csak papírsisakban kellett felemelni a szemellenzőt, mivel az állat átalakult, repülése ismét pontos és magabiztos lett.

Dijgraaff 1940-ben tette közzé megfigyeléseit. 1946-ban pedig a szovjet tudós, A. P. Kuzjakin professzor kísérletsorozatba kezdett denevérekkel. Szájukat és fülüket gyurmával takarta be, és egy helyiségben engedte el őket, ahol kötelek voltak kifeszítve - szinte minden állat nem tudott repülni. A kísérletvezető érdekes tényt állapított meg: a denevérek, amelyeket először nyitott szemmel engedtek be a próbarepülésre, „többször és nagy erővel, akár a frissen fogott madarak, csapódtak a függöny nélküli ablakok üvegébe”. Ez a nap folyamán történt. Este egy villanylámpa fényében az egerek már nem ütköztek az üvegbe. Ez azt jelenti, hogy napközben, amikor jól látható, a denevérek jobban bíznak látásukban, mint más érzékszerveik. Sok kutató azonban hajlamos volt figyelmen kívül hagyni a denevérek látásmódját.

A.P. Kuzyakin professzor folytatta kísérleteit az erdőben. Fekete papírsapkát tett a kis állatok fejére – a vörös estélyekre. Az állatok most sem látták, sem nem használhatták akusztikus radarjukat. A denevérek nem mertek repülni az ismeretlenbe, kinyitották szárnyaikat, és leereszkedtek rájuk, mint az ejtőernyőkre, a földre. Csak néhány kétségbeesett repült véletlenül. Az eredmény szomorú volt: nekiütköztek a fáknak és a földre estek. Ezután három lyukat vágtak ki a fekete sapkákba: egyet a szájnak, kettőt a fülnek. Az állatok félelem nélkül felszálltak. A.P. Kuzjakin arra a következtetésre jutott, hogy a denevérek hangtájoló szervei „szinte teljesen helyettesíthetik a látást, de a tapintószervek nem játszanak semmilyen szerepet a tájékozódásban, és az állatok nem használják őket repülés közben”.

Néhány évvel korábban D. Griffin és R. Galambos amerikai tudósok más technikával vizsgálták a denevérek rejtélyes képességeit.

Azzal kezdték, hogy ezeket az állatokat egyszerűen Pierce készülékéhez vitték, egy olyan készülékhez, amely képes "hallani" az ultrahangokat. És azonnal világossá vált, hogy a denevérek "sok hívást kezdeményeznek, de szinte mindegyik beleesik abba a frekvenciatartományba, amely az emberi fül küszöbén túl van" - írta később Donald Griffin.

Griffin és Galambos elektromos berendezések segítségével felderítette és megvizsgálhatta a denevérek "sikolyának" fizikai természetét. Azt is megállapították, hogy a kísérleti állatok belső fülébe speciális elektródákat helyeztek, hogy milyen frekvencián érzékelik a hangokat hallószerveik.

5 horgászdenevér

A kis vörös denevér csipogását körülbelül kilencven kilohertzes hanggal kezdi, és negyvenöt kilohertzes hanggal fejezi be. Két ezred másodpercig, amíg a „kiáltása” tart, a jel kétszer annyi ideig fut át ​​a frekvenciaskálán, mint az emberi fül által érzékelt teljes hangspektrum! Körülbelül ötven hanghullám van egy „sikolyban”, de egyikben sincs kettő egyforma hosszúságú. Másodpercenként tíz-húsz ilyen frekvenciamodulált "kiáltás". Amikor akadályhoz vagy megfoghatatlan szúnyoghoz közeledik, a denevér felgyorsítja a jeleit. Most már nem 12, hanem 200-szor csipog másodpercenként.

