Protección contra ultrasonidos e infrasonidos. Aplicación de infrasonidos y ultrasonidos Tipos de infrasonidos de ultrasonido sonoro

Ahora la acústica, como campo de la física, considera una gama más amplia de vibraciones elásticas, desde las más bajas hasta las extremadamente altas, hasta 1012 - 1013 Hz. Las ondas sonoras con frecuencias inferiores a 16 Hz que no son audibles para los humanos se denominan infrasonidos, las ondas sonoras con frecuencias de 20.000 Hz a 109 Hz se denominan ultrasonidos y las vibraciones con frecuencias superiores a 109 Hz se denominan hipersonidos.

Estos sonidos inaudibles han encontrado muchos usos.

Los ultrasonidos y los infrasonidos juegan un papel muy importante en el mundo de los vivos. Por ejemplo, los peces y otros animales marinos detectan con sensibilidad las ondas infrasónicas creadas por las olas de tormenta. De este modo, perciben de antemano la proximidad de una tormenta o un ciclón y se alejan nadando hacia un lugar más seguro. El infrasonido es un componente de los sonidos del bosque, el mar y la atmósfera.

Los ultrasonidos pueden ser producidos y percibidos por animales como perros, gatos, delfines, hormigas, murciélagos, etc. Los murciélagos emiten sonidos breves y agudos durante el vuelo. En su vuelo se guían por los reflejos de estos sonidos en los objetos que encuentran en el camino; incluso pueden atrapar insectos, guiados únicamente por los ecos de sus pequeñas presas. Los gatos y los perros pueden escuchar silbidos muy agudos (ultrasonidos).

INFRASONIDO (del latín infra - abajo, debajo), ondas elásticas de baja frecuencia (menos de 16 Hz) inaudibles para el oído humano. En grandes amplitudes, el infrasonido se siente como un dolor en el oído. Ocurre durante terremotos, explosiones submarinas y subterráneas, durante tormentas y huracanes, ondas de tsunami, etc. Dado que el infrasonido se absorbe mal, viaja largas distancias y puede servir como presagio de tormentas, huracanes y tsunamis.

En la corteza terrestre, se observan choques y vibraciones de frecuencias de infrasonidos provenientes de una amplia variedad de fuentes, incluidas explosiones de desprendimientos de rocas y patógenos de transporte.

El infrasonido se caracteriza por una baja absorción en diversos medios, por lo que las ondas de infrasonido en el aire, el agua y la corteza terrestre pueden propagarse a distancias muy largas. Este fenómeno tiene aplicaciones prácticas para determinar la ubicación de grandes explosiones o la posición de un arma que dispara. La propagación del infrasonido a largas distancias en el mar permite predecir un desastre natural: un tsunami. Los sonidos de las explosiones, que contienen una gran cantidad de frecuencias infrasónicas, se utilizan para estudiar las capas superiores de la atmósfera y las propiedades del medio acuático.

Una persona no escucha el infrasonido, pero lo siente; tiene un efecto destructivo en el cuerpo humano. Un alto nivel de infrasonido provoca una disfunción del aparato vestibular, predeterminando mareos y dolor de cabeza. La atención y el rendimiento disminuyen. Hay una sensación de miedo y malestar general. Existe la opinión de que los infrasonidos influyen mucho en la psique humana. Todos los mecanismos que funcionan a velocidades de rotación inferiores a 20 rps emiten infrasonidos. Cuando un automóvil circula a una velocidad superior a 100 km/h, se convierte en una fuente de infrasonidos, que se produce debido a la interrupción del flujo de aire desde su superficie. En la industria de la ingeniería mecánica, los infrasonidos se producen durante el funcionamiento de ventiladores, compresores de motores de combustión interna y motores diésel. Según los documentos reglamentarios actuales, los niveles de presión sonora en bandas de octava con frecuencias medias geométricas de 2, 4, 8, 16 Hz no deben ser más de 105 dB, y para bandas con una frecuencia de 32 Hz no más de 102 dB. Debido a su gran longitud, el infrasonido viaja largas distancias en la atmósfera. Es casi imposible detener el infrasonido mediante la construcción de estructuras a lo largo del camino de su propagación. El equipo de protección personal también es ineficaz. Un medio eficaz de protección es reducir el nivel de infrasonido en el origen de su formación. Entre estas medidas se pueden distinguir las siguientes: - aumentar la velocidad de rotación del eje a 20 o más revoluciones por segundo; - aumentar la rigidez de grandes estructuras oscilantes; - eliminación de vibraciones de baja frecuencia: - realizar cambios de diseño en la estructura de las fuentes, que permitan la transición de la región de vibraciones infrasónicas a la región de vibraciones sonoras; en este caso, su reducción se puede conseguir mediante el uso de aislamiento acústico y absorción acústica.

Principales fuentes de ondas infrasónicas.

El desarrollo de la producción industrial y el transporte ha provocado un aumento significativo de las fuentes de infrasonido en el medio ambiente y un aumento de la intensidad del nivel de infrasonido.

En la tabla se muestran las principales fuentes artificiales de vibraciones infrasónicas en las ciudades.

Fuente de infrasonido Frecuencia característica

rango de infrasonidos niveles de infrasonidos

Transporte por carretera Todo el espectro del rango de infrasonidos Fuera de 70-90 dB, dentro hasta 120 dB

Transporte ferroviario y tranvías 10-16 Hz Interior y exterior 85 a 120 dB

Instalaciones industriales de acción aerodinámica y de impacto 8-12 Hz Hasta 90-105 dB

Ventilación de instalaciones y locales industriales, igual que en el metro 3-20 Hz Hasta 75-95 dB

Avión a reacción Aproximadamente 20 Hz En exteriores hasta 130 dB

El ultrasonido son ondas elásticas de alta frecuencia, a las que se dedican secciones especiales de ciencia y tecnología. Normalmente, se considera que el rango de ultrasonidos es un rango de frecuencia de 20.000 a varios miles de millones de hercios. Aunque los científicos conocen la existencia del ultrasonido desde hace mucho tiempo, su uso práctico en la ciencia, la tecnología y la industria comenzó hace relativamente poco tiempo.

El oído humano no puede percibir los ultrasonidos, sin embargo, algunos animales, como los murciélagos, pueden percibir y producir ultrasonidos. Los roedores, gatos, perros, ballenas y delfines perciben parcialmente los ultrasonidos. Las vibraciones ultrasónicas se producen durante el funcionamiento de motores de automóviles, máquinas herramienta y motores de cohetes. En la práctica, para producir ultrasonidos se suelen utilizar generadores de ultrasonidos electromecánicos, cuya acción se basa en la capacidad de ciertos materiales de cambiar sus dimensiones bajo la influencia de un campo magnético (generadores magnetoestrictivos) o eléctrico (generadores piezoeléctricos), mientras emiten. sonidos de alta frecuencia. Debido a su alta frecuencia (longitud de onda corta), el ultrasonido tiene propiedades especiales.

Es fuertemente absorbido por los gases y débilmente por los líquidos. En un líquido bajo la influencia de los ultrasonidos, se forman huecos en forma de pequeñas burbujas con un breve aumento de la presión en su interior. Además, las ondas ultrasónicas aceleran los procesos de difusión (interpenetración de dos medios entre sí). Afecta significativamente la solubilidad de la sustancia y, en general, el curso de las reacciones químicas. Estas propiedades del ultrasonido y las peculiaridades de su interacción con el medio ambiente determinan su amplio uso técnico y médico.

Por primera vez, la idea del uso práctico del ultrasonido surgió, como se sabe, en la primera mitad del siglo pasado en relación con el desarrollo de métodos e instrumentos para detectar diversos objetos en las profundidades del mar. : submarinos, arrecifes, partes submarinas de icebergs, etc. Esto se debió principalmente al hundimiento del Titanic en 1912 y al inicio de la participación de submarinos en operaciones militares durante la Primera Guerra Mundial.

Las vibraciones ultrasónicas de baja frecuencia se propagan bien en el aire. El efecto biológico de su influencia en el organismo depende de la intensidad, la duración de la exposición y el tamaño de la superficie corporal expuesta a los ultrasonidos. La influencia sistemática a largo plazo de los ultrasonidos que se propagan en el aire provoca trastornos funcionales de los sistemas nervioso, cardiovascular y endocrino, así como de los analizadores auditivos y vestibulares. En quienes trabajan con máquinas de ultrasonido se observa astenia severa, hipotensión vascular y disminución de la actividad eléctrica del corazón y el cerebro. Los cambios en el sistema nervioso central en la fase inicial se manifiestan por una violación de las funciones reflejas del cerebro (sensación de miedo en la oscuridad, en un espacio reducido, ataques repentinos con aumento del ritmo cardíaco, sudoración excesiva, calambres en el estómago). , intestinos, vesícula biliar). Los síntomas más típicos son la distonía vegetativa-vascular con quejas de fatiga intensa, dolores de cabeza y sensación de presión en la cabeza, dificultad para concentrarse, inhibición del proceso de pensamiento e insomnio.

El efecto de contacto de la ecografía de alta frecuencia en las manos provoca una alteración de la circulación sanguínea capilar en las manos, una disminución de la sensibilidad al dolor, es decir, se desarrollan trastornos neurológicos periféricos. Se ha establecido que las vibraciones ultrasónicas pueden provocar cambios en la estructura ósea con una disminución de la densidad ósea.

Vibraciones industriales.

Conceptos básicos y definiciones. El efecto de la vibración en el cuerpo humano. Principios de regulación de vibraciones en producción.

2.1 Alcance y disposiciones generales vibración

La medición y evaluación higiénica de las vibraciones, así como las medidas preventivas, deben realizarse de acuerdo con la directriz 2.2.4/2.1.8-96 “Evaluación higiénica de los factores físicos de producción y el medio ambiente” (bajo aprobación).

Con la aprobación de estas normas sanitarias, “Normas y reglas sanitarias para el trabajo con máquinas y equipos que crean vibraciones locales transmitidas a las manos de los trabajadores” No. 3041-84, “Normas sanitarias para vibraciones en los lugares de trabajo” No. 3044-84, "Las normas sanitarias para las vibraciones permitidas" dejan de ser válidas en los edificios residenciales" No. 1304-75.

2.2 Términos y definiciones

El nivel máximo permitido de vibración (MAL) es el nivel de un factor que, durante el trabajo diario (excepto los fines de semana), pero no más de 40 horas a la semana durante todo el período de trabajo, no debe causar enfermedades o problemas de salud detectados por la investigación moderna. métodos en el proceso de trabajo o en el largo plazo de la vida de las generaciones presentes y posteriores. El cumplimiento de los límites de vibración no excluye problemas de salud en personas hipersensibles.

El nivel de vibración permitido en edificios residenciales y públicos es el nivel del factor que no causa preocupaciones significativas en los humanos y no causa cambios significativos en los indicadores del estado funcional de los sistemas y analizadores sensibles a las vibraciones.

El nivel de vibración corregido es una característica de vibración uninumérica, determinada como resultado de la suma de energía de los niveles de vibración en bandas de frecuencia de octava, teniendo en cuenta las correcciones de octava.

Un nivel equivalente (energía) corregido de vibración variable en el tiempo es un nivel ajustado de vibración constante en el tiempo que tiene el mismo valor RMS ajustado de aceleración de vibración y/o velocidad de vibración que la vibración no constante dada durante un cierto intervalo de tiempo.

2.3 Clasificación de las vibraciones que afectan a los humanos.

Según el método de transmisión al hombre, se distinguen:

Vibración general transmitida a través de superficies de apoyo al cuerpo de una persona sentada o de pie;

Vibración local transmitida a través de manos humanas.

Nota. La vibración transmitida a las piernas de una persona sentada y a los antebrazos en contacto con las superficies vibratorias de las mesas de trabajo se denomina vibración local.

