Protecție împotriva ultrasunetelor și infrasunetelor. Aplicarea infrasunetelor și ultrasunetelor Tipuri de ultrasunete sonore

Acum acustica, ca domeniu al fizicii, ia in considerare o gama mai larga de vibratii elastice - de la cele mai joase la cele extrem de ridicate, pana la 1012 - 1013 Hz. Undele sonore cu frecvențe sub 16 Hz care nu sunt audibile de oameni sunt numite infrasunete, undele sonore cu frecvențe de la 20.000 Hz la 109 Hz se numesc ultrasunete, iar vibrațiile cu frecvențe mai mari de 109 Hz se numesc hipersunete.

Aceste sunete inaudibile și-au găsit multe întrebuințări.

Ultrasunetele și infrasunetele joacă un rol foarte important în lumea vie. De exemplu, peștii și alte animale marine detectează cu sensibilitate undele infrasonice create de valurile furtunii. Astfel, ei simt apropierea unei furtuni sau a unui ciclon în avans și înoată spre un loc mai sigur. Infrasunetele este o componentă a sunetelor pădurii, mării și atmosferei.

Ultrasunetele pot fi produse și percepute de animale precum câini, pisici, delfini, furnici, lilieci etc. Liliecii emit sunete scurte, înalte în timpul zborului. În zborul lor, ei sunt ghidați de reflexiile acestor sunete de la obiectele întâlnite pe parcurs; pot prinde chiar și insecte, ghidați doar de ecourile micii lor prade. Pisicile și câinii pot auzi sunete foarte înalte (ultrasunete).

INFRASUNET (din latină infra - dedesubt, sub), unde elastice de joasă frecvență (sub 16 Hz) inaudibile de urechea umană. La amplitudini mari, infrasunetele sunt resimțite ca durere în ureche. Apare în timpul cutremurelor, exploziilor subacvatice și subterane, în timpul furtunilor și uraganelor, din valuri de tsunami etc. Deoarece infrasunetele sunt slab absorbite, se deplasează pe distanțe lungi și pot servi ca un precursor de furtuni, uragane și tsunami.

În scoarța terestră, șocuri și vibrații ale frecvențelor infrasunetelor sunt observate dintr-o mare varietate de surse, inclusiv din explozii de căderi de pietre și agenți patogeni de transport.

Infrasunetele se caracterizează printr-o absorbție scăzută în diverse medii, drept urmare undele de infrasunete în aer, apă și în scoarța terestră se pot propaga pe distanțe foarte mari. Acest fenomen are aplicații practice în determinarea locației exploziilor mari sau a poziției unei arme de tragere. Propagarea infrasunetelor pe distanțe lungi în mare face posibilă prezicerea unui dezastru natural - un tsunami. Sunetele exploziilor, care conțin un număr mare de frecvențe infrasonice, sunt folosite pentru a studia straturile superioare ale atmosferei și proprietățile mediului acvatic.

O persoană nu aude infrasunetele, ci le simte; are un efect distructiv asupra corpului uman. Un nivel ridicat de infrasunete determină disfuncții ale aparatului vestibular, predeterminand amețeli și dureri de cap. Atenția și performanța scad. Există un sentiment de teamă și stare generală de rău. Există o părere că infrasunetele influențează foarte mult psihicul uman. Toate mecanismele care funcționează la viteze de rotație mai mici de 20 rps emit infrasunete. Când o mașină se deplasează cu o viteză mai mare de 100 km/h, este o sursă de infrasunete, care apare din cauza perturbării fluxului de aer de la suprafața sa. În industria ingineriei mecanice, infrasunetele apar în timpul funcționării ventilatoarelor, compresoarelor motoarelor cu ardere internă și motoarelor diesel. Conform documentelor de reglementare actuale, nivelurile de presiune a sunetului în benzi de octave cu frecvențe medii geometrice 2, 4, 8, 16, Hz nu trebuie să depășească 105 dB, iar pentru benzile cu o frecvență de 32 Hz nu mai mult de 102 dB. Datorită lungimii sale mari, infrasunetele se deplasează pe distanțe lungi în atmosferă. Este aproape imposibil să opriți infrasunetele cu ajutorul construcției de structuri de-a lungul căii de propagare a acestuia. Echipamentul individual de protecție este, de asemenea, ineficient. Un mijloc eficient de protecție este reducerea nivelului de infrasunete la sursa formării acestuia. Dintre astfel de măsuri se pot distinge: - creșterea vitezei de rotație a arborelui la 20 sau mai multe rotații pe secundă - creșterea rigidității structurilor mari oscilante; - eliminarea vibraţiilor de joasă frecvenţă: - efectuarea unor modificări de proiectare în structura surselor, care să permită trecerea din regiunea vibraţiilor infrasonice în regiunea vibraţiilor sonore; în acest caz, reducerea acestora poate fi realizată prin utilizarea izolației fonice și a absorbției fonice.

Principalele surse de unde infrasonice

Dezvoltarea producției industriale și a transportului a dus la o creștere semnificativă a surselor de infrasunete din mediu și o creștere a intensității nivelului infrasunetelor.

Principalele surse artificiale de vibrații infrasunete din orașe sunt prezentate în tabel.

Sursa de infrasunete Frecventa caracteristica

gama de infrasunete Niveluri de infrasunete

Transport rutier Întregul spectru al intervalului de infrasunete În afara 70-90 dB, în interior până la 120 dB

Transport feroviar și tramvaie 10-16 Hz Interior și exterior 85 până la 120 dB

Instalatii industriale de actiune aerodinamica si impact 8-12 Hz Pana la 90-105 dB

Ventilatia instalatiilor si spatiilor industriale, la fel in metrou 3-20 Hz Pana la 75-95 dB

Avion cu reacție Aproximativ 20 Hz În aer liber până la 130 dB

Ultrasunetele sunt unde elastice de înaltă frecvență, cărora le sunt dedicate secțiuni speciale de știință și tehnologie. În mod obișnuit, intervalul de ultrasunete este considerat a fi un interval de frecvență de la 20.000 la câteva miliarde de herți. Deși oamenii de știință cunosc de multă vreme existența ultrasunetelor, utilizarea sa practică în știință, tehnologie și industrie a început relativ recent.

Urechea umană nu poate percepe ultrasunetele, cu toate acestea, unele animale, cum ar fi liliecii, pot percepe și produce ultrasunete. Rozătoarele, pisicile, câinii, balenele și delfinii percep parțial ultrasunetele. Vibrațiile cu ultrasunete apar în timpul funcționării motoarelor de mașini, a mașinilor-unelte și a motoarelor rachete. În practică, pentru producerea ultrasunetelor se folosesc de obicei generatoare electromecanice de ultrasunete, a căror acțiune se bazează pe capacitatea anumitor materiale de a-și modifica dimensiunile sub influența unui câmp magnetic (generatoare magnetostrictive) sau electrice (generatoare piezoelectrice), în timp ce emit sunete de înaltă frecvență. Datorită frecvenței sale înalte (lungimea de undă scurtă), ultrasunetele au proprietăți deosebite.

Este puternic absorbit de gaze și slab de lichide. Într-un lichid sub influența ultrasunetelor, golurile se formează sub formă de bule minuscule cu o creștere pe termen scurt a presiunii în interiorul lor. În plus, undele ultrasonice accelerează procesele de difuzie (interpenetrarea a două medii unul în celălalt). afectează semnificativ solubilitatea substanței și, în general, cursul reacțiilor chimice. Aceste proprietăți ale ultrasunetelor și particularitățile interacțiunii sale cu mediul determină utilizarea sa largă tehnică și medicală.

Pentru prima dată, ideea utilizării practice a ultrasunetelor a apărut, după cum se știe, în prima jumătate a secolului trecut, în legătură cu dezvoltarea metodelor și instrumentelor de detectare a diferitelor obiecte în adâncurile mării. : submarine, recife, părți subacvatice ale aisbergurilor etc. Acest lucru a fost cauzat în principal de scufundarea Titanicului în 1912 și de începutul participării submarinelor la operațiuni militare în timpul Primului Război Mondial.

Vibrațiile ultrasonice de joasă frecvență se propagă bine în aer. Efectul biologic al influenței lor asupra organismului depinde de intensitatea, durata expunerii și dimensiunea suprafeței corpului expus la ultrasunete. Influența sistematică pe termen lung a propagării ultrasunetelor în aer provoacă tulburări funcționale ale sistemelor nervos, cardiovascular și endocrin, analizoare auditive și vestibulare. Astenia severă, hipotensiunea vasculară și o scădere a activității electrice a inimii și a creierului sunt observate la cei care lucrează la aparatele cu ultrasunete. Modificările sistemului nervos central în faza inițială se manifestă printr-o încălcare a funcțiilor reflexe ale creierului (un sentiment de frică în întuneric, într-un spațiu restrâns, atacuri bruște cu creșterea ritmului cardiac, transpirație excesivă, spasme în stomac. , intestine, vezica biliara). Cele mai tipice simptome sunt distonia vegetativ-vasculară cu plângeri de oboseală severă, dureri de cap și o senzație de presiune în cap, dificultăți de concentrare, inhibarea procesului de gândire și insomnie.

Efectul de contact al ultrasunetelor de înaltă frecvență asupra mâinilor duce la întreruperea circulației capilare a sângelui în mâini, la o scădere a sensibilității la durere, adică la dezvoltarea tulburărilor neurologice periferice. S-a stabilit că vibrațiile ultrasonice pot provoca modificări ale structurii osoase cu scăderea densității osoase.

Vibrații industriale.

Concepte de bază și definiții. Efectul vibrațiilor asupra corpului uman. Principii de reglare a vibrațiilor în producție

2.1 Domeniul de aplicare și prevederile generale vibrații

Măsurarea și evaluarea igienică a vibrațiilor, precum și măsurile preventive, trebuie efectuate în conformitate cu ghidul 2.2.4/2.1.8-96 „Evaluarea igienă a factorilor fizici de producție și a mediului” (în curs de aprobare).

Odată cu aprobarea acestor standarde sanitare, „Standarde și reguli sanitare pentru lucrul cu mașini și echipamente care creează vibrații locale transmise la mâinile lucrătorilor” Nr. 3041-84, „Standarde sanitare pentru vibrațiile locurilor de muncă” Nr. 3044-84, „Standardele sanitare pentru vibrații admise” devin invalide în clădirile rezidențiale” Nr. 1304-75.

2.2 Termeni și definiții

Nivelul maxim admisibil (MAL) de vibrație este nivelul unui factor care, în timpul lucrului zilnic (cu excepția weekendului), dar nu mai mult de 40 de ore pe săptămână pe toată perioada de lucru, nu ar trebui să provoace boli sau probleme de sănătate detectate de cercetările moderne. metode în procesul muncii sau pe termen lung al vieții generațiilor prezente și următoare. Respectarea limitelor de vibrație nu exclude problemele de sănătate la persoanele hipersensibile.