Griffin azt írja: "A lehallgatóeszközök egyik kényelmes típusában minden denevér által kibocsátott magas nyikorgás úgy hangzik, mint a telefon kattanása." Ha ezzel a készülékkel az erdő szélére érünk, ahol a denevérek szúnyogokra vadásznak, akkor amikor valamelyikük elrepül, a fejhallgatóban egy nem túl elhamarkodott koppanást fogunk hallani a „putt-putt-putt-putt”, „pl. egy régi lusta benzinmotorból".

Ekkor azonban a denevér egy molylepkét üldözni indult, vagy úgy döntött, hogy megvizsgál egy feldobott kavicsot – azonnal feldörrent a „pit-pit-pit-pit-bizzz”. Most már "a hangok követik egymást, mint egy gyorsuló motorkerékpár kipufogója".

A lepke megérezte az üldözést, és ügyes manőverekkel próbálja megmenteni az életét. De a denevér nem kevésbé ügyes, bizarr piruetteket ír ki az égen, megelőzi - és a telefon már nem töredékes kipufogógáz, hanem egy elektromos fűrész monoton zümmögése.

Viszonylag nemrég fedezték fel a horgászdenevéreket. Szonárjuk is frekvenciamodulációs típusú. Négy ilyen egérfajt már leírtak. A trópusi Amerikában élnek. Alkonyatkor (és néhányan délután is) kirepülnek prédára és egész éjjel vadászni. Alacsonyan csapkodnak a víz felett, hirtelen leeresztik mancsukat a vízbe, kiragadnak egy halat, és azonnal a szájukhoz juttatják. A denevérhalászok mancsai hosszúak, karmai élesek és görbültek, mint a halászsasnak – tollas versenyzőjüknek, csak persze nem olyan nagyok.

Néhány halevő denevért nyúl ajkú denevérnek neveznek. A kettéágazó alsó ajak lelóg róluk, és úgy tartják, hogy ezen a csatornán keresztül a tenger felett csapkodó egér közvetlenül a vízbe irányítja tapogatózó hangjait.

A vízoszlopon áttörve a „csicsergés” visszaverődik a hal úszóhólyagjáról és visszhangja visszatér a horgászhoz. Mivel a hal teste több mint kilencven százalékban víz, szinte semmilyen víz alatti hangot nem tükröz. De a levegővel töltött úszóhólyag egy olyan képernyő, amely elég "átlátszatlan" a hanghoz.

Amikor a levegőből hang kerül a vízbe, és fordítva, a vízből a levegőbe, energiájának több mint 99,9 százalékát elveszíti. Ezt a fizikusok régóta tudják. Még ha a hang derékszögben éri is a víz felszínét, energiájának csak 0,12 százaléka terjed a víz alatt. Ez azt jelenti, hogy a levegő-víz határon kétszer áthaladó denevér jelzései az itt fennálló magas tarifák miatt annyi energiát veszítenek, hogy a hangerő másfél milliószor gyengébb lesz!

Ezen kívül egyéb veszteségek is lesznek: nem minden hangenergia verődik vissza a halakról, és nem minden, újra a levegőbe törve, a visszhangzó állat fülébe esik.

Mindezen érvek után nem túl nehéz elhinni, hogy a levegő-víz visszhangzás nem mítosz, hanem valóság.

Donald Griffin azonban úgy számolta, hogy a denevérhalász csak négyszer gyengébb visszhanggal tér vissza a víz alól, mint az átlagos denevér, és a rovarokat visszhangozza a levegőben. Már nem olyan rossz. Sőt, ha feltételezzük, hogy a denevérek szonárjai nem két méterről észlelik a rovarokat, ahogyan azt számításaiban feltételezte, hanem már két méter nyolcvan centiméterről (ami teljesen lehetséges), akkor a visszatérő jel intenzitása a ugyanaz mind a horgásznak, mind a szúnyognak.

„A józan ész” – fejezi be Griffin –, és az első benyomások félrevezetőek lehetnek, ha olyan dolgokkal foglalkozunk, amelyek kívül esnek a hétköznapi emberi tapasztalatokon, amelyekre végül is az, amit józan észnek nevezünk.