Según la fuente de vibraciones, se distinguen:

Vibración local transmitida a una persona desde herramientas eléctricas portátiles (con motores), controles manuales de máquinas y equipos;

Vibración local transmitida a una persona desde herramientas manuales no mecanizadas (sin motor), por ejemplo, martillos enderezadores de varios modelos y piezas de trabajo;

Vibraciones generales de categoría 1: vibraciones de transporte que afectan a una persona en el lugar de trabajo de máquinas autopropulsadas y remolcadas, vehículos cuando se desplazan por terrenos, zonas agrícolas y carreteras (incluso durante su construcción). Las fuentes de vibraciones del transporte incluyen: tractores agrícolas e industriales, máquinas agrícolas autopropulsadas (incluidas las cosechadoras); camiones (incluidos tractores, traíllas, motoniveladoras, rodillos, etc.); quitanieves, transporte ferroviario minero autopropulsado;

Vibración general de categoría 2: vibraciones de transporte y tecnológicas que afectan a una persona en el lugar de trabajo de máquinas que se mueven sobre superficies especialmente preparadas de instalaciones de producción, sitios industriales y explotaciones mineras. Las fuentes de transporte y vibración tecnológica incluyen: excavadoras (incluidas las rotativas), grúas industriales y de construcción, máquinas para cargar hornos de hogar abierto en la producción metalúrgica; cosechadoras mineras, máquinas de carga de minas, carros de perforación autopropulsados; máquinas sobre orugas, adoquines de hormigón, vehículos de producción montados en el suelo;

Vibración general de categoría 3: vibración tecnológica que afecta a las personas en los lugares de trabajo de máquinas estacionarias o se transmite a lugares de trabajo que no tienen fuentes de vibración. Las fuentes de vibración tecnológica incluyen: máquinas para trabajar metales y madera, equipos de forja, máquinas de fundición, máquinas eléctricas, instalaciones eléctricas estacionarias, unidades de bombeo y ventiladores, equipos para perforar pozos, plataformas de perforación, máquinas para la ganadería, limpieza y clasificación de granos (incluidas las secadoras). ), equipos para la industria de materiales de construcción (excepto adoquines de hormigón), instalaciones para la industria química y petroquímica, etc.

a) en los lugares de trabajo permanentes de las instalaciones industriales de las empresas;

b) en lugares de trabajo en almacenes, comedores, cuartos de servicio, salas de servicio y otros locales industriales donde no existan máquinas que generen vibraciones;

c) en los lugares de trabajo en las instalaciones de dirección de plantas, oficinas de diseño, laboratorios, centros de formación, centros de informática, centros de salud, locales de oficinas, salas de trabajo y otros locales para trabajadores mentales;

Vibraciones generales en locales residenciales y edificios públicos procedentes de fuentes externas: transporte ferroviario urbano (líneas de metro poco profundas y abiertas, tranvías, transporte ferroviario) y vehículos; empresas industriales e instalaciones industriales móviles (al operar prensas hidráulicas y mecánicas, cepilladoras, cortadoras y otros mecanismos para trabajar metales, compresores de pistón, hormigoneras, trituradoras, máquinas de construcción, etc.);

Vibraciones generales en locales residenciales y edificios públicos de fuentes internas: equipos técnicos y de ingeniería de edificios y electrodomésticos (ascensores, sistemas de ventilación, bombas, aspiradoras, refrigeradores, lavadoras, etc.), así como establecimientos minoristas incorporados ( equipos de refrigeración), empresas de servicios públicos, salas de calderas, etc.

Según la naturaleza del espectro de vibraciones, se distinguen los siguientes:

Vibraciones de banda estrecha, en las que los parámetros controlados en una banda de frecuencia de 1/3 de octava son más de 15 dB más altos que los valores en las bandas adyacentes de 1/3 de octava;

Vibraciones de banda ancha: con un espectro continuo de más de una octava de ancho.

Según la composición frecuencial de las vibraciones, se dividen en:

Vibraciones de baja frecuencia (con predominio de niveles máximos en bandas de frecuencia de octava de 1 a 4 Hz para vibraciones generales, 8 a 16 Hz para vibraciones locales);

Vibraciones de frecuencia media (8-16 Hz - para vibraciones generales, 31,5-63 Hz - para vibraciones locales);

Vibraciones de alta frecuencia (31,5-63 Hz - para vibraciones generales, 125-1000 Hz - para vibraciones locales).

Según las características temporales de las vibraciones, se dividen en:

Vibraciones constantes, para las cuales el valor de los parámetros normalizados no cambia más de 2 veces (en 6 dB) durante el período de observación;

Vibraciones no constantes, para las cuales el valor de los parámetros estandarizados cambia al menos 2 veces (en 6 dB) durante un tiempo de observación de al menos 10 minutos cuando se miden con una constante de tiempo de 1 s, incluyendo:

a) vibraciones que fluctúan en el tiempo, para las cuales el valor de los parámetros estandarizados cambia continuamente con el tiempo;

b) vibraciones intermitentes, cuando se interrumpe el contacto humano con la vibración y la duración de los intervalos durante los cuales se produce el contacto es superior a 1 s;

c) vibraciones pulsadas, que consisten en uno o más impactos vibratorios (por ejemplo, impactos), cada uno de los cuales dura menos de 1 s.

2.4 Valores máximos permitidos de parámetros estandarizados

Los valores máximos permitidos de los parámetros estandarizados de vibración local industrial con una duración de exposición a la vibración de 480 minutos (8 horas) se dan en la tabla. 1.

tabla 1

*Valores máximos permitidos en los ejes

Frecuencias medias geométricas de bandas de octava, Hz vibración aceleración vibración velocidad

m/s dB m/s 10 dB

8 1,4 123 2,8 115

16 1,4 123 1,4 109

31,5 2,8 129 1,4 109

63 5,6 135 1,4 109

125 11,0 141 1,4 109

250 22,0 147 1,4 109

500 45,0 153 1,4 109

1000 89,0 159 1,4 109

Valores ajustados y equivalentes ajustados y sus niveles 2,0 126 2,0 112

* No se permite trabajar en condiciones de vibración con niveles que superen estas normas sanitarias en más de 12 dB (4 veces) según evaluación integral o en cualquier banda de octava.

Seguridad ELECTRICA.

El efecto de la corriente en el cuerpo humano. Lesiones eléctricas y su clasificación..

Tipos de descarga eléctrica.

Pasando por un organismo vivo. La corriente produce el efecto:

1. Térmico: en quemaduras de determinadas zonas, calentamiento de vasos sanguíneos, sangre y nervios.

2. Electrolítico: descomposición de sangre y otros líquidos orgánicos.

3. Biológico: irritación y excitación de los tejidos vivos del cuerpo, que se acompaña de contracciones convulsivas involuntarias de los músculos, incluidos los músculos del corazón y los pulmones.

Como resultado de todo esto, pueden ocurrir diversas alteraciones en el cuerpo, hasta una parada completa del corazón y los pulmones.

Todo esto conduce a dos derrotas: lesiones eléctricas y descargas eléctricas.

La lesión eléctrica es un daño local claramente definido a los tejidos del cuerpo causado por la exposición a la electricidad. corriente o arco. Suele afectar a la piel, ligamentos y huesos. En la mayoría de los casos, correo electrónico. Las lesiones se curan total o parcialmente. En algunos casos, puede ocurrir la muerte.

Se distinguen los siguientes correos electrónicos: lesiones: el. quemar, el. marcas, metalización de la piel y daños mecánicos.

Correo electrónico La quemadura es la causa eléctrica más común. lesión.

Hay dos tipos de quemaduras: corriente y arco.

La quemadura eléctrica ocurre cuando la corriente pasa a través del cuerpo y se observan quemaduras.

Una quemadura por arco es el resultado de la exposición del cuerpo a la electricidad. arco, aquí se observan altas temperaturas, hasta 3500.

Correo electrónico Señales (marcas en la carrocería de color gris) durante el paso de la electricidad. actual

Metalización de la piel: penetración en la piel de pequeñas partículas de metal, electricidad fundida. arco.

Correo electrónico El shock es la excitación de los tejidos vivos durante el paso de la electricidad. actual Hay cuatro de ellos según su gravedad:

La muerte clínica (imaginaria) es un período de transición de la vida a la muerte, que ocurre desde el momento en que el corazón y los pulmones dejan de funcionar. Una persona en estado de muerte clínica carece de todos los signos de vida. Sin embargo, el cuerpo aún no ha muerto, los procesos metabólicos continúan.

Causa de muerte por electricidad. corriente: cese del trabajo del corazón, los pulmones, la electricidad. choque.

La fibrilación son contracciones cardíacas rápidas y caóticas.

En función de las consecuencias que se produzcan, las descargas eléctricas se dividen en cuatro grados:

I - contracción muscular convulsiva sin pérdida del conocimiento;

II - contracción muscular convulsiva con pérdida del conocimiento, pero con conservación de la respiración y la función cardíaca;

III - pérdida del conocimiento y alteración de la actividad cardíaca o respiratoria (o ambas);

IV - estado de muerte clínica.

Los principales factores que influyen en el resultado de una descarga eléctrica.

La cantidad de corriente que pasa a través de una persona es el factor principal que determina el resultado de la lesión. Una persona comienza a sentir el paso de una corriente alterna de frecuencia industrial (50 Hz) de 0,6 a 1,5 mA y una corriente continua de 5 a 7 mA; estos son los llamados umbrales de sensación de corriente. Las grandes corrientes provocan convulsiones en los humanos.

A 10-15 mA, el dolor se vuelve apenas soportable y las convulsiones son tales que la persona no puede superarlas.

El resultado de la lesión está muy influenciado por la resistencia del cuerpo humano. La resistencia más alta (3...20 kOhm) se encuentra en la capa superior de la piel (0,2 mm), formada por células muertas queratinizadas, mientras que la resistencia del líquido cefalorraquídeo es de 0,5...0,6 Ohm. La resistencia general del cuerpo debido a la resistencia de la capa superior de la piel es bastante alta, pero tan pronto como esta capa se daña, su valor disminuye drásticamente.

En los cálculos relacionados con la seguridad eléctrica, la resistencia del cuerpo humano se considera de 1 kOhm.

La duración del paso de la corriente a través del cuerpo humano afecta el resultado de la lesión: cuanto más larga es la corriente, mayor es la probabilidad de sufrir una lesión mortal grave.

El camino de la corriente en el cuerpo de la víctima juega un papel importante en el resultado de la lesión. Entonces, si hay órganos vitales en el camino de la corriente (el corazón, los pulmones, el cerebro), entonces el peligro de daño es muy alto.

Tipo de corriente y frecuencia La corriente continua es aproximadamente cuatro veces menos peligrosa que la corriente alterna, pero esto es cierto hasta 250-300 V. El aumento de la frecuencia conduce a un mayor peligro.

La corriente más peligrosa es el paso de la corriente a través del corazón, los pulmones y el cerebro.

El grado de daño también depende del tipo y frecuencia de la corriente. La más peligrosa es la corriente alterna con una frecuencia de 20... 1000 Hz. La corriente alterna es más peligrosa que la corriente continua con voltajes de hasta 300 V. Con voltajes más altos, corriente continua.

Seguridad ELECTRICA.

Las ondas sonoras se caracterizan por una frecuencia que oscila entre 16 Hz y 20 kHz. Ondas elásticas con frecuencia v.< 16 Гц называются infrasonido, y con una frecuencia v>20 kHz - ultrasonido(Figura 56).

Infrasonido. El oído humano no puede percibir las ondas infrasonidas. A pesar de ello, son capaces de ejercer ciertos efectos fisiológicos en los humanos. Estas acciones se explican por la resonancia. Los órganos internos de nuestro cuerpo tienen frecuencias naturales bastante bajas: la cavidad abdominal y el pecho - 5-8 Hz, la cabeza - 20-30 Hz. La frecuencia de resonancia promedio para todo el cuerpo es de 6 Hz. Al tener frecuencias del mismo orden, las ondas infrasonidas hacen que nuestros órganos vibren y, a una intensidad muy alta, pueden provocar hemorragias internas.