Nivelul admisibil de vibrație în clădirile rezidențiale și publice este nivelul factorului care nu provoacă îngrijorare semnificativă la oameni și nu provoacă modificări semnificative ale indicatorilor stării funcționale a sistemelor și analizoarelor care sunt sensibile la vibrații.

Nivelul de vibrație corectat este o caracteristică de vibrație unică numerică, determinată ca rezultat al însumării energiei nivelurilor de vibrație în benzi de frecvență de octave, ținând cont de corecțiile de octave.

Un nivel echivalent (energie) corectat de vibrație variabilă în timp este un nivel ajustat de vibrație constantă în timp care are aceeași valoare RMS ajustată a accelerației vibrației și/sau a vitezei de vibrație ca vibrația neconstantă dată într-un anumit interval de timp.

2.3 Clasificarea vibrațiilor care afectează oamenii

După metoda de transmitere la om, se disting:

Vibrații generale transmise prin suprafețele de susținere către corpul unei persoane așezate sau în picioare;

Vibrația locală transmisă prin mâinile omului.

Notă. Vibrația transmisă picioarelor unei persoane așezate și antebrațelor în contact cu suprafețele vibrante ale meselor de lucru este denumită vibrație locală.

După sursa de vibrații, acestea se disting:

Vibrații locale transmise unei persoane de la unelte electrice de mână (cu motoare), comenzi manuale ale mașinilor și echipamentelor;

Vibrația locală transmisă unei persoane de la unelte de mână nemecanizate (fără motoare), de exemplu, ciocane de îndreptat de diferite modele și piese de prelucrat;

Vibrații generale de categoria 1 - vibrații de transport care afectează o persoană la locul de muncă a mașinilor autopropulsate și remorcate, vehiculelor atunci când se deplasează pe teren, medii agricole și drumuri (inclusiv în timpul construcției acestora). Sursele de vibrații ale transportului includ: tractoare agricole și industriale, mașini agricole autopropulsate (inclusiv combine); camioane (inclusiv tractoare, raclete, gredere, role etc.); pluguri de zapada, transport feroviar minier autopropulsat;

Vibrații generale de categoria 2 - transport și vibrații tehnologice care afectează o persoană la locul de muncă a mașinilor care se deplasează pe suprafețele special pregătite ale spațiilor de producție, site-urilor industriale și lucrărilor miniere. Sursele de transport și vibrații tehnologice includ: excavatoare (inclusiv rotative), macarale industriale și de construcții, mașini pentru încărcarea (încărcarea) cuptoarelor cu focar deschis în producția metalurgică; combine pentru minerit, mașini de încărcat mine, cărucioare de foraj autopropulsate; mașini de șenile, pavele de beton, vehicule de producție montate pe podea;

Vibrație generală de categoria 3 - vibrație tehnologică care afectează persoanele la locurile de muncă ale mașinilor staționare sau se transmite la locurile de muncă care nu au surse de vibrații. Sursele de vibrație tehnologică includ: mașini de prelucrare a metalelor și a lemnului, echipamente de forjare, mașini de turnătorie, mașini electrice, instalații electrice staționare, unități de pompare și ventilatoare, echipamente pentru forarea puțurilor, instalații de foraj, mașini pentru creșterea animalelor, curățarea și sortarea cerealelor (inclusiv uscătoare). ), utilaje pentru industria materialelor de constructii (cu exceptia pavelelor din beton), instalatii pentru industria chimica si petrochimica etc.

a) la locurile de muncă permanente ale spațiilor industriale ale întreprinderilor;

b) în locurile de muncă din depozite, cantine, încăperi de utilitate, încăperi de serviciu și alte încăperi industriale în care nu există mașini care generează vibrații;

c) la locurile de muncă din sediul conducerii fabricii, birouri de proiectare, laboratoare, centre de formare, centre de calcul, centre de sănătate, sedii de birouri, săli de lucru și alte spații pentru lucrătorii psihici;

Vibrații generale în spații de locuit și clădiri publice din surse externe: transport feroviar urban (linii de metrou superficiale și deschise, tramvaie, transport feroviar) și vehicule; întreprinderi industriale și instalații industriale mobile (la exploatarea preselor hidraulice și mecanice, rindeluire, tăiere și alte mecanisme de prelucrare a metalelor, compresoare cu piston, betoniere, concasoare, mașini de construcții etc.);

Vibrații generale în spațiile rezidențiale și clădirile publice din surse interne: echipamente tehnice și tehnice ale clădirilor și aparatelor de uz casnic (ascensoare, sisteme de ventilație, pompe, aspiratoare, frigidere, mașini de spălat, etc.), precum și unități de vânzare cu amănuntul încorporate ( echipamente frigorifice), întreprinderi de servicii de utilități, case de cazane etc.

Pe baza naturii spectrului de vibrații, se disting următoarele:

Vibrații în bandă îngustă, în care parametrii controlați dintr-o bandă de frecvență de 1/3 de octavă sunt cu peste 15 dB mai mari decât valorile din benzile de 1/3 de octavă adiacente;

Vibrații în bandă largă - cu un spectru continuu lat de peste o octavă.

Pe baza compoziției de frecvență a vibrațiilor, acestea sunt împărțite în:

Vibrații de joasă frecvență (cu predominanța nivelurilor maxime în benzi de frecvență de octave de 1-4 Hz pentru vibrațiile generale, 8-16 Hz pentru vibrațiile locale);

Vibrații de frecvență medie (8-16 Hz - pentru vibrații generale, 31,5-63 Hz - pentru vibrații locale);

Vibrații de înaltă frecvență (31,5-63 Hz - pentru vibrații generale, 125-1000 Hz - pentru vibrații locale).

În funcție de caracteristicile de timp ale vibrațiilor, acestea sunt împărțite în:

Vibrații constante, pentru care valoarea parametrilor normalizați se modifică de cel mult 2 ori (cu 6 dB) în timpul perioadei de observație;

Vibrații neconstante, pentru care valoarea parametrilor standardizați se modifică de cel puțin 2 ori (cu 6 dB) în timpul unui timp de observare de cel puțin 10 minute atunci când sunt măsurate cu o constantă de timp de 1 s, inclusiv:

a) vibrații care fluctuează în timp, pentru care valoarea parametrilor standardizați se modifică continuu în timp;

b) vibrații intermitente, când contactul uman cu vibrația este întrerupt, iar durata intervalelor în care are loc contactul este mai mare de 1 s;

c) vibrații de impuls, constând din unul sau mai multe impacturi de vibrații (de exemplu, impacturi), fiecare cu o durată mai mică de 1 s.

2.4 Valorile maxime admise ale parametrilor standardizați

Valorile maxime admisibile ale parametrilor standardizați ai vibrațiilor locale industriale cu o durată de expunere la vibrații de 480 de minute (8 ore) sunt date în tabel. 1.

tabelul 1

*Valori maxime admise pe axe

Frecvențele medii geometrice ale benzilor de octave, accelerația vibrației Hz viteza vibrației

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

Valori ajustate și echivalente ajustate și nivelurile acestora 2,0 126 2,0 112

* Nu este permisă lucrul în condiții de vibrație cu niveluri care depășesc aceste standarde sanitare cu mai mult de 12 dB (de 4 ori) conform evaluării integrale sau în orice bandă de octave.

Siguranta electrica.

Efectul curentului asupra corpului uman. Leziuni electrice și clasificarea lor.

Tipuri de șoc electric.

Trecând printr-un organism viu. curentul produce efectul:

1. Termic - în arsurile anumitor zone, încălzirea vaselor de sânge, sânge, nervi.

2. Electrolitic - descompunerea sângelui și a altor lichide organice.

3. Biologic - iritarea și excitarea țesuturilor vii ale corpului, care este însoțită de contracții convulsive involuntare ale mușchilor, inclusiv mușchii inimii și plămânilor.

Ca urmare a tuturor acestora, pot apărea diverse tulburări în organism, până la oprirea completă a inimii și plămânilor.

Toate acestea duc la două înfrângeri: leziuni electrice și șocuri electrice.

Leziunea electrică este o leziune locală clar definită a țesuturilor corpului cauzată de expunerea la electricitate. curent sau arc. De obicei afectează pielea, ligamentele și oasele. În cele mai multe cazuri, e-mail. leziunile sunt vindecate complet sau parțial. În unele cazuri, poate apărea moartea.

Se disting următoarele e-mailuri: leziuni: el. arde, el. urme, metalizare a pielii și deteriorare mecanică.

E-mail arderea este cea mai comună electricitate rănire.

Există două tipuri de arsuri: curent și arc.

Arsura electrică apare atunci când curentul trece prin corp și se observă arsuri.

O arsură cu arc este rezultatul expunerii la electricitate a corpului. arc, aici se observă temperaturi ridicate - până la 3500.

E-mail semne - semne pe corp de culoare gri - în timpul trecerii energiei electrice. actual

Metalizarea pielii - pătrunderea în piele a particulelor mici de metal, electricitate topită. arc.

E-mail Șocul este excitarea țesuturilor vii în timpul trecerii energiei electrice. actual Există patru dintre ele în funcție de gravitate:

Moartea clinică (imaginară) este o perioadă de tranziție de la viață la moarte, care apare din momentul în care inima și plămânii încetează să funcționeze. O persoană aflată într-o stare de moarte clinică nu are toate semnele de viață. Cu toate acestea, organismul nu a murit încă; procesele metabolice continuă.

Cauza morții de la electricitate curent - încetarea activității inimii, plămânilor, electricității. şoc.

Fibrilația reprezintă contracții rapide haotice ale inimii.

În funcție de consecințele care apar, șocurile electrice sunt împărțite în patru grade:

I - contracție musculară convulsivă fără pierderea conștienței;

II - contracție musculară convulsivă cu pierderea cunoștinței, dar cu respirație și funcție cardiacă păstrate;

III - pierderea conștienței și tulburarea activității cardiace sau a respirației (sau ambele);

IV - starea de moarte clinică.

Principalii factori care influențează rezultatul șocului electric.

Cantitatea de curent care trece printr-o persoană este principalul factor care determină rezultatul rănirii. O persoană începe să simtă trecerea unui curent alternativ de frecvență industrială (50 Hz) de 0,6-1,5 mA și a unui curent continuu de 5-7 mA - acestea sunt așa-numitele praguri de senzație de curent. Curenții mari provoacă convulsii la oameni.

La 10-15 mA, durerea devine abia suportabilă, iar convulsiile sunt de așa natură încât o persoană nu le poate depăși.

Rezultatul rănirii este foarte influențat de rezistența corpului uman. Cea mai mare rezistență (3...20 kOhm) se găsește în stratul superior al pielii (0,2 mm), format din celule cheratinizate moarte, în timp ce rezistența lichidului cefalorahidian este de 0,5...0,6 Ohm. Rezistența generală a corpului datorită rezistenței stratului superior al pielii este destul de mare, dar de îndată ce acest strat este deteriorat, valoarea lui scade brusc.