6. És a denevérek tévednek

Az emberekhez hasonlóan a denevérek is hibázhatnak. És ez gyakran megtörténik, amikor fáradtak vagy még nem igazán ébredtek fel, miután egy napot sötét sarkokban töltöttek. Ezt bizonyítják a denevérek megcsonkított tetemei, amelyek minden este nekiütköznek az Empire Buildingnek és más felhőkarcolóknak.

Ha egy drótot alacsonyan feszítenek ki a folyó fölé, akkor a denevérek általában hozzáérnek, amikor a vízhez ereszkednek, hogy néhány csepp menet közben megnyalva oltsák szomjukat. Az állatok egyszerre két visszhangot hallanak: hangosan a víz felszínéről és gyengét a vezetéktől - és ez utóbbira nem figyelnek, ezért eltörik a vezetéket.

A denevérek, akik hozzászoktak ahhoz, hogy régóta tesztelt pályákon repüljenek, a memóriájukat választják útmutatóul, majd nem hallgatnak a szonár tiltakozására. A kutatók ugyanazokat a kísérleteket végezték velük, mint a méhekkel a régi repülőtéren. (Emlékszel?) Évszázadok kitaposott ösvényein mindenféle akadályt építettek, amelyen este denevérek repültek ki vadászni, és hajnalban tértek vissza. Az állatok belebotlottak ezekbe az akadályokba, bár szonárjaik működtek, és előre figyelmeztették a pilótákat. De emlékezetüknek jobban hittek, mint a fülüknek. A denevérek gyakran hibáznak azért is, mert a rovarok, amelyekre vadásznak, szintén nem együgyűek: sokan szereztek antiszonárt.

Az evolúció során a rovarok számos ultrahangos védőeszközt fejlesztettek ki. Sok éjszakai lepke például sűrűn borított finom szőrrel. A helyzet az, hogy a puha anyagok: pihe, vatta, gyapjú - elnyelik az ultrahangot. Ez azt jelenti, hogy a szőrös lepkéket nehezebb megtalálni. Egyes éjszakai rovarok ultrahangra érzékeny hallószerveket fejlesztettek ki, amelyek segítenek nekik tanulni, mielőtt a veszély közeledik. Amint a denevér visszhangszondájának hatókörébe kerülnek, egyik oldalról a másikra rohanni kezdenek, és megpróbálnak kijutni a veszélyzónából. A denevér által elhelyezett éjszakai pillangók és bogarak is alkalmaznak ilyen taktikát: összecsukják szárnyaikat és lezuhannak, mozdulatlanságban megfagyva a földön. Ezeknél a rovaroknál a hallószervek általában két különböző tartományú hangokat érzékelnek: az alacsony frekvenciájú hangokat, amelyeken rokonaik "beszélnek", és a magas frekvenciát, amelyen a denevérek szonárjai működnek. A köztes frekvenciákra (e két tartomány között) süketek.

7. Üvöltések a mélyben

echolocation echo irány delfin radar

1949. március 7-én délután az Atlantic kutatóhajó a tengert hallgatta százhetven mérföldre északra Puerto Ricótól. A hajó alatt nagy mélységek voltak. Öt kilométernyi sós víz gigantikus mélyedést töltött a földben.

És ebből a mélységből hangos kiáltások hallatszottak. Egy sikoly, majd a visszhangja. Újabb sikoly és újabb visszhang. Sok sikoly egymás után körülbelül másfél másodperces szünettel. Mindegyik körülbelül egyharmad másodpercig tartott, és a hangmagassága ötszáz hertz volt.

Azonnal kiszámolták, hogy egy ismeretlen lény énekszólókat gyakorol körülbelül három és fél kilométeres mélységben. Hangjának visszhangja visszaverődött a tengerfenékről, és ezért némi késéssel elérte a hajó műszereit.