Experimentos especiales han demostrado que irradiar a personas con infrasonidos suficientemente intensos puede provocar pérdida del equilibrio, náuseas, rotación involuntaria de los globos oculares, etc. Por ejemplo, a una frecuencia de 4-8 Hz una persona siente el movimiento de los órganos internos, y a una frecuencia de 4-8 Hz una persona siente el movimiento de los órganos internos. frecuencia de 12 Hz: un ataque de mareo.

Dicen que un día el físico estadounidense R. Wood (conocido entre sus colegas como un gran original y un tipo alegre) trajo al teatro un aparato especial que emitía ondas infrasónicas y, encendiéndolo, lo dirigió al escenario. Nadie escuchó ningún sonido, pero la actriz se puso histérica.

El efecto resonante de los sonidos de baja frecuencia en el cuerpo humano también explica el efecto estimulante de la música rock moderna, saturada de bajas frecuencias amplificadas repetidamente de baterías, bajos, etc.

El oído humano no percibe el infrasonido, pero algunos animales pueden oírlo. Por ejemplo, las medusas perciben con confianza ondas infrasonidas con una frecuencia de 8 a 13 Hz, que surgen durante una tormenta como resultado de la interacción de las corrientes de aire con las crestas de las olas del mar. Al llegar a las medusas, estas olas les “avisan” con antelación (¡con 15 horas de antelación!) de la proximidad de la tormenta.

Las fuentes de infrasonido pueden ser descargas de rayos, disparos, erupciones volcánicas, explosiones de bombas atómicas, terremotos, motores a reacción en funcionamiento, viento que fluye sobre las crestas de las olas del mar, etc.

El infrasonido se caracteriza por una baja absorción en diversos medios, por lo que puede propagarse a distancias muy largas. Esto permite determinar la ubicación de fuertes explosiones, la posición del arma que dispara, monitorear explosiones nucleares subterráneas, predecir tsunamis, etc.

Ultrasonido. El oído humano tampoco percibe el ultrasonido. Sin embargo, algunos animales son capaces de emitirlo y percibirlo. Por ejemplo, gracias a esto, los delfines navegan con confianza en aguas turbias. Al enviar y recibir pulsos ultrasónicos que regresan, son capaces de detectar incluso una pequeña bolita sumergida cuidadosamente en el agua a una distancia de 20 a 30 m. El ultrasonido también ayuda a los murciélagos que tienen mala vista o no pueden ver nada en absoluto. Al emitir ondas ultrasónicas (hasta 250 veces por segundo) con su audífono, pueden navegar en vuelo y atrapar presas con éxito incluso en completa oscuridad. Es curioso que algunos insectos hayan desarrollado una reacción defensiva especial en respuesta a esto: ciertas especies de polillas y escarabajos también resultaron ser capaces de percibir los ultrasonidos emitidos por los murciélagos, y al escucharlos, inmediatamente doblan sus alas, caen y congelarse en el suelo.

Algunas ballenas dentadas también utilizan señales ultrasónicas. Estas señales les permiten cazar calamares en total ausencia de luz.

También se ha establecido que las ondas ultrasónicas con una frecuencia superior a 25 kHz provocan dolor en las aves. Esto se utiliza, por ejemplo, para ahuyentar a las gaviotas de los depósitos de agua potable.

El ultrasonido se utiliza ampliamente en la ciencia y la tecnología, donde se obtiene mediante diversos dispositivos mecánicos (por ejemplo, sirenas) y electromecánicos.

Las fuentes de ultrasonido se instalan en barcos y submarinos. Al enviar pulsos cortos de ondas ultrasónicas, es posible captar sus reflejos desde el fondo o desde otros objetos. Según el tiempo de retardo de la onda reflejada, se puede calcular la distancia hasta el obstáculo. Las ecosondas y sonares utilizados en este caso permiten medir la profundidad del mar (Fig.57), resolver diversos problemas de navegación (nadar cerca de rocas, arrecifes, etc.), realizar reconocimientos de pesca (detectar bancos de peces) , y también resolver problemas militares (búsqueda de barcos enemigos submarinos, ataques con torpedos sin periscopio, etc.).

En la industria, el reflejo de los ultrasonidos en las grietas de las piezas fundidas de metal se utiliza para juzgar defectos en los productos.

Los ultrasonidos trituran sustancias líquidas y sólidas, formando diversas emulsiones y suspensiones.

Con la ayuda de ultrasonido, es posible soldar productos de aluminio, lo que no se puede hacer con otros métodos (ya que siempre hay una densa capa de película de óxido en la superficie del aluminio). La punta del soldador ultrasónico no solo se calienta, sino que también vibra a una frecuencia de aproximadamente 20 kHz, por lo que se destruye la película de óxido del aluminio.

La conversión de ultrasonidos en vibraciones eléctricas y luego en luz permite la visión del sonido. Usando la visión sonora, puedes ver objetos en agua que es opaca a la luz.

En medicina, el ultrasonido se utiliza para soldar huesos rotos, detectar tumores, realizar pruebas de diagnóstico en obstetricia, etc. El efecto biológico del ultrasonido (que provoca la muerte de microbios) permite su uso para esterilizar leche, sustancias medicinales, e instrumentos médicos.

1. ¿Qué es el infrasonido? 2. Dé ejemplos de fuentes de ondas infrasónicas. 3. ¿Qué explica el efecto fisiológico del infrasonido en los humanos? 4. ¿Qué es la ecografía? 5. Dé ejemplos del uso de ondas ultrasónicas por parte de representantes del mundo animal. 6. ¿Dónde y para qué se utilizan los infrarrojos y los ultrasonidos?

Ultrasonido:

¿Qué es la ecografía?
La influencia de la ecografía en el cuerpo humano;
Uso de ultrasonido en la industria y la economía;
Perspectivas del uso de la ecografía.

Infrasonido:

¿Qué es el infrasonido?
La influencia del infrasonido en el cuerpo humano;
Anomalías de infrasonidos;
Animales que utilizan infrasonidos;
Perspectivas del uso del infrasonido;
Conclusión

Ultrasonido

1. ¿Qué es la ecografía?

Recientemente, los procesos tecnológicos basados en el uso de energía ultrasónica se han generalizado cada vez más en la producción. El ultrasonido también ha encontrado aplicación en medicina. Debido al aumento de la potencia y de la velocidad de los distintos aparatos y máquinas, aumentan los niveles de ruido, incluso en el rango de frecuencia ultrasónica.

El ultrasonido es la vibración mecánica de un medio elástico con una frecuencia que excede el límite superior de audibilidad -20 kHz. La unidad del nivel de presión sonora es dB. La unidad de medida de la intensidad de los ultrasonidos es el vatio por centímetro cuadrado (W/s2). El oído humano no puede percibir los ultrasonidos, pero algunos animales, como los murciélagos, pueden oír y producir ultrasonidos. Lo perciben parcialmente roedores, gatos, perros, ballenas y delfines. Las vibraciones ultrasónicas se producen durante el funcionamiento de motores de automóviles, máquinas herramienta y motores de cohetes.

Debido a su alta frecuencia (longitud de onda corta), el ultrasonido tiene propiedades especiales. Así, al igual que la luz, las ondas ultrasónicas pueden formar haces estrictamente dirigidos. La reflexión y refracción de estos rayos en la frontera de dos medios obedece a las leyes de la óptica geométrica. Es fuertemente absorbido por los gases y débilmente por los líquidos. En un líquido bajo la influencia de los ultrasonidos, se forman huecos en forma de pequeñas burbujas con un breve aumento de la presión en su interior. Además, las ondas ultrasónicas aceleran los procesos de difusión.

Estas propiedades del ultrasonido y las peculiaridades de su interacción con el medio ambiente determinan su amplio uso técnico y médico. El ultrasonido se utiliza en medicina y biología para la ecolocalización, para identificar y tratar tumores y algunos defectos en los tejidos corporales, en cirugía y traumatología para cortar tejidos blandos y óseos durante diversas operaciones, para soldar huesos rotos y para destruir células (ultrasonido de alta potencia). En la terapia con ultrasonido, se utilizan oscilaciones de 800 a 900 kHz con fines terapéuticos.

2. El efecto del ultrasonido en el cuerpo humano.

El ultrasonido tiene un efecto principalmente local en el cuerpo, ya que se transmite por contacto directo con un instrumento ultrasónico, piezas de trabajo o entornos donde se excitan vibraciones ultrasónicas. Las vibraciones ultrasónicas generadas por equipos industriales ultrasónicos de baja frecuencia tienen un efecto adverso en el cuerpo humano. La exposición sistemática a largo plazo a los ultrasonidos en el aire provoca cambios en los sistemas nervioso, cardiovascular y endocrino, en los analizadores auditivos y vestibulares.

En el campo de las vibraciones ultrasónicas en los tejidos vivos, el ultrasonido tiene efectos mecánicos, térmicos y fisicoquímicos (micromasaje de células y tejidos). Al mismo tiempo, se activan los procesos metabólicos y se aumentan las propiedades inmunes del cuerpo.

3. Uso del ultrasonido en la industria y la economía.

Hoy en día, el ultrasonido se utiliza en una gran cantidad de industrias. Entre ellos: medicina, geología, industria siderúrgica, industria militar, etc. El ultrasonido se utiliza de manera extremadamente intensiva en geología; existe una ciencia especial: la geofísica.

Mediante ultrasonidos, los geofísicos encuentran depósitos de minerales valiosos y determinan la profundidad de su ubicación. En la industria de la fundición de metales, el ultrasonido se utiliza para diagnosticar el estado de la red cristalina del metal. Al “escuchar” tuberías y vigas de productos de alta calidad se obtiene una determinada señal, pero si el producto tiene algo diferente a la norma (densidad, defecto de diseño), la señal será diferente, lo que le indicará al ingeniero que es defectuoso.

Rodeado de barcos enemigos, un submarino sólo tiene una forma segura de contactar con la base: transmitir una señal en el entorno acuático. Para hacer esto, se utiliza una señal ultrasónica acondicionada especial de cierta frecuencia; es casi imposible interceptar dicho mensaje, porque Para ello, es necesario conocer su frecuencia, tiempo exacto de transmisión y “ruta”. Sin embargo, enviar una señal desde un barco también es un procedimiento complejo: es necesario tener en cuenta todas las profundidades, la temperatura del agua, etc. La base, al recibir la señal y conocer su tiempo de viaje, puede calcular la distancia hasta el barco y, como resultado, su ubicación. La flota de submarinos también utiliza pulsos ultrasónicos cortos especiales enviados por sonar directamente desde el submarino; el impulso se refleja en los objetos (rocas, otros barcos) y con su ayuda se calcula la dirección y la distancia al obstáculo (una técnica tomada de los depredadores nocturnos, los murciélagos).

Los baños ultrasónicos también se utilizan tanto para desinfectar instrumentos como para fines cosméticos: masajes de pies, manos y cara. Los humidificadores y boquillas ultrasónicos, así como los telémetros, son muy eficaces (los conocidos radares de velocidad de la policía de tránsito también utilizan pulsos ultrasónicos).

4. Perspectivas del uso de la ecografía.

En el futuro, se espera que los pulsos de ultrasonido se utilicen más ampliamente con fines cosméticos: los científicos ya están utilizando el ultrasonido para limpiar los poros, refrescar y rejuvenecer la piel envejecida: el peeling ultrasónico. Se está trabajando para crear armas ultrasónicas, así como para desarrollar sistemas de protección contra ellas. Se espera que la ecografía se utilice más ampliamente en los hogares.

Infrasonido

5. ¿Qué es el infrasonido?

El desarrollo de la tecnología y los vehículos, la mejora de los procesos y equipos tecnológicos van acompañados de un aumento de la potencia y las dimensiones de las máquinas, lo que determina la tendencia al aumento de los componentes de baja frecuencia en los espectros y la aparición del infrasonido, que es un factor relativamente nuevo y no completamente estudiado en el entorno de producción.