În calculele legate de siguranța electrică, rezistența corpului uman este considerată a fi de 1 kOhm.

Durata trecerii curentului prin corpul uman afectează rezultatul rănirii: cu cât curentul este mai lung, cu atât este mai mare probabilitatea unei răni grave mortale.

Calea curentului în corpul victimei joacă un rol semnificativ în rezultatul vătămării. Deci, dacă în calea curentului există organe vitale - inima, plămânii, creierul, atunci pericolul de deteriorare este foarte mare.

Tipul de curent și frecvența curentului continuu este mai puțin periculos decât curentul alternativ de aproximativ patru ori, dar acest lucru este valabil până la 250-300 V. Creșterea frecvenței duce la un pericol crescut.

Cel mai periculos curent este trecerea curentului prin inimă, plămâni și creier.

Gradul de deteriorare depinde și de tipul și frecvența curentului. Cel mai periculos este curentul alternativ cu o frecvență de 20... 1000 Hz. Curentul alternativ este mai periculos decât curentul continuu la tensiuni de până la 300 V. La tensiuni mai mari - curent continuu.

Siguranta electrica.

Undele sonore sunt caracterizate de o frecvență cuprinsă între 16 Hz și 20 kHz. Unde elastice cu frecvența v< 16 Гц называются infrasunete, și cu o frecvență v>20 kHz - ecografie(Fig. 56).

Infrasunete. Urechea umană nu poate percepe undele infrasunetelor. În ciuda acestui fapt, ele sunt capabile să exercite anumite efecte fiziologice asupra oamenilor. Aceste acțiuni sunt explicate prin rezonanță. Organele interne ale corpului nostru au frecvențe naturale destul de scăzute: cavitatea abdominală și torace - 5-8 Hz, capul - 20-30 Hz. Frecvența medie de rezonanță pentru întregul corp este de 6 Hz. Avand frecvente de aceeasi ordine, undele infrasunete ne fac organele sa vibreze si, la intensitate foarte mare, pot duce la hemoragii interne.

Experimente speciale au arătat că iradierea persoanelor cu infrasunete suficient de intens poate provoca pierderea echilibrului, greață, rotația involuntară a globilor oculari etc. De exemplu, la o frecvență de 4-8 Hz o persoană simte mișcarea organelor interne și la o frecventa de 12 Hz - un atac de rau de mare.

Se spune că, într-o zi, fizicianul american R. Wood (care era cunoscut printre colegii săi ca un mare original și un tip vesel) a adus în teatru un aparat special care emite unde infrasonice și, pornindu-l, l-a regizat pe scenă. Nimeni nu a auzit niciun sunet, dar actrița a devenit isteric.

Efectul de rezonanță al sunetelor de joasă frecvență asupra corpului uman explică și efectul stimulator al muzicii rock moderne, saturată cu frecvențe joase amplificate în mod repetat de tobe, chitare bas etc.

Infrasunetele nu sunt percepute de urechea umană, dar unele animale îl pot auzi. De exemplu, meduzele percep cu încredere undele de infrasunete cu o frecvență de 8-13 Hz, care apar în timpul unei furtuni ca urmare a interacțiunii curenților de aer cu crestele valurilor mării. Ajungând la meduze, aceste valuri le „avertizează” în avans (cu 15 ore înainte!) de furtuna care se apropie.

Sursele de infrasunete pot fi descărcări de fulgere, împușcături de armă, erupții vulcanice, explozii de bombe atomice, cutremure, motoare cu reacție în funcțiune, vântul care curge peste crestele valurilor mării etc.

Infrasunetele se caracterizează printr-o absorbție scăzută în diverse medii, drept urmare se poate propaga pe distanțe foarte mari. Acest lucru face posibilă determinarea locației exploziilor puternice, poziția pistolului de tragere, monitorizarea exploziilor nucleare subterane, prezicerea tsunamiurilor etc.

Ecografie. De asemenea, ultrasunetele nu sunt percepute de urechea umană. Cu toate acestea, unele animale sunt capabile să o emită și să o perceapă. De exemplu, datorită acestui fapt, delfinii navighează cu încredere în apa noroioasă. Prin trimiterea și primirea impulsurilor ultrasonice care revin, aceștia sunt capabili să detecteze chiar și un mic pelet coborât cu grijă în apă la o distanță de 20-30 m. De asemenea, ultrasunetele îi ajută pe liliecii care au o vedere slabă sau nu văd nimic. Emițând unde ultrasonice (de până la 250 de ori pe secundă) folosind aparatul lor auditiv, ei sunt capabili să navigheze în zbor și să prindă cu succes prada chiar și în întuneric complet. Este curios că unele insecte au dezvoltat o reacție de apărare specială ca răspuns la aceasta: anumite specii de molii și gândaci s-au dovedit a fi capabile să perceapă și ultrasunetele emise de lilieci și, auzindu-le, își pliază imediat aripile, cad și îngheață pe pământ.

Semnalele cu ultrasunete sunt folosite și de unele balene cu dinți. Aceste semnale le permit să vâneze calmari în absența completă a luminii.

De asemenea, s-a stabilit că undele ultrasonice cu o frecvență mai mare de 25 kHz provoacă durere la păsări. Acesta este folosit, de exemplu, pentru a respinge pescărușii din rezervoarele de apă potabilă.

Ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în știință și tehnologie, unde sunt obținute folosind diverse dispozitive mecanice (de exemplu, sirena) și electromecanice.

Sursele de ultrasunete sunt instalate pe nave și submarine. Trimițând impulsuri scurte de unde ultrasonice, puteți surprinde reflexiile acestora din partea de jos sau din alte obiecte. Pe baza timpului de întârziere al undei reflectate, se poate judeca distanța până la obstacol. Sondele și sonarele utilizate în acest caz permit măsurarea adâncimii mării (Fig. 57), rezolvarea diferitelor probleme de navigație (înotul în apropierea stâncilor, recifelor etc.), efectuarea de recunoașteri de pescuit (detectarea bancilor de pești) , precum și rezolvarea problemelor militare (căutarea bărcilor inamice subacvatice, atacuri cu torpile fără periscop etc.).

În industrie, reflexia ultrasunetelor din fisurile din turnările metalice este utilizată pentru a judeca defectele produselor.

Ultrasunetele zdrobesc substanțele lichide și solide, formând diverse emulsii și suspensii.

Folosind ultrasunete, este posibilă lipirea produselor din aluminiu, ceea ce nu se poate face prin alte metode (deoarece există întotdeauna un strat dens de peliculă de oxid pe suprafața aluminiului). Vârful fierului de lipit cu ultrasunete nu numai că se încălzește, dar și vibrează la o frecvență de aproximativ 20 kHz, din cauza căreia filmul de oxid de pe aluminiu este distrus.

Conversia ultrasunetelor în vibrații electrice, și apoi în lumină, permite vederea sunetului. Folosind viziunea sonoră, puteți vedea obiecte în apă care este opaca la lumină.

În medicină, ultrasunetele sunt folosite pentru sudarea oaselor rupte, detectarea tumorilor, efectuarea testelor de diagnostic în obstetrică etc. Efectul biologic al ultrasunetelor (care duce la moartea microbilor) îi permite să fie utilizat pentru sterilizarea laptelui, substanțelor medicinale, și instrumente medicale.

1. Ce este infrasunetele? 2. Dați exemple de surse de unde infrasonice. 3. Ce explică efectul fiziologic al infrasunetelor asupra oamenilor? 4. Ce este ultrasunetele? 5. Dați exemple de utilizare a undelor ultrasonice de către reprezentanții lumii animale. 6. Unde și pentru ce se folosesc infra și ultrasunetele?

Ecografie:

Ce este ultrasunetele;
Influența ultrasunetelor asupra corpului uman;
Utilizarea ultrasunetelor în industrie și economie;
Perspective pentru utilizarea ultrasunetelor.

Infrasunete:

Ce este infrasunetele;
Influența infrasunetelor asupra corpului uman;
Anomalii de infrasunete;
Animale care folosesc infrasunetele;
Perspective de utilizare a infrasunetelor;
Concluzie

Ecografie

1. Ce este ultrasunetele?

Recent, procesele tehnologice bazate pe utilizarea energiei cu ultrasunete au devenit din ce în ce mai răspândite în producție. Ecografia și-a găsit aplicație și în medicină. Datorită creșterii puterilor unităților și vitezei diferitelor unități și mașini, nivelurile de zgomot sunt în creștere, inclusiv în domeniul de frecvență ultrasunete.

Ultrasunetele este vibrația mecanică a unui mediu elastic cu o frecvență care depășește limita superioară a audibilității -20 kHz. Unitatea de măsură a nivelului de presiune acustică este dB. Unitatea de măsură pentru intensitatea ultrasunetelor este watt pe centimetru pătrat (W/s2).Urechea umană nu poate percepe ultrasunetele, dar unele animale, cum ar fi liliecii, pot să audă și să producă ultrasunete. Este parțial perceput de rozătoare, pisici, câini, balene și delfini. Vibrațiile cu ultrasunete apar în timpul funcționării motoarelor de mașini, a mașinilor-unelte și a motoarelor rachete.

Datorită frecvenței sale înalte (lungimea de undă scurtă), ultrasunetele au proprietăți deosebite. Astfel, ca și lumina, undele ultrasonice pot forma fascicule strict direcționate. Reflexia și refracția acestor fascicule la limita a două medii respectă legile opticii geometrice. Este puternic absorbit de gaze și slab de lichide. Într-un lichid sub influența ultrasunetelor, golurile se formează sub formă de bule minuscule cu o creștere pe termen scurt a presiunii în interiorul lor. În plus, undele ultrasonice accelerează procesele de difuzie.

Aceste proprietăți ale ultrasunetelor și particularitățile interacțiunii sale cu mediul determină utilizarea sa largă tehnică și medicală. Ecografia este utilizată în medicină și biologie pentru ecolocație, pentru identificarea și tratarea tumorilor și a unor defecte ale țesuturilor corpului, în chirurgie și traumatologie pentru tăierea țesuturilor moi și osoase în timpul diverselor operații, pentru sudarea oaselor rupte, pentru distrugerea celulelor (ultrasunete de mare putere). În terapia cu ultrasunete, în scopuri terapeutice sunt folosite oscilații de 800-900 kHz.

2. Efectul ultrasunetelor asupra corpului uman

Ultrasunetele au un efect preponderent local asupra corpului, deoarece sunt transmise prin contact direct cu un instrument ultrasonic, piese de prelucrat sau medii în care sunt excitate vibrațiile ultrasonice. Vibrațiile ultrasonice generate de echipamentele industriale cu ultrasunete de joasă frecvență au un efect negativ asupra corpului uman. Expunerea sistematică pe termen lung la ultrasunetele aeropurtate provoacă modificări ale sistemelor nervos, cardiovascular și endocrin, analizoare auditive și vestibulare.