Mivel a bálnák nem merülnek olyan mélyre, a rákok és rákok pedig nem adnak ilyen hangos hangot, a biológusok azt gondolták, hogy egy hal sikolt a mélyben. És céltudatosan sikoltott: hanggal zúdította az óceánt. Egyszerűen fogalmazva, megmérték a mélységét. Tanulmányozta a terepet, az alsó domborzatot.

Ez a gondolat most keveseknek tűnik hihetetlennek. Az ugyanis már bizonyosan bebizonyosodott, hogy a régóta némának tartott halak mindenféle hangok ezreit adják ki, speciális izmokkal ütve meg az úszóhólyagot, mintha dobon lennének. Mások csikorgatják a fogukat, csattogtatják páncéljuk bütykét. Sok ilyen reccsenés, csikorgás és nyikorgás ultrarövid tartományban hangzik, és láthatóan visszhangmeghatározásra és térbeli tájékozódásra használják. Tehát a denevérekhez hasonlóan a halaknak is megvannak a maguk szonárjai.

A halecholokátorokat még nem tanulmányozták, de delfinekben nagyon jól tanulmányozták őket. A delfinek nagyon beszédesek. Egy percig sem hallgatnak. Kiáltásaik nagy része köznyelvi, mondhatni lexikon, de ez most nem érdekel minket. Mások egyértelműen szonárokat szolgálnak ki.

A palackorrú delfin a százötven-százötvenötezer hertzes frekvenciatartományban különböző hangokon fütyül, kattog, morog, ugat, visít. De amikor „némán” úszik, a szonárja folyamatosan szondázza a környéket gyors sikolyok „esőjével”, vagy – mondják – csattanásával. Nem tartanak tovább néhány milliszekundumnál, és általában másodpercenként tizenöt-húsz alkalommal ismétlődnek. És néha százszor!

A legkisebb fröccsenés a felszínen – és a delfin azonnal felgyorsítja kiáltásait, „megérezve” velük a süllyedő tárgyat. A delfin szonárja annyira érzékeny, hogy a gondosan a vízbe engedett kis pellet sem kerüli el a figyelmét. A tóba dobott halakat azonnal észlelik. A delfin menekül. Nem látva zsákmányt a sáros vízben, félreérthetetlenül üldözi. A halat követve határozottan irányt változtat. Hangjának visszhangját hallgatva a delfin enyhén billenti a fejét egyik vagy másik oldalra, akárcsak az ember, aki megpróbálja pontosabban meghatározni a hang irányát.

Ha több tucat függőleges rudat leereszt egy kis medencébe, a delfin gyorsan átúszik közöttük anélkül, hogy eltalálná őket. A nagy szemű hálókat azonban láthatóan nem tudja érzékelni a visszhangszondájával. A finom háló könnyen "tapogat".

Itt láthatóan az a lényeg, hogy a nagy cellák túl „átlátszóak” a hanghoz, míg a kicsik visszaverik azt, szinte szilárd akadályként.

William Shevill és Barbara Lawrence-Shevill, a Woods Hole Oceanográfiai Intézet tudósai egy sor érdekes kísérlet során mutatták be, milyen finom a delfin akusztikus "érintése".

A delfin egy kis, a tengertől elkerített öbölben úszott, és folyamatosan „nyikorgott”. És néha a készülék vadul csikorgott a túl gyors, nyelvre csavart csattanásoktól. Ez akkor történt, amikor haldarabokat dobtak a vízbe. Nem csak dobták, hanem csendben, minden fröccsenés nélkül az aljára fektették. De nehéz volt elrejteni a delfin elől a leghangtalanabb ételdobálást a tóba, még akkor is, ha a másik végén úszott húsz méterre a szabotázs helyétől. Ebben a tócsában pedig annyira sáros volt a víz, hogy amikor egy fémlemezt fél méterre belemerítettek, úgy tűnt, feloldódott: a legélesebb emberi szem sem látta.

A kísérletezők körülbelül tizenöt centiméter hosszú halakat engedtek a vízbe. A delfin egy visszhangszondával azonnal észrevette a halat, bár alig volt víz alá: a férfi a farkánál fogta.