El infrasonido se refiere a vibraciones acústicas con una frecuencia inferior a 20 Hz. Este rango de frecuencia se encuentra por debajo del umbral de audibilidad y el oído humano no es capaz de percibir vibraciones de estas frecuencias. El infrasonido industrial se produce debido a los mismos procesos que el ruido de frecuencias audibles. La mayor intensidad de vibraciones infrasónicas la crean máquinas y mecanismos que tienen grandes superficies que realizan vibraciones mecánicas de baja frecuencia (infrasonidos de origen mecánico) o flujos turbulentos de gases y líquidos (infrasonidos de origen aerodinámico o hidrodinámico). Los niveles máximos de vibraciones acústicas de baja frecuencia procedentes de fuentes industriales y de transporte alcanzan los 100-110 dB.

6. La influencia del infrasonido en el cuerpo humano.

Los estudios sobre el efecto biológico del infrasonido en el cuerpo han demostrado que a niveles de 110 a 150 dB o más, puede causar sensaciones subjetivas desagradables y numerosos cambios reactivos en las personas, que incluyen cambios en los sistemas nervioso central, cardiovascular y respiratorio, y El analizador vestibular. Existe evidencia de que los infrasonidos causan pérdida de audición principalmente en frecuencias bajas y medias. La gravedad de estos cambios depende del nivel de intensidad del infrasonido y de la duración del factor.

El infrasonido no es en absoluto un fenómeno descubierto recientemente. De hecho, los organistas lo conocen desde hace más de 250 años. Muchas catedrales e iglesias tienen tubos de órgano tan largos que producen un sonido con una frecuencia inferior a 20 Hz, que no es perceptible para el oído humano. Pero, como han descubierto los investigadores británicos, este tipo de infrasonidos puede infundir en el público diversos sentimientos no muy agradables: melancolía, sensación de frío, ansiedad y temblores en la columna. Las personas expuestas a los infrasonidos experimentan aproximadamente las mismas sensaciones que cuando visitan lugares donde se produjeron encuentros con fantasmas.

7. Anomalías de infrasonidos

La costa norteamericana alrededor del cabo Hatteras, la península de Florida y la isla de Cuba forman un reflector gigante. Una tormenta que ocurre en el Océano Atlántico genera ondas infrasónicas que, reflejadas por este reflector, se enfocan en la zona del Triángulo de las Bermudas. Las dimensiones colosales de la estructura de enfoque sugieren la presencia de áreas donde las vibraciones infrasónicas pueden alcanzar valores significativos, lo que es la causa de los fenómenos anómalos que ocurren aquí. Como se sabe, las fuertes vibraciones infrasónicas provocan en una persona pánico, miedo y deseo de escapar de un espacio confinado. Obviamente, este comportamiento es consecuencia de una reacción "instintiva" al infrasonido desarrollada en el pasado lejano como presagio de un terremoto. Es esta reacción la que hace que la tripulación y los pasajeros abandonen el barco presa del pánico. Pueden subirse a los botes y alejarse nadando de su barco, o correr hacia la cubierta y arrojarse por la borda. Si la intensidad del infrasonido es muy alta, pueden incluso morir; si entra en resonancia con los biorritmos humanos, un infrasonido de intensidad particularmente alta puede provocar la muerte instantánea.

El infrasonido puede provocar vibraciones resonantes en los mástiles de los barcos, provocando su rotura (el impacto del infrasonido en los elementos estructurales de los aviones puede tener consecuencias similares). Las vibraciones sonoras de baja frecuencia pueden provocar la aparición de una niebla espesa ("como la leche") sobre el océano que aparece rápidamente y también desaparece rápidamente. Y finalmente, el infrasonido con una frecuencia de 5 a 7 hercios puede resonar con el péndulo de un reloj mecánico de mano que tiene el mismo período de oscilación.

Obviamente, existen estructuras de enfoque similares en otras áreas del mundo. Al parecer, el pánico provocado por las intensas vibraciones infrasónicas en una de estas estructuras sirvió como “punto de partida” del mito de la sirena...

El infrasonido puede propagarse bajo el agua y la estructura de enfoque puede formarse según la topografía del fondo. La fuente de vibraciones infrasónicas pueden ser volcanes submarinos y terremotos. Naturalmente, la forma de los reflectores “paisaje” dista mucho de ser perfecta. Por tanto, deberíamos hablar de un sistema de elementos reflectantes, específico para cada caso. Con dimensiones acordes a la longitud de onda, la estructura puede ser resonante.

8. Animales que utilizan infrasonidos.

Los científicos estadounidenses han descubierto que los tigres y los elefantes utilizan no sólo gruñidos, ronroneos o rugidos y toques de trompeta para comunicarse entre sí, sino también infrasonidos, es decir, señales sonoras de muy baja frecuencia que son inaudibles para el oído humano. Según los científicos, el infrasonido permite a los animales mantener comunicación a una distancia de hasta 8 kilómetros, ya que la propagación de las señales de infrasonido es casi insensible a las interferencias causadas por el terreno y depende poco del tiempo y de factores climáticos como la humedad del aire.

Ahora los científicos pretenden descubrir si los espectros de frecuencia de las voces de los tigres tienen características individuales que les permitan identificar a los animales. Esto facilitaría enormemente la contabilidad de su ganado.

Mientras estudiaban el comportamiento de un grupo de elefantes en el zoológico de Portland, en Oregón, un grupo de investigadores “sintieron” vibraciones inusuales en el aire. Utilizando un sofisticado sistema electrónico de detección de sonido, los investigadores descubrieron que se trata de ondas infrasónicas emitidas por elefantes. Mientras observaban elefantes en libertad en Kenia, los investigadores que utilizaron el mismo equipo registraron exactamente el mismo tipo de ondas. Los científicos han llegado a la conclusión de que los animales utilizan sonidos de baja frecuencia para comunicarse entre sí a una distancia de varios kilómetros.

Los científicos esperan en el futuro, una vez determinado el significado de las señales infrasonidas, pasar a la etapa más emocionante de los experimentos: establecer contacto con los elefantes con su ayuda.

9. Perspectivas del uso del infrasonido

Ahora los científicos están desarrollando la llamada "pistola infrasónica". Está previsto utilizar aquí ondas sonoras de baja frecuencia como “generador de pánico”. En este caso, el infrasonido es mucho más conveniente que las ondas de alta frecuencia, ya que él mismo representa una amenaza para la salud humana. Las frecuencias de nuestro sistema nervioso y corazón se encuentran en el rango de infrasonidos: 6 Hz. La emulación de estas frecuencias conduce a problemas de salud, miedos irrazonables, pánico, locura y, finalmente, la muerte.

10. Conclusión

Después de completar este trabajo: recopilar, procesar y resumir una gran cantidad de material sobre este problema, aprendimos mucho sobre la naturaleza del sonido. Sobre el peligro que puede representar para el cuerpo humano y sobre su uso generalizado en el hogar. La hipótesis más interesante para nosotros fue sobre la naturaleza del “asombro”, el asombro de la gente en el templo. Consideramos muy prometedora la investigación sobre métodos de comunicación animal y, por supuesto, el uso de infrasonidos para predecir el lugar y el momento de futuras erupciones y terremotos.

El ultrasonido es un sonido en el rango por encima del límite de audibilidad humana, es decir. con una frecuencia de onda sonora superior a 20 kHz.

El infrasonido es un sonido en el rango por debajo del límite de audibilidad humana, es decir. con una frecuencia de onda sonora inferior a 20 Hz.

Ultrasonido, infrasonido y humanos.

El grado de gravedad de los cambios depende de la intensidad y duración de la exposición a los ultrasonidos y aumenta en presencia de ruidos de alta frecuencia en el espectro, mientras que se suma una pérdida auditiva pronunciada. Si el contacto con la ecografía continúa, estos trastornos se vuelven más persistentes.

Bajo la influencia de la ecografía local, se producen fenómenos de polineuritis vegetativa de las manos (con menos frecuencia de las piernas) de diversos grados de gravedad, hasta el desarrollo de paresia de las manos y antebrazos y disfunción vegetativo-vascular.

La naturaleza de los cambios que ocurren en el cuerpo bajo la influencia del ultrasonido depende de la dosis de exposición.

Pequeñas dosis (nivel de sonido 80-90 dB) dan un efecto estimulante: micromasaje, aceleración de los procesos metabólicos. Grandes dosis (niveles de sonido de 120 dB o más) tienen un efecto perjudicial.

La base para prevenir los efectos adversos de los ultrasonidos en las personas que dan servicio a las instalaciones ultrasónicas es la regulación higiénica.

De acuerdo con GOST 12.1.01-89 "Ultrasonido. Requisitos generales de seguridad", "Normas y reglas sanitarias para trabajar en instalaciones ultrasónicas industriales" (No. 1733-77), los niveles de presión sonora en la región de alta frecuencia de los sonidos audibles y los ultrasonidos en los lugares de trabajo son limitados (de 80 a 110 dB en frecuencias medias geométricas de bandas de un tercio de octava de 12,5 a 100 kHz).

El ultrasonido transmitido por contacto está regulado por las “Normas y reglas sanitarias para el trabajo con equipos que generan ultrasonidos transmitidos por contacto con las manos de los trabajadores” No. 2282-80.

Las medidas para prevenir los efectos adversos de los ultrasonidos en el cuerpo de los operadores de instalaciones tecnológicas y del personal de las salas de tratamiento y diagnóstico consisten principalmente en la realización de medidas de carácter técnico. Entre ellas se incluyen la creación de equipos de ultrasonido automatizados y controlados a distancia; utilizar equipos de baja potencia siempre que sea posible, lo que ayuda a reducir la intensidad del ruido y los ultrasonidos en el lugar de trabajo entre 20 y 40 dB; colocación de equipos en salas insonorizadas o salas controladas a distancia; equipos de dispositivos de insonorización, carcasas, mamparas de chapa de acero o duraluminio, recubiertas de caucho, masillas antiruido y otros materiales.

Al diseñar instalaciones ultrasónicas, es aconsejable utilizar frecuencias de funcionamiento más alejadas del rango audible, no inferiores a 22 kHz.

Para eliminar la exposición a los ultrasonidos en contacto con medios líquidos y sólidos, es necesario instalar un sistema que apague automáticamente los transductores ultrasónicos durante las operaciones en las que es posible el contacto (por ejemplo, carga y descarga de materiales). Para proteger las manos de la acción de contacto del ultrasonido, se recomienda utilizar una herramienta de trabajo especial con un mango aislante de vibraciones.

Si, por motivos de producción, es imposible reducir el nivel de ruido y la intensidad de los ultrasonidos a valores aceptables, es necesario utilizar equipo de protección personal: protección acústica, guantes de goma con forro de algodón, etc.

El desarrollo de la tecnología y los vehículos, la mejora de los procesos y equipos tecnológicos van acompañados de un aumento de la potencia y las dimensiones de las máquinas, lo que determina la tendencia al aumento de los componentes de baja frecuencia en los espectros y la aparición del infrasonido, que es relativamente factor nuevo, no completamente estudiado, en el entorno de producción.

¡Infrasonido es el nombre que se le da a las vibraciones acústicas que ocurren con frecuencia! por debajo de 20 Hz. Este rango de frecuencia se encuentra por debajo del umbral de audibilidad y el oído humano no es capaz de percibir vibraciones de estas frecuencias.

El infrasonido industrial se produce debido a los mismos procesos que el ruido de frecuencias audibles. La mayor intensidad de vibraciones infrasónicas la crean máquinas y mecanismos que tienen grandes superficies que realizan vibraciones mecánicas de baja frecuencia (infrasonidos de origen mecánico) o flujos turbulentos de gases y líquidos (infrasonidos de origen aerodinámico o hidrodinámico).

Los niveles máximos de vibraciones acústicas de baja frecuencia procedentes de fuentes industriales y de transporte alcanzan los 100-110 dB.