În domeniul vibrațiilor ultrasonice în țesuturile vii, ultrasunetele au efecte mecanice, termice, fizico-chimice (micromasajul celulelor și țesuturilor). În același timp, procesele metabolice sunt activate și sunt crescute proprietățile imune ale organismului.

3. Utilizarea ultrasunetelor în industrie și economie

Astăzi, ultrasunetele sunt folosite într-un număr mare de industrii. Printre acestea: medicină, geologie, industria siderurgică, industria militară etc. Ultrasunetele sunt utilizate extrem de intens în geologie; există o știință specială - geofizica.

Folosind ultrasunetele, geofizicienii găsesc depozite de minerale valoroase și determină adâncimea locației lor. În industria turnătoriei de metal, ultrasunetele sunt folosite pentru a diagnostica starea rețelei cristaline metalice. Când „ascultați” țevi și grinzi de produse de înaltă calitate, se obține un anumit semnal, dar dacă produsul are ceva diferit de normă (densitate, defect de proiectare), semnalul va fi diferit, ceea ce va indica inginerului că este defect.

Înconjurat de nave inamice, un submarin are o singură modalitate sigură de a contacta baza - transmite un semnal în mediul acvatic. Pentru aceasta, se folosește un semnal ultrasonic condiționat special de o anumită frecvență - este aproape imposibil să interceptați un astfel de mesaj, deoarece Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți frecvența, timpul exact de transmisie și „ruta”. Cu toate acestea, trimiterea unui semnal de la o barcă este, de asemenea, o procedură complexă - este necesar să se țină cont de toate adâncimile, temperatura apei etc. Baza, primind semnalul și cunoscându-i timpul de călătorie, poate calcula distanța până la barcă și, ca urmare, locația acesteia. Flota de submarine folosește și impulsuri ultrasonice scurte speciale trimise prin sonar direct din submarin; impulsul este reflectat de la obiecte - stânci, alte nave, iar cu ajutorul lui se calculează direcția și distanța până la obstacol (o tehnică împrumutată de la prădătorii nocturni - liliecii).

Băile cu ultrasunete sunt, de asemenea, folosite atât pentru dezinfectarea instrumentelor, cât și în scopuri cosmetice - masajul picioarelor, mâinilor și feței. Umidificatoarele de aer și duzele cu ultrasunete, precum și telemetrule, sunt foarte eficiente (cunoscutele radare de viteză ale poliției rutiere folosesc și impulsuri ultrasonice).

4. Perspective de utilizare a ultrasunetelor

În viitor, este de așteptat ca impulsurile cu ultrasunete să fie utilizate mai pe scară largă în scopuri cosmetice - oamenii de știință folosesc deja ultrasunetele pentru a curăța porii, a reîmprospăta și a întineri pielea îmbătrânită - peeling cu ultrasunete. Se lucrează la crearea de arme cu ultrasunete, precum și la dezvoltarea sistemelor de protecție împotriva acestora. Este de așteptat ca ultrasunetele să fie utilizate mai pe scară largă în gospodării.

Infrasunete

5. Ce este infrasunetele?

Dezvoltarea tehnologiei și a vehiculelor, îmbunătățirea proceselor și echipamentelor tehnologice sunt însoțite de o creștere a puterii și dimensiunilor mașinilor, ceea ce determină tendința de creștere a componentelor de joasă frecvență din spectre și apariția infrasunetelor, care este o factor relativ nou, nu pe deplin studiat în mediul de producție.

Infrasunetele se referă la vibrații acustice cu o frecvență sub 20 Hz. Acest interval de frecvențe se află sub pragul audibilității, iar urechea umană nu este capabilă să perceapă vibrațiile acestor frecvențe. Infrasunetele industriale apar datorită acelorași procese ca și zgomotul de frecvențe audibile. Cea mai mare intensitate a vibrațiilor infrasonice este creată de mașini și mecanisme care au suprafețe mari care efectuează vibrații mecanice de joasă frecvență (infrasunete de origine mecanică) sau fluxuri turbulente de gaze și lichide (infrasunete de origine aerodinamică sau hidrodinamică). Nivelurile maxime ale vibrațiilor acustice de joasă frecvență din surse industriale și de transport ajung la 100-110 dB.

6. Influenta infrasunetelor asupra corpului uman

Studiile asupra efectului biologic al infrasunetelor asupra organismului au arătat că la niveluri de la 110 la 150 dB sau mai mult, poate provoca senzații subiective neplăcute și numeroase modificări reactive la oameni, care includ modificări ale sistemului nervos central, cardiovascular și respirator și analizatorul vestibular . Există dovezi că infrasunetele cauzează pierderea auzului în primul rând la frecvențe joase și medii. Severitatea acestor modificări depinde de nivelul intensității infrasunetelor și de durata factorului.

Infrasunetele nu sunt deloc un fenomen descoperit recent. De fapt, este cunoscut organiștilor de peste 250 de ani. Multe catedrale și biserici au țevi de orgă atât de lungi încât produc un sunet cu o frecvență mai mică de 20 Hz, care nu este perceptibil de urechea umană. Dar, după cum au descoperit cercetătorii britanici, astfel de infrasunete pot insufla audienței diverse și nu foarte plăcute sentimente - melancolie, senzație de frig, anxietate, tremur la nivelul coloanei vertebrale. Oamenii expuși la infrasunete experimentează aproximativ aceleași senzații ca atunci când vizitează locuri în care au avut loc întâlniri cu fantome.

7. Anomalii infrasunete

Linia de coastă nord-americană din jurul Capului Hatteras, Peninsula Florida și insula Cuba formează un reflector gigant. O furtună care are loc în Oceanul Atlantic generează unde infrasonice, care, reflectate de acest reflector, sunt focalizate în zona Triunghiului Bermudelor. Dimensiunile colosale ale structurii de focalizare sugerează prezența unor zone în care vibrațiile infrasonice pot atinge valori semnificative, ceea ce este cauza fenomenelor anormale care au loc aici. După cum se știe, vibrațiile infrasonice puternice provoacă frică de panică la o persoană, împreună cu dorința de a evada dintr-un spațiu restrâns. În mod evident, acest comportament este o consecință a unei reacții „instinctive” la infrasunete dezvoltate în trecutul îndepărtat ca prevestitor al unui cutremur. Această reacție este cea care determină echipajul și pasagerii să-și părăsească nava în panică. Ei pot urca în bărci și pot înota departe de nava lor sau pot alerga pe punte și se aruncă peste bord. Dacă intensitatea infrasunetelor este foarte mare, ei pot muri chiar - dacă intră în rezonanță cu bioritmurile umane, infrasunetele de intensitate deosebit de mare pot provoca moartea instantanee.

Infrasunetele pot provoca vibrații rezonante ale catargelor navei, ducând la defectarea acestora (impactul infrasunetelor asupra elementelor structurale ale aeronavei poate duce la consecințe similare). Vibrațiile sonore de joasă frecvență pot provoca apariția de ceață groasă ("ca laptele") deasupra oceanului, care apare rapid și, de asemenea, dispare rapid. Și, în sfârșit, infrasunetele cu o frecvență de 5-7 herți pot rezona cu pendulul unui ceas mecanic, de mână, care are aceeași perioadă de oscilație.

Evident, structuri de focalizare similare există și în alte zone ale globului. Aparent, panica provocată de vibrațiile infrasonice intense într-una dintre aceste structuri a servit drept „punct de plecare” al mitului sirenelor...

Infrasunetele se pot propaga sub apă, iar structura de focalizare poate fi formată de topografia inferioară. Sursa vibrațiilor infrasonice poate fi vulcanii subacvatici și cutremure. Desigur, forma reflectorilor „peisaj” este foarte departe de a fi perfectă. Prin urmare, ar trebui să vorbim despre un sistem de elemente reflectorizante, specifice fiecărui caz. Cu dimensiuni proporționale cu lungimea de undă, structura poate fi rezonantă.

8. Animale care folosesc infrasunetele

Oamenii de știință americani au descoperit că tigrii și elefanții folosesc nu numai mârâieli, torcări sau hohote și strigăte de trâmbiță pentru a comunica între ei, ci și infrasunete, adică semnale sonore de foarte joasă frecvență care sunt inaudibile de urechea umană. Potrivit oamenilor de știință, infrasunetele le permit animalelor să mențină comunicarea la o distanță de până la 8 kilometri, deoarece propagarea semnalelor infrasunetelor este aproape insensibilă la interferențele cauzate de teren și depinde puțin de vreme și de factorii climatici, cum ar fi umiditatea aerului.

Acum, oamenii de știință intenționează să afle dacă spectrele de frecvență ale vocilor tigrului au caracteristici individuale care le permit să identifice animalele. Acest lucru ar facilita foarte mult contabilitatea efectivelor lor.

În timp ce studia comportamentul unui grup de elefanți la Grădina Zoologică din Portland din Oregon, un grup de cercetători „a simțit” vibrații neobișnuite în aer. Folosind un sistem electronic de detectare a sunetului sofisticat, cercetătorii au descoperit că acestea sunt unde infrasonice emise de elefanți. În timp ce observau elefanți în libertate în Kenya, cercetătorii care foloseau același echipament au înregistrat exact același tip de valuri. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că animalele folosesc sunete de joasă frecvență pentru a comunica între ele pe o distanță de câțiva kilometri.

Oamenii de știință speră în viitor, după ce au determinat semnificația semnalelor infrasunete, să treacă la etapa cea mai incitantă a experimentelor - stabilirea contactului cu elefanții cu ajutorul lor.

9. Perspective de utilizare a infrasunetelor

Acum, oamenii de știință dezvoltă un așa-numit „pistol infrasonic”. Undele sonore de joasă frecvență sunt planificate pentru a fi folosite aici ca „generator de panică”. În acest caz, infrasunetele este mult mai convenabil decât undele de înaltă frecvență, deoarece el însuși reprezintă o amenințare pentru sănătatea umană. Frecvențele sistemului nostru nervos și ale inimii se află în intervalul infrasunetelor - 6 Hz. Emularea acestor frecvențe duce la sănătate precară, frică nerezonabilă, panică, nebunie și, în cele din urmă, moarte.

10. Concluzie

După ce am finalizat această lucrare - adunând, procesând și rezumand o cantitate mare de material despre această problemă, am învățat multe despre natura sunetului. Despre pericolul pe care îl poate reprezenta pentru corpul uman și despre cât de larg poate fi folosit în gospodărie. Cea mai interesantă ipoteză pentru noi a fost despre natura „cuviinței”, uimirea oamenilor din templu. Considerăm foarte promițătoare cercetarea metodelor de comunicare cu animale și, desigur, utilizarea infrasunetelor pentru a prezice locația și ora viitoarelor erupții și cutremure.