Úgy tartják, hogy a csattanók szolgálják a delfint a közeli tájékozódás érdekében. A terület általános felderítése és a távolabbi tárgyak érzékelése fütyüléssel történik. És ez a síp frekvenciamodulált! De az azonos típusú denevér szonárokkal ellentétben ez alacsonyabb hangokkal kezdődik, és magas hangokkal végződik.

Más bálnák - és sperma bálnák, uszonyos bálnák és beluga bálnák - szintén látszólag ultrahang segítségével tájékozódnak. Egyszerűen nem tudják, hogyan adják ki ezeket a hangokat. Egyes kutatók úgy gondolják, hogy a fúvólyuk, vagyis a légutak orrlyukai és légzsákjai, mások szerint a torok. Bár a bálnák nem rendelkeznek valódi hangszálakkal, sikeresen helyettesíthetők - ahogy egyesek úgy vélik - a gége belső falán lévő speciális növedékekkel.

Vagy talán mind a fúvónyílás, mind a gége egyformán szolgálja a szonár átviteli rendszerét.

8 Vízi elefánt radar

Az ókori Egyiptom számos szent állata között volt egy teljesen egyedi képességekkel rendelkező hal.

Ez a hal mormirus vagy vízi elefánt. Állkapcsai megnyúltak egy kis orrba. A mormyrus megmagyarázhatatlan képessége, hogy láthassa a láthatatlant, természetfeletti csodának tűnt. A radar feltalálása segített megoldani a rejtélyt.

Kiderült, hogy a természet egy csodálatos szervvel - egy radarral - ruházta fel a vízi elefántot!

Sok halnak van elektromos szerve, mindenki tudja. A Mormirusnak egy kis "zsebelem" is van a farkában. Az általa generált feszültség kicsi - csak hat volt, de ez elég.

A Mormyrus radar percenként nyolcvan-száz elektromos impulzust küld az űrbe. Az "akkumulátor" kisüléséből származó elektromágneses rezgések részben visszaverődnek a környező tárgyakról, és rádióvisszhang formájában ismét visszatérnek a mormirusba. A visszhangot rögzítő "vevő" egy csodálatos hal hátúszójának tövében található. Mormirus rádióhullámok segítségével "érzi" a környezetet!

A kelet-afrikai ichtiológiai intézet 1953-ban készített jelentést a mormirus szokatlan tulajdonságairól. Az intézet kutatói észrevették, hogy az akváriumban tartott Mormyrus nyugtalanul csapkodni kezdett, amikor egy nagy elektromos vezetőképességű tárgyat, például egy drótdarabot leeresztettek a vízbe. Úgy tűnik, a mormyrus képes érzékelni az elektromos szerve által gerjesztett elektromágneses mező változásait? Anatómusok megvizsgálták a halakat. Nagy idegek páros ágai futottak végig a hátán az agytól a hátúszó tövéig, ahol kis ágakra ágazva, egymástól egyenlő távolságra szövetképződményekben végződtek. Nyilvánvalóan itt van elhelyezve egy orgona, amely rögzíti a visszavert rádióhullámokat. Mormirus levágott idegekkel ezt a szervet szolgálja, elvesztette érzékenységét az elektromágneses sugárzásra.

A Mormirus folyók és tavak fenekén él, és rovarlárvákkal táplálkozik, amelyeket hosszú pofákkal, csipesszel von ki az iszapból. Táplálékkeresés közben a halat általában sűrű, felkavart iszapfelhő veszi körül, és nem lát semmit a környezetében. A hajóskapitányok saját tapasztalatukból tudják, mennyire nélkülözhetetlen a radar ilyen körülmények között.

A Mormirus nem az egyetlen "élő radar" a világon. Figyelemre méltó rádiószemet találtak a dél-amerikai elektromos angolna farkában is, amelynek „akkumulátorai” akár ötszáz voltos, egyes források szerint akár nyolcszáz voltos rekordfeszültséget is fejlesztenek!