Los estudios sobre los efectos biológicos del infrasonido en el cuerpo han demostrado que a niveles de 110 a 150 dB o más, puede causar sensaciones subjetivas desagradables y numerosos cambios reactivos en las personas, que incluyen cambios en los sistemas nervioso central, cardiovascular y respiratorio, y El analizador vestibular. Existe evidencia de que los infrasonidos causan pérdida de audición principalmente en frecuencias bajas y medias. La gravedad de estos cambios depende del nivel de intensidad del infrasonido y de la duración del factor.

De acuerdo con las Normas de Higiene para Infrasonidos en los Lugares de Trabajo (Nº 2274-80), según la naturaleza del espectro, los infrasonidos se dividen en banda ancha y armónicos. La naturaleza armónica del espectro se establece en bandas de frecuencia de octava por el exceso del nivel en una banda sobre las vecinas en al menos 10 dB.

Según sus características temporales, el infrasonido se divide en constante y no constante.

Las características normalizadas del infrasonido en los lugares de trabajo son los niveles de presión sonora en decibelios en bandas de frecuencia de octava con frecuencias medias geométricas de 2, 4, 8, 16 Hz.

Los niveles de presión sonora aceptables son 105 dB en las bandas de octava de 2, 4, 8, 16 Hz y 102 dB en la banda de octava de 31,5 Hz. En este caso, el nivel de presión sonora total no debe exceder los 110 dB Lin.

Para infrasonidos no constantes, la característica normalizada es el nivel de presión sonora general.

El medio más eficaz y prácticamente el único para combatir los infrasonidos es reducirlos en su origen. Al elegir diseños, se debe dar preferencia a máquinas de pequeño tamaño y alta rigidez, ya que en estructuras con superficies planas de gran superficie y baja rigidez se crean las condiciones para la generación de infrasonidos. La lucha contra los infrasonidos en su origen debe llevarse a cabo en la dirección de cambiar el modo de funcionamiento de los equipos tecnológicos, aumentando su velocidad (por ejemplo, aumentando el número de carreras de trabajo de las máquinas de forja y prensado, de modo que la frecuencia principal de los pulsos de potencia se encuentra fuera del alcance del infrasonido).

Es necesario tomar medidas para reducir la intensidad de los procesos aerodinámicos: limitar la velocidad de los vehículos, reducir los caudales de líquidos (motores de aviones y cohetes, motores de combustión interna, sistemas de descarga de vapor de centrales térmicas, etc.).

En la lucha contra los infrasonidos a lo largo de las vías de propagación, los bloqueadores de interferencias tienen un cierto efecto, normalmente en presencia de componentes discretos en el espectro de infrasonidos.

La reciente fundamentación teórica del desarrollo de procesos no lineales en absorbentes de tipo resonante abre caminos reales para diseñar paneles y carcasas fonoabsorbentes que sean eficaces en la región de baja frecuencia.

Como equipo de protección personal, se recomienda utilizar auriculares y tapones para los oídos que protejan el oído de los efectos adversos del ruido que lo acompaña.

Las medidas preventivas organizativas deben incluir el cumplimiento del horario de trabajo y descanso y la prohibición de realizar horas extraordinarias. Cuando se esté en contacto con ultrasonidos durante más del 50% del tiempo de trabajo, se recomiendan descansos de 15 minutos cada 1,5 horas de trabajo. Se logra un efecto significativo mediante un complejo de procedimientos fisioterapéuticos: masajes, irradiación UT, procedimientos con agua, vitaminación, etc.

Sonar para delfines.

El hecho de que los delfines tengan una audición inusualmente desarrollada se sabe desde hace décadas. El volumen de las partes del cerebro que controlan las funciones auditivas es decenas (!) veces mayor que en los humanos (a pesar de que el volumen total del cerebro es aproximadamente el mismo). El delfín es capaz de percibir frecuencias de vibraciones sonoras 10 veces mayores (hasta 150 kHz) que los humanos (hasta 15-18 kHz) y escucha sonidos cuya potencia es de 10 a 30 veces menor que la de los sonidos accesibles al oído humano. como Por muy buena que sea la visión de un delfín, sus capacidades son limitadas debido a la baja transparencia del agua. Por tanto, el delfín recibe información básica sobre su entorno a través del oído. Al mismo tiempo, utiliza la localización activa: escucha el eco que se produce cuando los sonidos que emite se reflejan en los objetos circundantes. El eco le proporciona información precisa no sólo sobre la posición de los objetos, sino también sobre su tamaño, forma y material. En otras palabras, el oído permite al delfín percibir el mundo que lo rodea no peor ni mejor que la visión.

1. Emisores y receptores de ultrasonidos.

2. Absorción de ultrasonidos en una sustancia. Flujos acústicos y cavitación.

3. Reflexión del ultrasonido. Visión sonora.

4. Efecto biofísico de los ultrasonidos.

5. Uso de la ecografía en medicina: terapia, cirugía, diagnóstico.

6. Infrasonidos y sus fuentes.

7. Impacto del infrasonido en el ser humano. Uso de infrasonidos en medicina.

8. Conceptos y fórmulas básicos. Mesas.

9. Tareas.

Ultrasonido - vibraciones y ondas elásticas con frecuencias desde aproximadamente 20x10 3 Hz (20 kHz) hasta 10 9 Hz (1 GHz). El rango de frecuencia de ultrasonido de 1 a 1000 GHz se denomina comúnmente hipersonido. Las frecuencias ultrasónicas se dividen en tres rangos:

ULF - ultrasonido de baja frecuencia (20-100 kHz);

USCh: ultrasonido de frecuencia media (0,1-10 MHz);

UHF: ultrasonido de alta frecuencia (10-1000 MHz).

Cada gama tiene sus propias características de uso médico.

5.1. Emisores y receptores de ultrasonidos

Electromecánico emisores Y receptores de ultrasonido Utilice el fenómeno del efecto piezoeléctrico, cuya esencia se ilustra en la Fig. 5.1.

Los dieléctricos cristalinos como el cuarzo, la sal de Rochelle, etc. tienen propiedades piezoeléctricas pronunciadas.

Emisores de ultrasonidos

Electromecánico Emisor de ultrasonidos utiliza el fenómeno del efecto piezoeléctrico inverso y consta de los siguientes elementos (Fig. 5.2):

Arroz. 5.1. A - efecto piezoeléctrico directo: la compresión y el estiramiento de la placa piezoeléctrica conducen a la aparición de una diferencia de potencial del signo correspondiente;

b - efecto piezoeléctrico inverso: Dependiendo del signo de la diferencia de potencial aplicada a la placa piezoeléctrica, ésta se comprime o se estira.

Arroz. 5.2. Emisor ultrasónico

1 - placas hechas de una sustancia con propiedades piezoeléctricas;

2 - electrodos depositados sobre su superficie en forma de capas conductoras;

3 - un generador que suministra tensión alterna de la frecuencia requerida a los electrodos.

Cuando se aplica voltaje alterno a los electrodos (2) desde el generador (3), la placa (1) experimenta estiramiento y compresión periódicos. Se producen oscilaciones forzadas, cuya frecuencia es igual a la frecuencia de los cambios de voltaje. Estas vibraciones se transmiten a las partículas del entorno, creando una onda mecánica con la frecuencia correspondiente. La amplitud de oscilaciones de las partículas del medio cerca del emisor es igual a la amplitud de oscilaciones de la placa.

Las características del ultrasonido incluyen la posibilidad de obtener ondas de alta intensidad incluso con amplitudes de vibración relativamente pequeñas, ya que a una amplitud dada la densidad

Arroz. 5.3. Enfoque de un haz ultrasónico en agua con una lente de plexiglás plano-cóncava (frecuencia de ultrasonido 8 MHz)

el flujo de energía es proporcional frecuencia al cuadrado(ver fórmula 2.6). La intensidad máxima de la radiación ultrasónica está determinada por las propiedades del material de los emisores, así como por las características de las condiciones de su uso. El rango de intensidad para la generación estadounidense en la región del USF es extremadamente amplio: de 10 a 14 W/cm 2 a 0,1 W/cm 2 .

Para muchos propósitos, se requieren intensidades significativamente mayores que las que se pueden obtener de la superficie del emisor. En estos casos, puedes utilizar el enfoque. La Figura 5.3 muestra el enfoque del ultrasonido utilizando una lente de plexiglás. por conseguir muy grande Las intensidades de ultrasonido utilizan métodos de enfoque más complejos. Así, en el foco de un paraboloide, cuyas paredes internas están hechas de un mosaico de placas de cuarzo o piezocerámicas de titanita de bario, a una frecuencia de 0,5 MHz es posible obtener intensidades de ultrasonido de hasta 10 5 W/cm 2 en agua.

Receptores de ultrasonido

Electromecánico Receptores de ultrasonido(Fig. 5.4) utilizan el fenómeno del efecto piezoeléctrico directo. En este caso, bajo la influencia de una onda ultrasónica, se producen vibraciones de la placa de cristal (1),

Arroz. 5.4. Receptor de ultrasonido

como resultado de lo cual aparece un voltaje alterno en los electrodos (2), que es registrado por el sistema de registro (3).

En la mayoría de los dispositivos médicos, también se utiliza como receptor un generador de ondas ultrasónicas.

5.2. Absorción de ultrasonidos en una sustancia. Flujos acústicos y cavitación.

En cuanto a su esencia física, el ultrasonido no se diferencia del sonido y es una onda mecánica. A medida que se propaga, se forman áreas alternas de condensación y rarefacción de partículas del medio. La velocidad de propagación del ultrasonido y del sonido en los medios es la misma (en el aire ~ 340 m/s, en agua y tejidos blandos ~ 1500 m/s). Sin embargo, la alta intensidad y la corta longitud de las ondas ultrasónicas dan lugar a una serie de características específicas.

Cuando el ultrasonido se propaga en una sustancia, se produce una transición irreversible de la energía de la onda sonora a otros tipos de energía, principalmente al calor. Este fenómeno se llama absorción del sonido. La disminución de la amplitud de las vibraciones de las partículas y la intensidad de los ultrasonidos debido a la absorción es exponencial:

donde A, A 0 son las amplitudes de vibraciones de las partículas del medio en la superficie de la sustancia y a una profundidad h; I, I 0 - intensidades correspondientes de la onda ultrasónica; α - coeficiente de absorción, dependiendo de la frecuencia de la onda ultrasónica, la temperatura y las propiedades del medio.

Coeficiente de absorción - el recíproco de la distancia a la que la amplitud de la onda sonora disminuye en un factor de “e”.

Cuanto mayor sea el coeficiente de absorción, con mayor fuerza absorberá el medio los ultrasonidos.

El coeficiente de absorción (α) aumenta al aumentar la frecuencia del ultrasonido. Por tanto, la atenuación del ultrasonido en un medio es muchas veces mayor que la atenuación del sonido audible.

Junto con coeficiente de absorción, La absorción de ultrasonidos también se utiliza como característica. profundidad de media absorción(H), que está relacionada con él por una relación inversa (H = 0,347/α).

Profundidad de media absorción(H) es la profundidad a la que la intensidad de la onda ultrasónica se reduce a la mitad.

Los valores del coeficiente de absorción y la profundidad de media absorción en varios tejidos se presentan en la tabla. 5.1.

En los gases y, en particular, en el aire, los ultrasonidos se propagan con una elevada atenuación. Los líquidos y sólidos (especialmente los monocristales) son, por regla general, buenos conductores de ultrasonido y la atenuación en ellos es mucho menor. Por ejemplo, en el agua, la atenuación del ultrasonido, en igualdad de condiciones, es aproximadamente 1000 veces menor que en el aire. Por tanto, los ámbitos de uso de la frecuencia ultrasónica y la frecuencia ultrasónica se refieren casi exclusivamente a líquidos y sólidos, y en aire y gases sólo se utiliza la frecuencia ultrasónica.

Liberación de calor y reacciones químicas.