Ultrasunetele este un sunet aflat în intervalul peste limita audibilității umane, adică. cu o frecvență a undelor sonore peste 20 kHz.

Infrasunetele este un sunet în intervalul sub limita audibilității umane, adică. cu o frecvență a undelor sonore mai mică de 20 Hz.

Ultrasunete, infrasunete și oameni

Gradul de severitate al modificărilor depinde de intensitatea și durata expunerii la ultrasunete și crește în prezența zgomotului de înaltă frecvență în spectru, în timp ce se adaugă o pierdere pronunțată a auzului. Dacă contactul cu ultrasunetele continuă, aceste tulburări devin mai persistente.

Sub influența ultrasunetelor locale apar fenomene de polinevrita vegetativă a mâinilor (mai rar a picioarelor) cu diferite grade de severitate, până la dezvoltarea parezei mâinilor și antebrațelor și disfuncție vegetativ-vasculară.

Natura modificărilor care apar în organism sub influența ultrasunetelor depinde de doza de expunere.

Doze mici - nivelul sonor 80-90 dB - dau un efect de stimulare - micromasaj, accelerarea proceselor metabolice. Dozele mari - niveluri de sunet de 120 dB sau mai mult - au un efect dăunător.

Baza pentru prevenirea efectelor adverse ale ultrasunetelor asupra persoanelor care deservesc instalatiile cu ultrasunete este reglementarea igienica.

În conformitate cu GOST 12.1.01-89 „Ultrasunete. Cerințe generale de siguranță”, „Standarde sanitare și reguli pentru lucrul la instalații industriale cu ultrasunete” (Nr. 1733-77), nivelurile de presiune sonoră în regiunea de înaltă frecvență a sunetelor audibile și ultrasunetele la locul de muncă sunt limitate (de la 80 la 110 dB la frecvențe medii geometrice de benzi de o treime de octavă de la 12,5 la 100 kHz).

Ultrasunetele transmise prin contact sunt reglementate de „Normele și regulile sanitare pentru lucrul cu echipamente care creează ultrasunete transmise prin contact cu mâinile lucrătorilor” Nr. 2282-80.

Măsurile de prevenire a efectelor adverse ale ultrasunetelor asupra organismului operatorilor instalațiilor tehnologice și personalului sălilor de tratament și diagnostic constau în primul rând în realizarea unor măsuri cu caracter tehnic. Acestea includ crearea de echipamente cu ultrasunete automatizate, controlate de la distanță; utilizarea echipamentelor de putere redusă ori de câte ori este posibil, ceea ce ajută la reducerea intensității zgomotului și a ultrasunetelor la locul de muncă cu 20-40 dB; amplasarea echipamentelor în încăperi izolate fonic sau încăperi telecomandate; echipamente de izolare fonică, carcase, ecrane din tablă de oțel sau duraluminiu, acoperite cu cauciuc, mastic anti-zgomot și alte materiale.

Atunci când proiectați instalații cu ultrasunete, este recomandabil să utilizați frecvențe de operare care sunt cele mai îndepărtate de domeniul audibil - nu mai mici de 22 kHz.

Pentru a elimina expunerea la ultrasunete atunci când intră în contact cu medii lichide și solide, este necesar să se instaleze un sistem care să oprească automat traductoarele cu ultrasunete în timpul operațiunilor în care contactul este posibil (de exemplu, încărcarea și descărcarea materialelor). Pentru a proteja mâinile de acțiunea de contact a ultrasunetelor, se recomandă utilizarea unui instrument special de lucru cu un mâner izolator de vibrații.

Dacă, din motive de producție, este imposibil să se reducă nivelul de zgomot și intensitatea ultrasunetelor la valori acceptabile, este necesar să se folosească echipament individual de protecție - protecție împotriva zgomotului, mănuși de cauciuc cu căptușeală din bumbac etc.

Dezvoltarea tehnologiei și a vehiculelor, îmbunătățirea proceselor și echipamentelor tehnologice sunt însoțite de o creștere a puterii și dimensiunilor mașinilor, ceea ce determină tendința de creștere a componentelor de joasă frecvență în spectre și apariția infrasunetelor, care este o factor nou, nu pe deplin studiat în mediul de producție.

Infrasunetele este numele dat vibrațiilor acustice care apar frecvent! sub 20 Hz. Acest interval de frecvențe se află sub pragul audibilității, iar urechea umană nu este capabilă să perceapă vibrațiile acestor frecvențe.

Infrasunetele industriale apar datorită acelorași procese ca și zgomotul de frecvențe audibile. Cea mai mare intensitate a vibrațiilor infrasonice este creată de mașini și mecanisme care au suprafețe mari care efectuează vibrații mecanice de joasă frecvență (infrasunete de origine mecanică) sau fluxuri turbulente de gaze și lichide (infrasunete de origine aerodinamică sau hidrodinamică).

Nivelurile maxime ale vibrațiilor acustice de joasă frecvență din surse industriale și de transport ajung la 100-110 dB.

Studiile asupra efectelor biologice ale infrasunetelor asupra organismului au arătat că la niveluri de la 110 la 150 dB sau mai mult, poate provoca senzații subiective neplăcute și numeroase modificări reactive la oameni, care includ modificări ale sistemului nervos central, cardiovascular și respirator și analizatorul vestibular . Există dovezi că infrasunetele cauzează pierderea auzului în primul rând la frecvențe joase și medii. Severitatea acestor modificări depinde de nivelul intensității infrasunetelor și de durata factorului.

În conformitate cu Standardele de igienă pentru infrasunetele la locurile de muncă (Nr. 2274-80), pe baza naturii spectrului, infrasunetele sunt împărțite în bandă largă și armonice. Natura armonică a spectrului este stabilită în benzi de frecvență de octave prin excesul nivelului dintr-o bandă față de cele învecinate cu cel puțin 10 dB.

În funcție de caracteristicile sale temporale, infrasunetele sunt împărțite în constante și non-constante.

Caracteristicile normalizate ale infrasunetelor la locurile de muncă sunt nivelurile presiunii sonore în decibeli în benzi de frecvență de octave cu frecvențe medii geometrice de 2, 4, 8, 16 Hz.

Nivelurile acceptabile de presiune sonoră sunt 105 dB în benzile de octave de 2, 4, 8, 16 Hz și 102 dB în banda de octave de 31,5 Hz. În acest caz, nivelul total al presiunii sonore nu trebuie să depășească 110 dB Lin.

Pentru infrasunetele neconstante, caracteristica normalizată este nivelul general al presiunii sonore.

Cel mai eficient și practic singurul mijloc de combatere a infrasunetelor este reducerea lui la sursă. Atunci când alegeți modele, ar trebui să se acorde preferință mașinilor de dimensiuni mici, cu rigiditate ridicată, deoarece în structurile cu suprafețe plane de suprafață mare și rigiditate scăzută, sunt create condiții pentru generarea de infrasunete. Lupta împotriva infrasunetelor la sursă trebuie efectuată în direcția schimbării modului de funcționare al echipamentului tehnologic - creșterea vitezei acestuia (de exemplu, creșterea numărului de curse de lucru ale mașinilor de forjare și presare, astfel încât frecvența principală a impulsurilor de putere se află în afara domeniului infrasunetelor).

Trebuie luate măsuri pentru reducerea intensității proceselor aerodinamice - limitarea vitezei vehiculelor, reducerea debitelor de lichide (motoare de avioane și rachete, motoare cu ardere internă, sisteme de descărcare a aburului centralelor termice etc.).

În lupta împotriva infrasunetelor de-a lungul căilor de propagare, bruiajele de tip interferență au un anumit efect, de obicei în prezența unor componente discrete în spectrul infrasunetelor.

Fundamentarea teoretică recentă a fluxului de procese neliniare în absorbantele de tip rezonant deschide modalități reale de proiectare a panourilor și carcaselor fonoabsorbante care sunt eficiente în regiunea de joasă frecvență.

Ca echipament de protecție personală, se recomandă utilizarea căștilor și dopurilor pentru urechi care protejează urechea de efectele adverse ale zgomotului însoțitor.

Măsurile de prevenire organizaționale ar trebui să includă respectarea programului de muncă și odihnă și interzicerea orelor suplimentare. La contactul cu ultrasunetele mai mult de 50% din timpul de lucru, se recomandă pauze de 15 minute la fiecare 1,5 ore de lucru. Un efect semnificativ este obținut printr-un complex de proceduri fizioterapeutice - masaj, iradiere UT, proceduri cu apă, vitaminizare etc.

Sonar pentru delfini.

Faptul că delfinii au auzul dezvoltat neobișnuit este cunoscut de zeci de ani. Volumele acelor părți ale creierului care gestionează funcțiile auditive sunt de zeci (!) de ori mai mari decât la oameni (în ciuda faptului că volumul total al creierului este aproximativ același). Delfinul este capabil să perceapă frecvențe ale vibrațiilor sonore de 10 ori mai mari (până la 150 kHz) decât oamenii (până la 15-18 kHz) și aude sunete a căror putere este de 10-30 de ori mai mică decât cea a sunetelor accesibile auzului uman, precum Oricât de bună este viziunea unui delfin, capacitățile sale sunt limitate din cauza transparenței scăzute a apei. Prin urmare, delfinul primește informații de bază despre împrejurimile sale prin auz. În același timp, folosește locația activă: ascultă ecoul care apare atunci când sunetele pe care le scoate sunt reflectate de obiectele din jur. Ecoul îi oferă informații precise nu numai despre poziția obiectelor, ci și despre dimensiunea, forma și materialul acestora. Cu alte cuvinte, auzul permite delfinului să perceapă lumea din jurul lui nu mai rău sau chiar mai bine decât vederea.

1. Emițătoare și receptoare de ultrasunete.

2. Absorbția ultrasunetelor într-o substanță. Fluxuri acustice și cavitație.

3. Reflexia ultrasunetelor. Vedere sonoră.

4. Efectul biofizic al ultrasunetelor.

5. Utilizarea ultrasunetelor în medicină: terapie, chirurgie, diagnosticare.

6. Infrasunetele și sursele sale.

7. Impactul infrasunetelor asupra oamenilor. Utilizarea infrasunetelor în medicină.

8. Concepte și formule de bază. Mese.

9. Sarcini.

Ecografie - vibratii elastice si unde cu frecvente de la aproximativ 20x10 3 Hz (20 kHz) la 10 9 Hz (1 GHz). Gama de frecvență a ultrasunetelor de la 1 la 1000 GHz este denumită în mod obișnuit hipersunet. Frecvențele ultrasunetelor sunt împărțite în trei intervale:

ULF - ultrasunete de joasă frecvență (20-100 kHz);

USCh - ultrasunete cu frecvență medie (0,1-10 MHz);

UHF - ultrasunete de înaltă frecvență (10-1000 MHz).