Christopher Coates amerikai kutató a New York-i Akváriumban végzett kísérletsorozat után arra a következtetésre jutott, hogy az elektromos angolna fején lévő kis szemölcsök radarantennák. Megfogják a környező tárgyakról visszaverődő elektromágneses hullámokat, amelyek kibocsátója az angolna farka végén található. E hal radarrendszerének érzékenysége olyan, hogy az angolna nyilvánvalóan meg tudja határozni a lokátor hatásmezejébe esett tárgy természetét. Ha ehető állatról van szó, az elektromos angolna azonnal a maga irányába fordítja a fejét. Ezután aktiválja a test elülső részének erőteljes elektromos szerveit - "villámcsapás" áldozatát sodorja - és lassan felfalja az elektromos kisülés által megölt zsákmányt.

Ugyanazokban a folyókban, ahol az elektromos angolnák lustán szunyókálnak a fenéken, elegáns késhalak - Aigenmaniák cikáznak a sűrűben. Megjelenésük furcsa: hátúszó és farokúszó sincs (csak a farkon egy csupasz vékony torony). És ezek a halak szokatlanul viselkednek: ugyanazt a tornyot minden irányba fordítják, mintha a farkát szagolnák. Mielőtt pedig bemásznak egy gubacs alá vagy egy barlangba az alján, először bedugják a farkukat a repedésbe, majd ha a vizsgálat úgymond pozitív eredményt adott, maguk másznak oda. De nem fejjel előre másznak, hanem farokkal. Úgy tűnik, hogy a halak jobban bíznak benne, mint a szemükben.

Mindent nagyon egyszerűen elmagyaráztak: az Eigenmania fonalas farkának legvégén a tudósok egy elektromos „szemet” fedeztek fel, mint Mormirusban.

Úgy tűnik, hogy a gymnotidákban, amelyek nagyon hasonlítanak a trópusi amerikai halakra, vannak radarok is, bár ez még nem bizonyított.

A közelmúltban Dr. Lissman Cambridge-ből ismét érdeklődni kezdett az afrikai folyókban élő, zoológusok által régóta tanulmányozott elektromos harcsa iránt. Ez a hal, amely akár kétszáz voltos feszültséget is képes kifejteni, éjszaka vadászik. De nagyon "rövidlátó" szemei ​​vannak, és sötétben nem lát jól. Akkor hogyan talál zsákmányt a harcsa? Dr. Lissman bebizonyította, hogy az elektromos angolnához hasonlóan az elektromos harcsa is radarként használja erős akkumulátorait.

Következtetés

A fentiekből arra következtethetünk, hogy a természet láthatóan nem volt túl fukar, amikor gyermekeit szonárokkal ruházta fel. A denevérektől a delfinekig, a delfinektől a halakig, madarak, patkányok, egerek, majmok, tengerimalacok, bogarak, a kutatók mozogtak műszereikkel, mindenhol ultrahangot detektálva. Az állatok visszhangzás segítségével navigálnak a térben és határozzák meg a körülöttük lévő tárgyak elhelyezkedését, elsősorban nagyfrekvenciás hangjelzések segítségével. Leginkább a denevéreknél és a delfineknél fejlődik ki, cickányok, számos úszólábú (fóka), madarak (guajaro, salangan stb.) is használják.

Az állatok visszhangjának eredete továbbra is tisztázatlan; valószínűleg a látás helyettesítőjeként keletkezett azoknál, akik barlangok sötétjében vagy az óceán mélyén élnek. Fényhullám helyett hanghullámot kezdtek használni a helymeghatározáshoz.

Az űrben való tájékozódásnak ez a módja lehetővé teszi az állatok számára, hogy tárgyakat észleljenek, felismerjenek, és akár vadászni is tudjanak teljes fényhiányos körülmények között, barlangokban és jelentős mélységekben.