La absorción de ultrasonidos por una sustancia va acompañada de la transición de energía mecánica a energía interna de la sustancia, lo que conduce a su calentamiento. El calentamiento más intenso ocurre en áreas adyacentes a las interfaces, cuando el coeficiente de reflexión es cercano a la unidad (100%). Esto se debe al hecho de que, como resultado de la reflexión, la intensidad de la onda cerca del límite aumenta y, en consecuencia, aumenta la cantidad de energía absorbida. Esto se puede verificar experimentalmente. Debe colocar el emisor de ultrasonidos en su mano mojada. Pronto, aparece una sensación (similar al dolor de una quemadura) en el lado opuesto de la palma, causada por el ultrasonido reflejado desde la interfaz piel-aire.

Los tejidos con una estructura compleja (pulmones) son más sensibles al calentamiento por ultrasonidos que los tejidos homogéneos (hígado). Se genera relativamente mucho calor en la interfaz entre el tejido blando y el hueso.

El calentamiento local de los tejidos en una fracción de grado promueve la actividad vital de los objetos biológicos y aumenta la intensidad de los procesos metabólicos. Sin embargo, la exposición prolongada puede provocar sobrecalentamiento.

En algunos casos, se utiliza ultrasonido focalizado para influir localmente en estructuras individuales del cuerpo. Este efecto permite lograr una hipertermia controlada, es decir. calentar a 41-44 °C sin sobrecalentar los tejidos adyacentes.

El aumento de temperatura y las grandes caídas de presión que acompañan al paso de los ultrasonidos pueden provocar la formación de iones y radicales que pueden interactuar con las moléculas. En este caso pueden producirse reacciones químicas que en condiciones normales no son factibles. El efecto químico del ultrasonido se manifiesta, en particular, en la división de una molécula de agua en radicales H + y OH -, con la posterior formación de peróxido de hidrógeno H 2 O 2.

Flujos acústicos y cavitación.

Las ondas ultrasónicas de alta intensidad van acompañadas de una serie de efectos específicos. Así, la propagación de ondas ultrasónicas en gases y líquidos va acompañada del movimiento del medio, que se denomina flujo acústico (Fig. 5.5, A). A frecuencias en el rango de frecuencia ultrasónico en un campo ultrasónico con una intensidad de varios W/cm2, puede producirse un chorro de líquido (Fig. 5.5, b) y rociándolo para formar una niebla muy fina. Esta característica de propagación de ultrasonidos se utiliza en inhaladores ultrasónicos.

Entre los fenómenos importantes que surgen cuando los ultrasonidos intensos se propagan en líquidos se encuentra el acústico. cavitación - crecimiento de burbujas a partir de las existentes en un campo ultrasónico

Arroz. 5.5. a) flujo acústico que se produce cuando el ultrasonido se propaga a una frecuencia de 5 MHz en benceno; b) una fuente de líquido que se forma cuando un haz ultrasónico incide desde el interior del líquido sobre su superficie (frecuencia de ultrasonido 1,5 MHz, intensidad 15 W/cm2)

Núcleos submicroscópicos de gas o vapor en líquidos de hasta una fracción de mm de tamaño, que comienzan a pulsar a una frecuencia ultrasónica y colapsan en la fase de presión positiva. Cuando las burbujas de gas colapsan, se producen grandes presiones locales del orden de mil atmósferas esférico ondas de choque. Un efecto mecánico tan intenso sobre las partículas contenidas en un líquido puede provocar diversos efectos, incluidos los destructivos, incluso sin la influencia del efecto térmico de los ultrasonidos. Los efectos mecánicos son especialmente significativos cuando se exponen a ultrasonidos enfocados.

Otra consecuencia del colapso de las burbujas de cavitación es el fuerte calentamiento de su contenido (hasta una temperatura de unos 10.000 °C), acompañado de ionización y disociación de moléculas.

El fenómeno de la cavitación se acompaña de erosión de las superficies de trabajo de los emisores, daño de las células, etc. Sin embargo, este fenómeno también produce una serie de efectos beneficiosos. Por ejemplo, en la zona de la cavitación se produce una mayor mezcla de la sustancia con la que se preparan las emulsiones.

5.3. Reflexión del ultrasonido. Visión sonora

Como todo tipo de ondas, el ultrasonido se caracteriza por los fenómenos de reflexión y refracción. Sin embargo, estos fenómenos sólo se notan cuando el tamaño de las heterogeneidades es comparable a la longitud de onda. La longitud de la onda ultrasónica es significativamente menor que la longitud de la onda sonora (λ = v/v). Por tanto, las longitudes de las ondas sonoras y ultrasónicas en los tejidos blandos a frecuencias de 1 kHz y 1 MHz son respectivamente iguales: λ = 1500/1000 = 1,5 m;

1500/1.000.000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. De acuerdo con lo anterior, un cuerpo con un tamaño de 10 cm prácticamente no refleja un sonido con una longitud de onda de λ = 1,5 m, pero es un reflector para una onda ultrasónica con λ = 1,5 mm.

La eficiencia de reflexión está determinada no solo por las relaciones geométricas, sino también por el coeficiente de reflexión r, que depende de la relación resistencia a las ondas del medio x(ver fórmulas 3.8, 3.9):

Para valores de x cercanos a 0, la reflexión es casi completa. Esto es un obstáculo para la transferencia de ultrasonido del aire a los tejidos blandos (x = 3x10 -4, r= 99,88%). Si se aplica un emisor de ultrasonidos directamente sobre la piel de una persona, los ultrasonidos no penetrarán en el interior, sino que se reflejarán en una fina capa de aire entre el emisor y la piel. En este caso, valores pequeños X jugar un papel negativo. Para eliminar la capa de aire, se cubre la superficie de la piel con una capa de lubricante adecuado (gelatina de agua), que actúa como medio de transición que reduce los reflejos. Por el contrario, para detectar inhomogeneidades en los valores medianos y pequeños X son un factor positivo.

Los valores del coeficiente de reflexión en los límites de varios tejidos se dan en la tabla. 5.2.

La intensidad de la señal reflejada recibida depende no solo de la magnitud del coeficiente de reflexión, sino también del grado de absorción del ultrasonido por el medio en el que se propaga. La absorción de una onda ultrasónica conduce al hecho de que la señal de eco reflejada desde una estructura ubicada en la profundidad es mucho más débil que la que se forma cuando se refleja desde una estructura similar ubicada cerca de la superficie.

Basado en el reflejo de ondas ultrasónicas a partir de faltas de homogeneidad. visión sonora, utilizado en exámenes médicos de ultrasonido (ultrasonido). En este caso, el ultrasonido reflejado por heterogeneidades (órganos individuales, tumores) se convierte en vibraciones eléctricas y estas últimas en luz, lo que permite ver ciertos objetos en la pantalla en un entorno opaco a la luz. La figura 5.6 muestra la imagen.

Arroz. 5.6. Imagen de un feto humano de 17 semanas obtenida mediante ultrasonido de 5 MHz

Feto humano de 17 semanas, obtenido mediante ecografía.

Se ha creado un microscopio ultrasónico con frecuencias en el rango ultrasónico, un dispositivo similar a un microscopio convencional, cuya ventaja sobre el microscopio óptico es que para la investigación biológica no es necesaria la tinción preliminar del objeto. La figura 5.7 muestra fotografías de glóbulos rojos obtenidas con microscopios ópticos y de ultrasonido.

Arroz. 5.7. Fotografías de glóbulos rojos obtenidas mediante microscopios ópticos (a) y ultrasónicos (b).

A medida que aumenta la frecuencia de las ondas ultrasónicas, aumenta la resolución (se pueden detectar pequeñas faltas de homogeneidad), pero su capacidad de penetración disminuye, es decir. la profundidad a la que se pueden examinar las estructuras de interés disminuye. Por lo tanto, la frecuencia del ultrasonido se elige de manera que combine una resolución suficiente con la profundidad de investigación requerida. Por lo tanto, para el examen ecográfico de la glándula tiroides ubicada directamente debajo de la piel, se utilizan ondas de frecuencia de 7,5 MHz, y para el examen de los órganos abdominales, se utiliza una frecuencia de 3,5-5,5 MHz. Además, también se tiene en cuenta el grosor de la capa de grasa: para niños delgados se utiliza una frecuencia de 5,5 MHz y para niños y adultos con sobrepeso, una frecuencia de 3,5 MHz.

5.4. Efecto biofísico del ultrasonido.

Cuando los ultrasonidos actúan sobre objetos biológicos en órganos y tejidos irradiados a distancias iguales a la mitad de la longitud de onda, pueden surgir diferencias de presión de unidades a decenas de atmósferas. Impactos tan intensos provocan una variedad de efectos biológicos, cuya naturaleza física está determinada por la acción combinada de fenómenos mecánicos, térmicos y fisicoquímicos que acompañan a la propagación de los ultrasonidos en el medio ambiente.

Efectos generales de la ecografía sobre los tejidos y el cuerpo en su conjunto.

El efecto biológico del ultrasonido, es decir. Los cambios causados en la actividad vital y las estructuras de los objetos biológicos cuando se exponen a los ultrasonidos están determinados principalmente por su intensidad y duración de la irradiación y pueden tener efectos tanto positivos como negativos en la actividad vital de los organismos. Así, las vibraciones mecánicas de las partículas que se producen a intensidades de ultrasonido relativamente bajas (hasta 1,5 W/cm 2) producen una especie de micromasaje de los tejidos, favoreciendo un mejor metabolismo y un mejor suministro de sangre y linfa a los tejidos. El calentamiento local de tejidos en fracciones y unidades de grados, por regla general, promueve la actividad vital de los objetos biológicos, aumentando la intensidad de los procesos metabólicos. Ondas ultrasónicas pequeño Y promedio Las intensidades provocan efectos biológicos positivos en los tejidos vivos, estimulando la aparición de procesos fisiológicos normales.

El uso exitoso de la ecografía a estas intensidades se utiliza en neurología para la rehabilitación de enfermedades como radiculitis crónica, poliartritis, neuritis y neuralgia. El ultrasonido se utiliza en el tratamiento de enfermedades de la columna y de las articulaciones (destrucción de depósitos de sal en articulaciones y caries); en el tratamiento de diversas complicaciones tras daños a articulaciones, ligamentos, tendones, etc.

Los ultrasonidos de alta intensidad (3-10 W/cm2) tienen un efecto nocivo en los órganos individuales y en el cuerpo humano en su conjunto. La alta intensidad del ultrasonido puede causar

en ambientes biológicos de cavitación acústica, acompañada de destrucción mecánica de células y tejidos. La exposición intensa y prolongada a los ultrasonidos puede provocar un sobrecalentamiento de las estructuras biológicas y su destrucción (desnaturalización de proteínas, etc.). La exposición a ultrasonidos intensos también puede tener consecuencias a largo plazo. Por ejemplo, con una exposición prolongada a ultrasonidos con una frecuencia de 20 a 30 kHz, que ocurre en algunas condiciones industriales, una persona desarrolla trastornos del sistema nervioso, aumenta la fatiga, la temperatura aumenta significativamente y se produce discapacidad auditiva.

Los ultrasonidos muy intensos son fatales para los humanos. Así, en España, 80 voluntarios fueron expuestos a motores turbulentos ultrasónicos. Los resultados de este bárbaro experimento fueron desastrosos: 28 personas murieron, el resto quedó total o parcialmente paralizado.

El efecto térmico producido por los ultrasonidos de alta intensidad puede ser muy significativo: con una irradiación ultrasónica con una potencia de 4 W/cm2 durante 20 s, la temperatura de los tejidos corporales a una profundidad de 2 a 5 cm aumenta de 5 a 6 °C.

Para prevenir enfermedades profesionales entre las personas que trabajan en instalaciones ultrasónicas, cuando es posible el contacto con fuentes de vibraciones ultrasónicas, es necesario utilizar 2 pares de guantes para proteger las manos: de goma exterior y de algodón interior.