Fiecare gamă are propriile sale caracteristici de utilizare medicală.

5.1. Emițători și receptori de ultrasunete

Electromecanic emițătoriȘi receptoare cu ultrasunete utilizați fenomenul efectului piezoelectric, a cărui esență este ilustrată în Fig. 5.1.

Dielectricii cristalini precum cuarțul, sarea Rochelle etc. au proprietăți piezoelectrice pronunțate.

Emițători de ultrasunete

Electromecanic Emițător de ultrasunete folosește fenomenul efectului piezoelectric invers și este format din următoarele elemente (Fig. 5.2):

Orez. 5.1. A - efect piezoelectric direct: compresia și întinderea plăcii piezoelectrice duce la apariția unei diferențe de potențial a semnului corespunzător;

b - efect piezoelectric invers:în funcţie de semnul diferenţei de potenţial aplicat plăcii piezoelectrice, aceasta este comprimată sau întinsă

Orez. 5.2. Emițător de ultrasunete

1 - plăci dintr-o substanță cu proprietăți piezoelectrice;

2 - electrozi depuși pe suprafața sa sub formă de straturi conductoare;

3 - un generator care furnizează electrozilor o tensiune alternativă cu frecvența necesară.

Atunci când electrozii (2) de la generatorul (3) se aplică tensiune alternativă, placa (1) suferă întindere și compresie periodică. Apar oscilații forțate, a căror frecvență este egală cu frecvența modificărilor de tensiune. Aceste vibrații sunt transmise particulelor din mediu, creând o undă mecanică cu frecvența corespunzătoare. Amplitudinea oscilațiilor particulelor mediului din apropierea emițătorului este egală cu amplitudinea oscilațiilor plăcii.

Caracteristicile ultrasunetelor includ posibilitatea de a obține unde de intensitate mare chiar și cu amplitudini de vibrație relativ mici, deoarece la o amplitudine dată densitatea

Orez. 5.3. Focalizarea unui fascicul de ultrasunete în apă cu o lentilă de plexiglas plan-concava (frecvența ultrasunetelor 8 MHz)

fluxul de energie este proporțional frecvența pătrată(vezi formula 2.6). Intensitatea maximă a radiației ultrasunete este determinată de proprietățile materialului emițătorilor, precum și de caracteristicile condițiilor de utilizare a acestora. Intervalul de intensitate pentru generația SUA în regiunea USF este extrem de larg: de la 10 -14 W/cm2 la 0,1 W/cm2.

În multe scopuri, sunt necesare intensități semnificativ mai mari decât cele care pot fi obținute de la suprafața emițătorului. În aceste cazuri, puteți utiliza focalizarea. Figura 5.3 prezintă focalizarea ultrasunetelor folosind o lentilă din plexiglas. Pentru obtinerea foarte larg intensitățile ultrasunetelor folosesc metode de focalizare mai complexe. Astfel, la focarul unui paraboloid, ai cărui pereți interiori sunt formați dintr-un mozaic de plăci de cuarț sau piezoceramice de titanit de bariu, la o frecvență de 0,5 MHz se pot obține intensități ultrasunete de până la 10 5 W/cm2. in apa.

Receptoare cu ultrasunete

Electromecanic Receptoare cu ultrasunete(Fig. 5.4) utilizează fenomenul efectului piezoelectric direct. În acest caz, sub influența unei unde ultrasonice, apar vibrații ale plăcii de cristal (1),

Orez. 5.4. Receptor cu ultrasunete

în urma căreia pe electrozii (2) apare o tensiune alternativă, care este înregistrată de sistemul de înregistrare (3).

În majoritatea dispozitivelor medicale, un generator de unde ultrasonice este, de asemenea, utilizat ca receptor.

5.2. Absorbția ultrasunetelor într-o substanță. Fluxuri acustice și cavitație

În esența sa fizică, ultrasunetele nu diferă de sunet și este o undă mecanică. Pe măsură ce se răspândește, se formează zone alternative de condensare și rarefiere a particulelor de mediu. Viteza de propagare a ultrasunetelor și a sunetului în medii este aceeași (în aer ~ 340 m/s, în apă și țesuturi moi ~ 1500 m/s). Cu toate acestea, intensitatea mare și lungimea scurtă a undelor ultrasonice dau naștere la o serie de caracteristici specifice.

Când ultrasunetele se propagă într-o substanță, are loc o tranziție ireversibilă a energiei undei sonore în alte tipuri de energie, în principal în căldură. Acest fenomen se numește absorbția sunetului. Scăderea amplitudinii vibrațiilor particulelor și a intensității ultrasunetelor datorită absorbției este exponențială:

unde A, A 0 sunt amplitudinile vibrațiilor particulelor mediului la suprafața substanței și la o adâncime h; I, I 0 - intensitățile corespunzătoare ale undei ultrasonice; α - coeficient de absorbție, in functie de frecventa undei ultrasonice, temperatura si proprietatile mediului.

Coeficient de absorbție - inversul distanței la care amplitudinea undei sonore scade cu un factor de „e”.

Cu cât coeficientul de absorbție este mai mare, cu atât mediul absoarbe ultrasunetele mai puternic.

Coeficientul de absorbție (α) crește odată cu creșterea frecvenței ultrasunetelor. Prin urmare, atenuarea ultrasunetelor într-un mediu este de multe ori mai mare decât atenuarea sunetului audibil.

Împreună cu coeficient de absorbție, Absorbția cu ultrasunete este, de asemenea, utilizată ca caracteristică adâncimea de semiabsorbție(H), care este legat de acesta printr-o relație inversă (H = 0,347/α).

Adâncime de absorbție pe jumătate(H) este adâncimea la care intensitatea undei ultrasunete este înjumătățită.

Valorile coeficientului de absorbție și adâncimii de semiabsorbție în diferite țesuturi sunt prezentate în tabel. 5.1.

În gaze și, în special, în aer, ultrasunetele se propagă cu atenuare mare. Lichidele și solidele (în special monocristalele) sunt, de regulă, buni conductori ai ultrasunetelor, iar atenuarea în ele este mult mai mică. De exemplu, în apă, atenuarea ultrasunetelor, celelalte lucruri fiind egale, este de aproximativ 1000 de ori mai mică decât în aer. Prin urmare, domeniile de utilizare ale frecvenței ultrasonice și frecvenței ultrasonice se referă aproape exclusiv la lichide și solide, iar în aer și gaze se utilizează doar frecvența ultrasonică.

Degajare de căldură și reacții chimice

Absorbția ultrasunetelor de către o substanță este însoțită de trecerea energiei mecanice în energia internă a substanței, ceea ce duce la încălzirea acesteia. Cea mai intensă încălzire are loc în zonele adiacente interfețelor, când coeficientul de reflexie este aproape de unitate (100%). Acest lucru se datorează faptului că, ca urmare a reflexiei, intensitatea undei de lângă graniță crește și, în consecință, crește cantitatea de energie absorbită. Acest lucru poate fi verificat experimental. Trebuie să atașați emițătorul de ultrasunete la mâna udă. Curând, apare o senzație (asemănătoare cu durerea de la o arsură) pe partea opusă a palmei, cauzată de ultrasunetele reflectate de interfața piele-aer.

Țesuturile cu o structură complexă (plămânii) sunt mai sensibile la încălzirea cu ultrasunete decât țesuturile omogene (ficatul). Relativ multă căldură este generată la interfața dintre țesutul moale și os.

Încălzirea locală a țesuturilor cu o fracțiune de grad promovează activitatea vitală a obiectelor biologice și crește intensitatea proceselor metabolice. Cu toate acestea, expunerea prelungită poate provoca supraîncălzire.

În unele cazuri, ultrasunetele focalizate sunt folosite pentru a influența local structurile individuale ale corpului. Acest efect face posibilă atingerea hipertermiei controlate, de ex. încălzirea la 41-44 °C fără supraîncălzirea țesuturilor adiacente.

Creșterea temperaturii și căderile mari de presiune care însoțesc trecerea ultrasunetelor pot duce la formarea de ioni și radicali care pot interacționa cu moleculele. În acest caz, pot apărea reacții chimice care nu sunt fezabile în condiții normale. Efectul chimic al ultrasunetelor se manifestă, în special, prin scindarea unei molecule de apă în radicali H + și OH -, urmată de formarea peroxidului de hidrogen H 2 O 2.

Fluxuri acustice și cavitație

Undele ultrasunete de mare intensitate sunt însoțite de o serie de efecte specifice. Astfel, propagarea undelor ultrasonice în gaze și lichide este însoțită de mișcarea mediului, care se numește flux acustic (Fig. 5.5, A). La frecvențe din domeniul de frecvență ultrasonic într-un câmp ultrasonic cu o intensitate de câțiva W/cm2, poate apărea țâșnire de lichid (Fig. 5.5, b)și pulverizarea acestuia pentru a forma o ceață foarte fină. Această caracteristică a propagării ultrasunetelor este utilizată în inhalatoarele cu ultrasunete.

Printre fenomenele importante care apar atunci când ultrasunetele intense se propagă în lichide este cea acustică cavitație - creșterea bulelor din cele existente într-un câmp ultrasonic

Orez. 5.5. a) fluxul acustic care apare atunci când ultrasunetele se propagă la o frecvență de 5 MHz în benzen; b) o fântână de lichid formată când un fascicul de ultrasunete cade din interiorul lichidului pe suprafața acestuia (frecvența ultrasunetelor 1,5 MHz, intensitate 15 W/cm2)

nuclee submicroscopice de gaz sau vapori în lichide cu dimensiunea de până la o fracțiune de mm, care încep să pulseze la o frecvență ultrasonică și să se prăbușească în faza de presiune pozitivă. Când bulele de gaz se prăbușesc, presiuni locale mari de ordinul a mii de atmosfere sferic unde de soc. Un efect mecanic atât de intens asupra particulelor conținute într-un lichid poate duce la o varietate de efecte, inclusiv cele distructive, chiar și fără influența efectului termic al ultrasunetelor. Efectele mecanice sunt deosebit de semnificative atunci când sunt expuse la ultrasunete focalizate.

O altă consecință a prăbușirii bulelor de cavitație este încălzirea puternică a conținutului acestora (până la o temperatură de aproximativ 10.000 °C), însoțită de ionizarea și disocierea moleculelor.

Fenomenul de cavitație este însoțit de eroziunea suprafețelor de lucru ale emițătorilor, deteriorarea celulelor etc. Cu toate acestea, acest fenomen duce și la o serie de efecte benefice. De exemplu, în zona cavitației, are loc o amestecare crescută a substanței, care este utilizată pentru prepararea emulsiilor.

