Что такое звук? Какие виды звуков существуют?

Каков диапазон слышимых частот?

Какие физические и психофизиологические характеристики звука существуют?

В чём сущность закона Вебера-Фехнера?

Каково строение органа слуха с точки зрения физики и какие существуют теории восприятия звука существуют?

Где в медицине используются акустические методы?

 

ЛЕКЦИЯ 3

Ультразвук

План лекции

1. Определение ультразвука
2. Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект

Приём и излучение ультразвука

Свойства ультразвука

Действие ультразвука на вещество

Применение ультразвука в медицине.

 

Определение ультразвука

Ультразвук (сокращённо УЗ) - это механические колебания, частота которых

превышает 20 кГц. Орган слуха человека такие частоты не воспринимает. Однако ультразвук воспринимается некоторыми животными и птицами. В частности установлено, что кошки и собаки слышат ультразвуки до 40 кГц. Данный участок диапазона им необходимо воспринимать для того, чтобы обнаружить добычу и поймать её. Некоторые животные используют ультразвук для ориентировки в пространстве Примером могут служить летучие мыши и дельфины. Они издают короткие ультразвуковые импульсы и улавливают их отражение. Таким образом, они могут обнаружить препятствие в полной темноте на значительном расстоянии. Птицы также воспринимают ультразвуковые волны, поскольку многие насекомые излучают ультразвук и птицы могут их таким образом обнаружить. В предыдущей лекции мы познакомились со свойствами механических колебаний слышимого диапазона. С повышением частоты в таких колебаниях проявляются особенности, которые и используются на практике.

 

Прямой и обратный пьезоэлектрический эффект

Известно, что звук слышимого диапазона можно воспроизвести обычным электродинамическим громкоговорителем, который превращает электрические колебания в механические. Уловить звук слышимого диапазона можно с помощью электродинамического микрофона, который превращает механические колебания в электрические. Однако эти приборы не годятся для УЗ колебаний, так как подвижная часть этих приборов обладает очень большой инерцией и не сможет колебаться с частотой УЗ. Значит, для улавливания и излучения УЗ нужно использовать другое техническое решение. Такое решение существует. В его основе лежит такое физическое явление, как пьезоэлектрический эффект. Он основан на свойстве некоторых монокристаллов создавать на своих гранях электрические заряды при их деформации внешней силой (прямой пьезоэлектрический эффект); а также деформироваться при приложении к их граням электрического напряжения (обратный пьезоэлектрический эффект). К таким кристаллам относится монокристалл кварца. Он представляет собой окись кремния

(Si O₂). Если такой кристалл сжимать или растягивать вдоль его определённой оси, то на его гранях появляются электрические заряды. Их полярность, т.е. положение плюса и минуса зависит от того, сжимается кристалл или растягивается. При этом величина этих электрических зарядов пропорциональна величине механического усилия. Это и есть прямой пьезоэлектрический эффект.

Ниже приведён шуточный рисунок, иллюстрирующий это явление.

 

При сжатии кристалла на его гранях появляется электрическое напряжение.