El efecto del ultrasonido a nivel celular.

El efecto biológico de los ultrasonidos también puede basarse en efectos fisicoquímicos secundarios. Por tanto, durante la formación de flujos acústicos, puede producirse una mezcla de estructuras intracelulares. La cavitación conduce a la ruptura de enlaces moleculares en biopolímeros y otros compuestos vitales y al desarrollo de reacciones redox. El ultrasonido aumenta la permeabilidad de las membranas biológicas, como resultado de lo cual los procesos metabólicos se aceleran debido a la difusión. Un cambio en el flujo de diversas sustancias a través de la membrana citoplasmática conduce a cambios en la composición del entorno intracelular y el microambiente celular. Esto afecta la velocidad de las reacciones bioquímicas que involucran enzimas que son sensibles al contenido de ciertos o

otros iones. En algunos casos, un cambio en la composición del entorno dentro de una célula puede provocar una aceleración de las reacciones enzimáticas, que se observa cuando las células se exponen a ultrasonidos de baja intensidad.

Muchas enzimas intracelulares son activadas por iones de potasio. Por lo tanto, al aumentar la intensidad del ultrasonido, el efecto de suprimir las reacciones enzimáticas en la célula se vuelve más probable, ya que como resultado de la despolarización de las membranas celulares, la concentración de iones de potasio en el ambiente intracelular disminuye.

El efecto de la ecografía sobre las células puede ir acompañado de los siguientes fenómenos:

Violación del microambiente de las membranas celulares en forma de cambios en los gradientes de concentración de diversas sustancias cerca de las membranas, cambios en la viscosidad del ambiente dentro y fuera de la célula;

Cambios en la permeabilidad de las membranas celulares en forma de aceleración de la difusión normal y facilitada, cambios en la eficiencia del transporte activo, alteración de la estructura de la membrana;

Violación de la composición del entorno intracelular en forma de cambios en la concentración de diversas sustancias en la célula, cambios en la viscosidad;

Cambios en las velocidades de reacciones enzimáticas en la célula debido a cambios en las concentraciones óptimas de sustancias necesarias para el funcionamiento de las enzimas.

Un cambio en la permeabilidad de las membranas celulares es una respuesta universal a la exposición a los ultrasonidos, independientemente de cuál de los factores ultrasónicos que actúan sobre la célula domina en un caso particular.

Con una intensidad de ultrasonido suficientemente alta, se produce la destrucción de la membrana. Sin embargo, diferentes células tienen diferente resistencia: algunas células se destruyen a una intensidad de 0,1 W/cm 2, otras a 25 W/cm 2.

En un cierto rango de intensidad, los efectos biológicos observados del ultrasonido son reversibles. Se acepta como umbral el límite superior de este intervalo de 0,1 W/cm 2 a una frecuencia de 0,8-2 MHz. Superar este límite conduce a cambios destructivos pronunciados en las células.

Destrucción de microorganismos.

La irradiación ultrasónica con una intensidad superior al umbral de cavitación se utiliza para destruir bacterias y virus presentes en el líquido.

5.5. Uso de la ecografía en medicina: terapia, cirugía, diagnóstico.

Las deformaciones bajo la influencia de los ultrasonidos se utilizan al triturar o dispersar medios.

El fenómeno de la cavitación se utiliza para obtener emulsiones de líquidos inmiscibles y para limpiar metales de incrustaciones y películas grasas.

Terapia de ultrasonido

El efecto terapéutico del ultrasonido está determinado por factores mecánicos, térmicos y químicos. Su acción combinada mejora la permeabilidad de las membranas, dilata los vasos sanguíneos y mejora el metabolismo, lo que ayuda a restablecer el estado de equilibrio del cuerpo. Se puede utilizar un haz de ultrasonido dosificado para realizar un suave masaje del corazón, los pulmones y otros órganos y tejidos.

En otorrinolaringología, la ecografía afecta el tímpano y la mucosa nasal. De esta forma se lleva a cabo la rehabilitación de la secreción nasal crónica y las enfermedades de las cavidades maxilares.

FONOFORESIS - introducción de sustancias medicinales en los tejidos a través de los poros de la piel mediante ultrasonido. Este método es similar a la electroforesis, sin embargo, a diferencia de un campo eléctrico, un campo ultrasónico mueve no solo iones, sino también descargado partículas. Bajo la influencia del ultrasonido, aumenta la permeabilidad de las membranas celulares, lo que facilita la penetración de los fármacos en la célula, mientras que con la electroforesis los fármacos se concentran principalmente entre las células.

AUTOHEMOTERAPIA - Inyección intramuscular de la propia sangre de una persona extraída de una vena. Este procedimiento resulta más eficaz si la sangre extraída se irradia con ultrasonido antes de la infusión.

La irradiación con ultrasonido aumenta la sensibilidad de las células a los efectos de los productos químicos. Esto le permite crear menos dañinos.

vacunas, ya que en su fabricación se pueden utilizar reactivos químicos de menor concentración.

La exposición preliminar a los ultrasonidos mejora el efecto de la irradiación γ y de microondas sobre los tumores.

En la industria farmacéutica, los ultrasonidos se utilizan para producir emulsiones y aerosoles de determinadas sustancias medicinales.

En fisioterapia, el ultrasonido se utiliza para el impacto local, realizado mediante un emisor adecuado, aplicado por contacto a través de una base de pomada en una zona específica del cuerpo.

Cirugía de ultrasonido

La cirugía por ultrasonido se divide en dos tipos, uno de los cuales está asociado con el efecto de las vibraciones del sonido en el tejido y el segundo con la aplicación de vibraciones ultrasónicas a un instrumento quirúrgico.

Destrucción de tumores. Varios emisores montados en el cuerpo del paciente emiten rayos de ultrasonido que se centran en el tumor. La intensidad de cada haz no es suficiente para dañar el tejido sano, pero en el lugar donde convergen los haces, la intensidad aumenta y el tumor es destruido por la cavitación y el calor.

En urología, mediante la acción mecánica de los ultrasonidos, trituran los cálculos del tracto urinario y salvan así a los pacientes de las operaciones.

Soldadura de tejidos blandos. Si junta dos vasos sanguíneos cortados y los presiona, se formará una soldadura después de la irradiación.

huesos de soldadura(osteosíntesis ultrasónica). El área de la fractura se rellena con tejido óseo triturado mezclado con un polímero líquido (ciacrina), que polimeriza rápidamente bajo la influencia de los ultrasonidos. Después de la irradiación, se forma una soldadura fuerte que se disuelve gradualmente y es reemplazada por tejido óseo.

Aplicación de vibraciones ultrasónicas a instrumentos quirúrgicos.(bisturís, limas, agujas) reduce significativamente las fuerzas de corte, reduce el dolor y tiene efectos hemostáticos y esterilizantes. La amplitud de vibración de la herramienta de corte a una frecuencia de 20 a 50 kHz es de 10 a 50 micrones. Los bisturíes ultrasónicos permiten realizar operaciones en los órganos respiratorios sin abrir el tórax.

operaciones en el esófago y los vasos sanguíneos. Al insertar un bisturí ultrasónico largo y delgado en una vena, se pueden destruir los engrosamientos de colesterol en el vaso.

Esterilización. El efecto destructivo del ultrasonido sobre los microorganismos se utiliza para esterilizar instrumentos quirúrgicos.

En algunos casos, la ecografía se utiliza en combinación con otras influencias físicas, por ejemplo. criogénico, para el tratamiento quirúrgico de hemangiomas y cicatrices.

Diagnóstico por ultrasonido

El diagnóstico por ultrasonido es un conjunto de métodos para estudiar un cuerpo humano sano y enfermo, basados en el uso de ultrasonido. La base física del diagnóstico por ultrasonido es la dependencia de los parámetros de propagación del sonido en los tejidos biológicos (velocidad del sonido, coeficiente de atenuación, impedancia de onda) del tipo de tejido y su condición. Los métodos de ultrasonido permiten visualizar las estructuras internas del cuerpo, así como estudiar el movimiento de objetos biológicos dentro del cuerpo. La característica principal del diagnóstico por ultrasonido es la capacidad de obtener información sobre tejidos blandos que varían ligeramente en densidad o elasticidad. El método de examen por ultrasonido es muy sensible, puede detectar formaciones que no se detectan mediante rayos X, no requiere el uso de agentes de contraste, es indoloro y no tiene contraindicaciones.

Para fines de diagnóstico se utiliza una frecuencia de ultrasonido de 0,8 a 15 MHz. Las bajas frecuencias se utilizan al estudiar objetos ubicados profundamente o al estudiar a través del tejido óseo, las altas frecuencias, para visualizar objetos ubicados cerca de la superficie del cuerpo, para diagnósticos en oftalmología, al estudiar vasos ubicados superficialmente.

Los más utilizados en el diagnóstico por ultrasonido son los métodos de ecolocalización basados en la reflexión o dispersión de señales ultrasónicas pulsadas. Dependiendo del método de obtención y la naturaleza de la presentación de la información, los dispositivos para diagnóstico por ultrasonido se dividen en 3 grupos: dispositivos unidimensionales con indicación tipo A; instrumentos unidimensionales con indicación tipo M; Dispositivos bidimensionales con indicación tipo B.

Durante el diagnóstico por ultrasonido utilizando un dispositivo tipo A, se aplica un radiador que emite pulsos de ultrasonido cortos (que duran aproximadamente 10 a 6 s) al área del cuerpo que se examina a través de una sustancia de contacto. En las pausas entre pulsos, el dispositivo recibe pulsos reflejados por diversas faltas de homogeneidad en los tejidos. Después de la amplificación, estos pulsos se observan en la pantalla del tubo de rayos catódicos en forma de desviaciones del haz con respecto a la línea horizontal. El patrón completo de pulsos reflejados se llama Ecograma unidimensional tipo A. La figura 5.8 muestra un ecograma obtenido durante la ecoscopia del ojo.

Arroz. 5.8. Ecoscopia del ojo mediante el método A:

1 - eco de la superficie anterior de la córnea; 2, 3 - ecos de las superficies anterior y posterior del cristalino; 4 - Eco de la retina y estructuras del polo posterior del globo ocular.

Los ecogramas de tejidos de varios tipos se diferencian entre sí por el número de pulsos y su amplitud. El análisis de un ecograma tipo A en muchos casos permite obtener información adicional sobre el estado, la profundidad y la extensión del área patológica.

Los dispositivos unidimensionales con indicación tipo A se utilizan en neurología, neurocirugía, oncología, obstetricia, oftalmología y otros campos de la medicina.

En dispositivos con indicación tipo M, los pulsos reflejados, después de la amplificación, se alimentan al electrodo modulador del tubo de rayos catódicos y se presentan en forma de guiones, cuyo brillo está relacionado con la amplitud del pulso, y el ancho es relacionado con su duración. El desarrollo de estas líneas en el tiempo da una imagen de estructuras reflectantes individuales. Este tipo de indicación es muy utilizado en cardiografía. Un cardiograma por ultrasonido se puede registrar utilizando un tubo de rayos catódicos con memoria o en una grabadora de papel. Este método registra los movimientos de los elementos del corazón, lo que permite determinar estenosis de la válvula mitral, defectos cardíacos congénitos, etc.

Cuando se utilizan métodos de registro tipo A y M, el transductor está en una posición fija en el cuerpo del paciente.

En el caso de la indicación tipo B, el transductor se mueve (explora) a lo largo de la superficie del cuerpo y se registra un ecograma bidimensional en la pantalla del tubo de rayos catódicos, que reproduce la sección transversal del área examinada del cuerpo.

Una variación del método B es escaneo múltiple, en el que el movimiento mecánico del sensor se sustituye por la conmutación eléctrica secuencial de una serie de elementos situados en la misma línea. El escaneo múltiple le permite observar las secciones en estudio casi en tiempo real. Otra variación del método B es la exploración sectorial, en la que no hay movimiento de la sonda de eco, pero cambia el ángulo de inserción del haz de ultrasonido.