5.3. Reflexia cu ultrasunete. Vedere sonoră

Ca toate tipurile de unde, ultrasunetele se caracterizează prin fenomene de reflexie și refracție. Cu toate acestea, aceste fenomene sunt vizibile numai atunci când dimensiunea neomogenităților este comparabilă cu lungimea de undă. Lungimea undei ultrasonice este semnificativ mai mică decât lungimea undei sonore (λ = v/v). Astfel, lungimile undelor sonore și ultrasonice în țesuturile moi la frecvențe de 1 kHz și respectiv 1 MHz sunt egale: λ = 1500/1000 = 1,5 m;

1500/1.000.000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. În conformitate cu cele de mai sus, un corp cu o dimensiune de 10 cm practic nu reflectă sunetul cu o lungime de undă de λ = 1,5 m, ci este un reflector pentru o undă ultrasonică cu λ = 1,5 mm.

Eficiența de reflexie este determinată nu numai de relațiile geometrice, ci și de coeficientul de reflexie r, care depinde de raport rezistența la undă a mediilor x(vezi formulele 3.8, 3.9):

Pentru valorile lui x apropiate de 0, reflexia este aproape completă. Acesta este un obstacol în calea transferului ultrasunetelor din aer la țesuturile moi (x = 3x10 -4, r= 99,88%). Dacă un emițător de ultrasunete este aplicat direct pe pielea unei persoane, ultrasunetele nu vor pătrunde în interior, ci vor fi reflectate de un strat subțire de aer între emițător și piele. În acest caz, valori mici X joacă un rol negativ. Pentru a elimina stratul de aer, suprafața pielii este acoperită cu un strat de lubrifiant adecvat (jeleu de apă), care acționează ca un mediu de tranziție care reduce reflexia. Dimpotrivă, pentru a detecta neomogenități în valori medii, mici X sunt un factor pozitiv.

Valorile coeficientului de reflexie la limitele diferitelor țesuturi sunt date în tabel. 5.2.

Intensitatea semnalului reflectat recepționat depinde nu numai de mărimea coeficientului de reflexie, ci și de gradul de absorbție a ultrasunetelor de către mediul în care se propagă. Absorbția unei unde ultrasonice duce la faptul că semnalul de eco reflectat dintr-o structură situată în adâncime este mult mai slab decât cel format atunci când este reflectat dintr-o structură similară situată în apropierea suprafeței.

Pe baza reflectării undelor ultrasonice din neomogenități viziune sonora, utilizat în examenele medicale cu ultrasunete (ultrasunete). În acest caz, ultrasunetele reflectate din neomogenități (organe individuale, tumori) sunt transformate în vibrații electrice, iar acestea din urmă în lumină, ceea ce vă permite să vedeți anumite obiecte pe ecran într-un mediu opac la lumină. Figura 5.6 prezintă o imagine

Orez. 5.6. Imagine a unui făt uman în vârstă de 17 săptămâni, obținută folosind ultrasunete de 5 MHz

făt uman în vârstă de 17 săptămâni, obținut cu ajutorul ultrasunetelor.

A fost creat un microscop cu ultrasunete la frecvențe din domeniul ultrasonic - un dispozitiv similar cu un microscop convențional, al cărui avantaj față de un microscop optic este că pentru cercetarea biologică nu este necesară o colorare preliminară a obiectului. Figura 5.7 prezintă fotografii ale globulelor roșii obținute cu microscoape optice și cu ultrasunete.

Orez. 5.7. Fotografii ale globulelor roșii obținute prin microscoape optice (a) și cu ultrasunete (b).

Pe măsură ce frecvența undelor ultrasonice crește, rezoluția crește (pot fi detectate neomogenități mai mici), dar capacitatea lor de penetrare scade, adică. adâncimea la care structurile de interes pot fi examinate scade. Prin urmare, frecvența ultrasunetelor este aleasă astfel încât să combine rezoluția suficientă cu profunzimea necesară a investigației. Astfel, pentru examinarea cu ultrasunete a glandei tiroide, situată direct sub piele, se folosesc unde cu o frecvență de 7,5 MHz, iar pentru examinarea organelor abdominale se utilizează o frecvență de 3,5-5,5 MHz. În plus, se ține cont și de grosimea stratului de grăsime: pentru copiii subțiri se folosește o frecvență de 5,5 MHz, iar pentru copiii supraponderali și adulți se folosește o frecvență de 3,5 MHz.

5.4. Efectul biofizic al ultrasunetelor

Când ultrasunetele acționează asupra obiectelor biologice din organele și țesuturile iradiate la distanțe egale cu jumătate din lungimea de undă, pot apărea diferențe de presiune de la unități la zeci de atmosfere. Astfel de impacturi intense duc la o varietate de efecte biologice, a căror natură fizică este determinată de acțiunea combinată a fenomenelor mecanice, termice și fizico-chimice care însoțesc propagarea ultrasunetelor în mediu.

Efectele generale ale ultrasunetelor asupra țesuturilor și asupra corpului în ansamblu

Efectul biologic al ultrasunetelor, de ex. modificările produse în activitatea de viață și în structurile obiectelor biologice atunci când sunt expuse la ultrasunete sunt determinate în principal de intensitatea și durata iradierii acesteia și pot avea atât efecte pozitive, cât și negative asupra activității de viață a organismelor. Astfel, vibrațiile mecanice ale particulelor care apar la intensități ultrasunete relativ scăzute (până la 1,5 W/cm2) produc un fel de micromasaj al țesuturilor, favorizând un metabolism mai bun și o mai bună aprovizionare a țesuturilor cu sânge și limfă. Încălzirea locală a țesuturilor prin fracțiuni și unități de grade, de regulă, promovează activitatea vitală a obiectelor biologice, crescând intensitatea proceselor metabolice. Unde cu ultrasunete micȘi in medie intensitățile provoacă efecte biologice pozitive în țesuturile vii, stimulând apariția proceselor fiziologice normale.

Utilizarea cu succes a ultrasunetelor la aceste intensități este utilizată în neurologie pentru reabilitarea bolilor precum radiculita cronică, poliartrita, nevrita și nevralgia. Ultrasunetele sunt utilizate în tratamentul bolilor coloanei vertebrale și articulațiilor (distrugerea depozitelor de sare din articulații și cavități); în tratamentul diferitelor complicații după afectarea articulațiilor, ligamentelor, tendoanelor etc.

Ultrasunetele de mare intensitate (3-10 W/cm2) au un efect dăunător asupra organelor individuale și asupra corpului uman în ansamblu. Intensitatea mare a ultrasunetelor poate provoca

în medii biologice de cavitație acustică, însoțită de distrugerea mecanică a celulelor și țesuturilor. Expunerea intensă pe termen lung la ultrasunete poate duce la supraîncălzirea structurilor biologice și distrugerea acestora (denaturarea proteinelor etc.). Expunerea la ultrasunete intense poate avea și consecințe pe termen lung. De exemplu, cu expunerea prelungită la ultrasunete cu o frecvență de 20-30 kHz, care apare în unele condiții industriale, o persoană dezvoltă tulburări ale sistemului nervos, oboseala crește, temperatura crește semnificativ și apare tulburări de auz.

Ultrasunetele foarte intense sunt fatale pentru oameni. Astfel, în Spania, 80 de voluntari au fost expuși la motoare cu ultrasunete turbulente. Rezultatele acestui experiment barbar au fost dezastruoase: 28 de oameni au murit, restul au fost paralizați complet sau parțial.

Efectul termic produs de ultrasunetele de mare intensitate poate fi foarte semnificativ: la iradierea cu ultrasunete la o putere de 4 W/cm2 timp de 20 s, temperatura tesuturilor corpului la o adancime de 2-5 cm creste cu 5-6 °C.

Pentru a preveni îmbolnăvirile profesionale în rândul persoanelor care lucrează la instalații cu ultrasunete, atunci când este posibil contactul cu surse de vibrații ultrasonice, este necesar să se folosească 2 perechi de mănuși pentru protejarea mâinilor: cauciuc exterior și bumbac interior.

Efectul ultrasunetelor la nivel celular

Efectul biologic al ultrasunetelor se poate baza și pe efecte fizico-chimice secundare. Astfel, în timpul formării fluxurilor acustice, poate apărea amestecarea structurilor intracelulare. Cavitația duce la ruperea legăturilor moleculare din biopolimeri și alți compuși vitali și la dezvoltarea reacțiilor redox. Ultrasunetele măresc permeabilitatea membranelor biologice, drept urmare procesele metabolice sunt accelerate datorită difuziei. O modificare a fluxului de diferite substanțe prin membrana citoplasmatică duce la o modificare a compoziției mediului intracelular și a micromediului celular. Acest lucru afectează rata reacțiilor biochimice care implică enzime care sunt sensibile la conținutul anumitor sau

alți ioni. În unele cazuri, o modificare a compoziției mediului din interiorul unei celule poate duce la o accelerare a reacțiilor enzimatice, care se observă atunci când celulele sunt expuse la ultrasunete de intensitate scăzută.

Multe enzime intracelulare sunt activate de ionii de potasiu. Prin urmare, odată cu creșterea intensității ultrasunetelor, efectul de suprimare a reacțiilor enzimatice în celulă devine mai probabil, deoarece, ca urmare a depolarizării membranelor celulare, concentrația ionilor de potasiu în mediul intracelular scade.

Efectul ultrasunetelor asupra celulelor poate fi însoțit de următoarele fenomene:

Încălcarea micromediului membranelor celulare sub formă de modificări ale gradienților de concentrație a diferitelor substanțe din apropierea membranelor, modificări ale vâscozității mediului în interiorul și în afara celulei;

Modificări ale permeabilității membranelor celulare sub formă de accelerare a difuziei normale și facilitate, modificări ale eficienței transportului activ, perturbarea structurii membranei;

Încălcarea compoziției mediului intracelular sub formă de modificări ale concentrației diferitelor substanțe din celulă, modificări ale vâscozității;

Modificări ale vitezei reacțiilor enzimatice din celulă datorită modificărilor concentrațiilor optime de substanțe necesare funcționării enzimelor.

O modificare a permeabilității membranelor celulare este un răspuns universal la expunerea la ultrasunete, indiferent care dintre factorii de ultrasunete care acționează asupra celulei domină într-un anumit caz.

La o intensitate suficient de mare a ultrasunetelor, are loc distrugerea membranei. Cu toate acestea, diferite celule au rezistență diferită: unele celule sunt distruse la o intensitate de 0,1 W/cm2, altele la 25 W/cm2.

Într-un anumit interval de intensitate, efectele biologice observate ale ultrasunetelor sunt reversibile. Limita superioară a acestui interval de 0,1 W/cm2 la o frecvență de 0,8-2 MHz este acceptată drept prag. Depășirea acestei limite duce la modificări distructive pronunțate ale celulelor.

Distrugerea microorganismelor

Iradierea cu ultrasunete cu o intensitate ce depășește pragul de cavitație este folosită pentru a distruge bacteriile și virușii prezenți în lichid.