Los dispositivos de ultrasonido con indicación tipo B se utilizan en oncología, obstetricia y ginecología, urología, otorrinolaringología, oftalmología, etc. En cardiología se utilizan modificaciones de los dispositivos tipo B con escaneo múltiple y escaneo sectorial.

Todos los métodos de ecolocalización del diagnóstico por ultrasonido permiten, de una forma u otra, registrar los límites de áreas con diferentes impedancias de onda dentro del cuerpo.

Un nuevo método de diagnóstico por ultrasonido, la tomografía reconstructiva (o computacional), proporciona la distribución espacial de los parámetros de propagación del sonido: coeficiente de atenuación (modificación de atenuación del método) o velocidad del sonido (modificación refractiva). En este método, la sección del objeto en estudio se hace sonar repetidamente en diferentes direcciones. La información sobre las coordenadas del sonido y las señales de respuesta se procesa en una computadora, como resultado de lo cual se muestra una tomografía reconstruida en la pantalla.

Recientemente, el método ha comenzado a introducirse. elastometria para el estudio del tejido hepático tanto en condiciones normales como en diversas etapas de microsis. La esencia del método es esta. El sensor se instala perpendicular a la superficie del cuerpo. Utilizando un vibrador integrado en el sensor, se crea una onda mecánica sonora de baja frecuencia (ν = 50 Hz, A = 1 mm), cuya velocidad de propagación a través del tejido hepático subyacente se evalúa mediante ultrasonido con una frecuencia de ν = 3,5 MHz (en esencia, se realiza ecolocalización). Usando

módulo E (elasticidad) del tejido. Se toman una serie de mediciones (al menos 10) del paciente en los espacios intercostales en la proyección de la posición del hígado. Todos los datos se analizan automáticamente, el dispositivo proporciona una evaluación cuantitativa de la elasticidad (densidad), que se presenta tanto en forma numérica como en color.

Para obtener información sobre las estructuras en movimiento del cuerpo se utilizan métodos e instrumentos cuyo funcionamiento se basa en el efecto Doppler. Estos dispositivos suelen contener dos piezoelementos: un emisor ultrasónico que funciona en modo continuo y un receptor de señales reflejadas. Al medir el cambio de frecuencia Doppler de una onda ultrasónica reflejada por un objeto en movimiento (por ejemplo, desde la pared de un recipiente), se determina la velocidad de movimiento del objeto reflectante (ver fórmula 2.9). Los dispositivos más avanzados de este tipo utilizan un método de localización de pulso-Doppler (coherente), que permite aislar una señal de un determinado punto del espacio.

Los dispositivos que utilizan el efecto Doppler se utilizan para diagnosticar enfermedades del sistema cardiovascular (determinación

movimientos de partes del corazón y las paredes de los vasos sanguíneos), en obstetricia (estudio de los latidos del corazón fetal), para estudiar el flujo sanguíneo, etc.

Los órganos se examinan a través del esófago, con el que limitan.

Comparación de la “observación” ultrasónica y de rayos X

En algunos casos, la exploración ultrasónica tiene ventajas sobre los rayos X. Esto se debe al hecho de que los rayos X proporcionan una imagen clara del tejido "duro" sobre un fondo de tejido "blando". Por ejemplo, los huesos son claramente visibles sobre el fondo de los tejidos blandos. Para obtener una imagen de rayos X de los tejidos blandos contra el fondo de otros tejidos blandos (por ejemplo, un vaso sanguíneo contra el fondo de los músculos), el vaso debe llenarse con una sustancia que absorba bien la radiación de rayos X (agente de contraste). . La transiluminación ultrasónica, gracias a las características ya mencionadas, proporciona una imagen en este caso sin el uso de agentes de contraste.

El examen con rayos X diferencia la diferencia de densidad hasta en un 10% y la ecografía, hasta en un 1%.

5.6. Infrasonido y sus fuentes.

Infrasonido- vibraciones elásticas y ondas con frecuencias inferiores al rango de frecuencias audibles para los humanos. Normalmente, se toma entre 16 y 20 Hz como el límite superior del rango de infrasonidos. Esta definición es condicional, ya que con suficiente intensidad la percepción auditiva se produce también a frecuencias de unos pocos Hz, aunque en este caso la naturaleza tonal de la sensación desaparece y sólo se distinguen ciclos individuales de oscilaciones. El límite inferior de frecuencia del infrasonido es incierto; su área de estudio actual se extiende hasta aproximadamente 0,001 Hz.

Las ondas infrasónicas se propagan en el aire y el agua, así como en la corteza terrestre (ondas sísmicas). La principal característica del infrasonido, debido a su baja frecuencia, es su baja absorción. Cuando se propagan en las profundidades del mar y en la atmósfera a nivel del suelo, las ondas infrasónicas con una frecuencia de 10 a 20 Hz se atenúan a una distancia de 1000 km en no más de unos pocos decibeles. Se sabe que suena

Las erupciones volcánicas y las explosiones atómicas pueden dar la vuelta al mundo muchas veces. Debido a la larga longitud de onda, la dispersión del infrasonido también es baja. En entornos naturales, solo los objetos muy grandes crean una dispersión notable: colinas, montañas, edificios altos.

Las fuentes naturales de infrasonidos son los fenómenos meteorológicos, sísmicos y volcánicos. El infrasonido es generado por fluctuaciones de presión turbulentas atmosféricas y oceánicas, viento, olas del mar (incluidos los maremotos), cascadas, terremotos y deslizamientos de tierra.

Las fuentes de infrasonido asociadas con la actividad humana son explosiones, disparos, ondas de choque de aviones supersónicos, impactos de martinetes, funcionamiento de motores a reacción, etc. El infrasonido está contenido en el ruido de los motores y los equipos tecnológicos. Las vibraciones de los edificios creadas por patógenos industriales y domésticos suelen contener componentes infrasónicos. El ruido del transporte contribuye significativamente a la contaminación infrasónica del medio ambiente. Por ejemplo, los turismos a una velocidad de 100 km/h generan infrasonidos con un nivel de intensidad de hasta 100 dB. En el compartimento del motor de grandes barcos se han registrado vibraciones infrasónicas creadas por los motores en funcionamiento con una frecuencia de 7 a 13 Hz y un nivel de intensidad de 115 dB. En los pisos superiores de edificios de gran altura, especialmente con vientos fuertes, el nivel de intensidad del infrasonido alcanza

Es casi imposible aislar el infrasonido: a bajas frecuencias, todos los materiales fonoabsorbentes pierden casi por completo su eficacia.

5.7. Impacto del infrasonido en los humanos. Uso de infrasonidos en medicina.

El infrasonido, por regla general, tiene un efecto negativo en una persona: provoca depresión, fatiga, dolor de cabeza e irritación. Una persona expuesta a infrasonidos de baja intensidad experimenta síntomas de mareos, náuseas y mareos. Aparece dolor de cabeza, aumenta la fatiga y se debilita la audición. A una frecuencia de 2-5 Hz

y un nivel de intensidad de 100-125 dB, la reacción subjetiva se reduce a una sensación de presión en el oído, dificultad para tragar, modulación forzada de la voz y dificultad para hablar. La exposición a los infrasonidos afecta negativamente a la visión: las funciones visuales se deterioran, la agudeza visual disminuye, el campo de visión se estrecha, la capacidad de acomodación se debilita y la estabilidad de la fijación del ojo en el objeto observado se ve afectada.

El ruido a una frecuencia de 2-15 Hz a un nivel de intensidad de 100 dB provoca un aumento del error de seguimiento de los indicadores de cuadrante. Aparecen contracciones convulsivas del globo ocular y disfunción de los órganos del equilibrio.

Los pilotos y cosmonautas expuestos al infrasonido durante el entrenamiento tardaron más en resolver incluso problemas aritméticos simples.

Se supone que diversas anomalías en la condición de las personas durante el mal tiempo, explicadas por las condiciones climáticas, son en realidad consecuencia de la influencia de las ondas infrasónicas.

A una intensidad moderada (140-155 dB), pueden producirse desmayos y pérdida temporal de la visión. A intensidades elevadas (alrededor de 180 dB), puede producirse parálisis con desenlace mortal.

Se cree que el impacto negativo del infrasonido se debe al hecho de que las frecuencias de vibración naturales de algunos órganos y partes del cuerpo humano se encuentran en la región del infrasonido. Esto provoca fenómenos de resonancia no deseados. Indiquemos algunas frecuencias de oscilaciones naturales para los humanos:

Cuerpo humano en posición acostada - (3-4) Hz;

Pecho - (5-8) Hz;

Abdomen - (3-4) Hz;

Ojos - (12-27) Hz.

Los efectos de los infrasonidos en el corazón son especialmente perjudiciales. Con suficiente potencia, se producen oscilaciones forzadas del músculo cardíaco. En resonancia (6-7 Hz), su amplitud aumenta, lo que puede provocar hemorragia.

Uso de infrasonidos en medicina.

En los últimos años, el infrasonido se ha utilizado ampliamente en la práctica médica. Así, en oftalmología, las ondas infrasónicas.

con frecuencias de hasta 12 Hz se utilizan en el tratamiento de la miopía. En el tratamiento de enfermedades de los párpados, el infrasonido se utiliza para la fonoforesis (fig. 5.9), así como para limpiar las superficies de las heridas, mejorar la hemodinámica y la regeneración de los párpados, masajes (fig. 5.10), etc.

La figura 5.9 muestra el uso de infrasonidos para tratar anomalías del conducto lagrimal en recién nacidos.

En una etapa del tratamiento, se realiza un masaje del saco lagrimal. En este caso, el generador de infrasonidos crea un exceso de presión en el saco lagrimal, lo que contribuye a la ruptura del tejido embrionario en el canal lagrimal.

Arroz. 5.9. Esquema de fonoforesis por infrasonidos.

Arroz. 5.10. Masaje del saco lagrimal.

5.8. Conceptos básicos y fórmulas. Mesas

Tabla 5.1. Coeficiente de absorción y profundidad de media absorción a una frecuencia de 1 MHz.

Tabla 5.2. Coeficiente de reflexión en los límites de diferentes tejidos.

5.9. Tareas

1. El reflejo de las ondas a partir de pequeñas heterogeneidades se hace evidente cuando sus tamaños exceden la longitud de onda. Calcule el tamaño mínimo d de un cálculo renal que puede detectarse mediante diagnóstico por ultrasonido a una frecuencia ν = 5 MHz. Velocidad de la onda de ultrasonido v= 1500 m/s.

Solución

Encontremos la longitud de onda: λ = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. re > λ.

Respuesta: d > 0,3 mm.

2. Algunos procedimientos fisioterapéuticos utilizan ultrasonido con frecuencia ν = 800 kHz e intensidad I = 1 W/cm 2 . Encuentre la amplitud de vibración de las moléculas de tejidos blandos.

Solución

La intensidad de las ondas mecánicas está determinada por la fórmula (2.6)

La densidad de los tejidos blandos es ρ « 1000 kg/m 3 .

frecuencia circular ω = 2πν ≈ 2x3.14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1 ;

velocidad de ultrasonido en tejidos blandos ν ≈ 1500 m/s.

Es necesario convertir la intensidad al SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .

Sustituyendo valores numéricos en la última fórmula, encontramos:

Un desplazamiento tan pequeño de moléculas durante el paso del ultrasonido indica que su efecto se manifiesta a nivel celular. Respuesta: A = 0,023 µm.

3. La calidad de las piezas de acero se comprueba mediante un detector de defectos ultrasónico. ¿A qué profundidad h en la pieza se detectó una grieta y cuál es el espesor d de la pieza si después de emitir una señal ultrasónica se recibieron dos señales reflejadas a 0,1 ms y 0,2 ms? La velocidad de propagación de una onda ultrasónica en el acero es igual a v= 5200 m/s.

Solución

2h = tv →h = tv/2. Respuesta: altura = 26 cm; d = 52 cm.