5.5. Utilizarea ultrasunetelor în medicină: terapie, chirurgie, diagnosticare

Deformațiile sub influența ultrasunetelor sunt utilizate la măcinarea sau dispersarea mediilor.

Fenomenul de cavitație este utilizat pentru obținerea de emulsii de lichide nemiscibile și pentru curățarea metalelor de calcar și pelicule grase.

Terapia cu ultrasunete

Efectul terapeutic al ultrasunetelor este determinat de factori mecanici, termici și chimici. Acțiunea lor combinată îmbunătățește permeabilitatea membranei, dilată vasele de sânge, îmbunătățește metabolismul, ceea ce ajută la restabilirea stării de echilibru a organismului. Un fascicul de ultrasunete dozat poate fi utilizat pentru a efectua un masaj blând al inimii, plămânilor și altor organe și țesuturi.

În otolaringologie, ultrasunetele afectează timpanul și mucoasa nazală. În acest fel, se realizează reabilitarea nasului care curge cronic și a bolilor cavităților maxilare.

FONOFOREZA - introducerea de substanțe medicinale în țesuturi prin porii pielii cu ajutorul ultrasunetelor. Această metodă este similară cu electroforeza, cu toate acestea, spre deosebire de un câmp electric, un câmp ultrasonic mișcă nu numai ionii, ci și neîncărcat particule. Sub influența ultrasunetelor, permeabilitatea membranelor celulare crește, ceea ce facilitează pătrunderea medicamentelor în celulă, în timp ce cu electroforeză, medicamentele sunt concentrate în principal între celule.

AUTOHEMOTERAPIE - injectarea intramusculară a propriului sânge al unei persoane prelevat dintr-o venă. Această procedură se dovedește a fi mai eficientă dacă sângele prelevat este iradiat cu ultrasunete înainte de perfuzie.

Iradierea cu ultrasunete crește sensibilitatea celulelor la efectele substanțelor chimice. Acest lucru vă permite să creați mai puțin dăunătoare

vaccinuri, deoarece la fabricarea lor pot fi utilizați reactivi chimici de concentrație mai mică.

Expunerea preliminară la ultrasunete sporește efectul iradierii γ și cu microunde asupra tumorilor.

În industria farmaceutică, ultrasunetele sunt folosite pentru a produce emulsii și aerosoli din anumite substanțe medicinale.

În fizioterapie, ultrasunetele sunt utilizate pentru impactul local, efectuat cu un emițător adecvat, aplicat contact printr-o bază de unguent pe o anumită zonă a corpului.

Chirurgie cu ultrasunete

Chirurgia cu ultrasunete este împărțită în două tipuri, dintre care unul este asociat cu efectul vibrațiilor sonore asupra țesutului, al doilea cu aplicarea vibrațiilor ultrasonice la un instrument chirurgical.

Distrugerea tumorilor. Mai multe emițătoare montate pe corpul pacientului emit fascicule de ultrasunete care se concentrează asupra tumorii. Intensitatea fiecărui fascicul nu este suficientă pentru a deteriora țesutul sănătos, dar în locul în care fasciculele converg, intensitatea crește și tumora este distrusă de cavitație și căldură.

În urologie, folosind acțiunea mecanică a ultrasunetelor, ei zdrobesc pietrele în tractul urinar și astfel salvează pacienții de la operații.

Sudarea țesuturilor moi. Dacă puneți împreună două vase de sânge tăiate și le apăsați împreună, se va forma o sudură după iradiere.

Sudarea oaselor(osteosinteză cu ultrasunete). Zona de fractură este umplută cu țesut osos zdrobit amestecat cu un polimer lichid (ciacrină), care polimerizează rapid sub influența ultrasunetelor. După iradiere, se formează o sudură puternică, care se dizolvă treptat și este înlocuită cu țesut osos.

Aplicarea vibrațiilor ultrasonice la instrumentele chirurgicale(bisturii, pile, ace) reduce semnificativ forțele de tăiere, reduce durerea și are efecte hemostatice și de sterilizare. Amplitudinea vibrației sculei de tăiere la o frecvență de 20-50 kHz este de 10-50 microni. Bisturiile cu ultrasunete fac posibilă efectuarea de operații în organele respiratorii fără a deschide pieptul,

operații la esofag și vasele de sânge. Prin introducerea unui bisturiu ultrasonic lung și subțire într-o venă, îngroșările de colesterol din vas pot fi distruse.

Sterilizarea. Efectul distructiv al ultrasunetelor asupra microorganismelor este utilizat pentru sterilizarea instrumentelor chirurgicale.

În unele cazuri, ultrasunetele sunt utilizate în combinație cu alte influențe fizice, de exemplu criogenic, pentru tratamentul chirurgical al hemangioamelor și cicatricilor.

Diagnosticarea cu ultrasunete

Diagnosticul cu ultrasunete este un set de metode pentru studiul unui corp uman sănătos și bolnav, bazat pe utilizarea ultrasunetelor. Baza fizică a diagnosticului cu ultrasunete este dependența parametrilor de propagare a sunetului în țesuturile biologice (viteza sunetului, coeficientul de atenuare, impedanța undei) de tipul de țesut și starea acestuia. Metodele cu ultrasunete fac posibilă vizualizarea structurilor interne ale corpului, precum și studierea mișcării obiectelor biologice în interiorul corpului. Principala caracteristică a diagnosticului cu ultrasunete este capacitatea de a obține informații despre țesuturile moi care variază ușor în densitate sau elasticitate. Metoda de examinare cu ultrasunete este foarte sensibilă, poate fi folosită pentru a detecta formațiuni care nu sunt detectate prin raze X, nu necesită utilizarea de substanțe de contrast, este nedureroasă și nu are contraindicații.

În scopuri de diagnostic, se utilizează frecvența ultrasunetelor de la 0,8 la 15 MHz. Frecvențele joase sunt folosite la studierea obiectelor localizate adânc sau la studierea prin țesutul osos, frecvențele înalte - pentru vizualizarea obiectelor situate aproape de suprafața corpului, pentru diagnosticarea în oftalmologie, la studierea vaselor localizate superficial.

Cele mai utilizate în diagnosticarea cu ultrasunete sunt metodele de ecolocație bazate pe reflectarea sau împrăștierea semnalelor ultrasunete pulsate. În funcție de metoda de obținere și de natura prezentării informațiilor, aparatele pentru diagnosticarea cu ultrasunete sunt împărțite în 3 grupe: dispozitive unidimensionale cu indicație de tip A; instrumente unidimensionale cu indicație tip M; dispozitive bidimensionale cu indicație de tip B.

În timpul diagnosticării cu ultrasunete folosind un dispozitiv de tip A, un radiator care emite impulsuri ultrasunete scurte (cu durata de aproximativ 10 -6 s) este aplicat zonei corpului examinată printr-o substanță de contact. În pauzele dintre impulsuri, dispozitivul primește impulsuri reflectate de diverse neomogenități din țesuturi. După amplificare, aceste impulsuri sunt observate pe ecranul tubului catodic sub formă de abateri ale fasciculului de la linia orizontală. Se numește modelul complet al impulsurilor reflectate ecogramă unidimensională tip A. Figura 5.8 prezintă o ecogramă obținută în timpul ecoscopiei ochiului.

Orez. 5.8. Ecoscopia ochiului folosind metoda A:

1 - ecou de la suprafața anterioară a corneei; 2, 3 - ecouri de pe suprafețele anterioare și posterioare ale cristalinului; 4 - ecou din retină și structurile polului posterior al globului ocular

Ecogramele țesuturilor de diferite tipuri diferă unele de altele prin numărul de impulsuri și amplitudinea lor. Analiza unei ecograme de tip A permite în multe cazuri obținerea de informații suplimentare despre starea, profunzimea și întinderea zonei patologice.

Dispozitivele unidimensionale cu indicație de tip A sunt utilizate în neurologie, neurochirurgie, oncologie, obstetrică, oftalmologie și alte domenii ale medicinei.

În dispozitivele cu indicație de tip M, impulsurile reflectate, după amplificare, sunt alimentate la electrodul modulator al tubului catodic și sunt prezentate sub formă de liniuțe, a căror luminozitate este legată de amplitudinea impulsului, iar lățimea este raportat la durata acestuia. Dezvoltarea acestor linii în timp oferă o imagine a structurilor reflectorizante individuale. Acest tip de indicație este utilizat pe scară largă în cardiografie. O cardiogramă cu ultrasunete poate fi înregistrată folosind un tub catodic cu memorie sau pe un reportofon de hârtie. Această metodă înregistrează mișcările elementelor inimii, ceea ce face posibilă determinarea stenozei valvei mitrale, a malformațiilor cardiace congenitale etc.

Când se utilizează metode de înregistrare de tip A și M, traductorul se află într-o poziție fixă pe corpul pacientului.

În cazul indicației de tip B, traductorul se deplasează (scanează) de-a lungul suprafeței corpului, iar pe ecranul tubului catodic este înregistrată o ecogramă bidimensională, reproducând secțiunea transversală a zonei examinate a corp.

O variație a metodei B este multiscanare,în care mişcarea mecanică a senzorului este înlocuită prin comutarea electrică secvenţială a unui număr de elemente situate pe aceeaşi linie. Multiscanarea vă permite să observați secțiunile studiate aproape în timp real. O altă variantă a metodei B este scanarea sectorială, în care nu există mișcare a sondei de eco, dar se modifică unghiul de introducere a fasciculului de ultrasunete.

Aparatele cu ultrasunete cu indicație de tip B sunt utilizate în oncologie, obstetrică și ginecologie, urologie, otolaringologie, oftalmologie etc. În cardiologie se folosesc modificări ale aparatelor de tip B cu multiscanare și scanare sectorială.

Toate metodele de ecolocație ale diagnosticului cu ultrasunete fac posibilă, într-un fel sau altul, înregistrarea limitelor zonelor cu impedanțe diferite ale undelor în interiorul corpului.

O nouă metodă de diagnosticare cu ultrasunete - tomografia reconstructivă (sau computațională) - oferă distribuția spațială a parametrilor de propagare a sunetului: coeficientul de atenuare (modificarea de atenuare a metodei) sau viteza sunetului (modificarea refractivă). În această metodă, secțiunea obiectului studiat este sună în mod repetat în direcții diferite. Informațiile despre coordonatele sunetului și ale semnalelor de răspuns sunt procesate pe un computer, în urma căruia o tomogramă reconstruită este afișată pe afișaj.

Recent, metoda a început să fie introdusă elastometrie pentru studiul țesutului hepatic atât în mod normal, cât și în diferite stadii de microză. Esența metodei este aceasta. Senzorul este instalat perpendicular pe suprafața corpului. Folosind un vibrator încorporat în senzor, se creează o undă mecanică de sunet de joasă frecvență (ν = 50 Hz, A = 1 mm), a cărei viteză de propagare prin țesutul hepatic subiacent este evaluată cu ajutorul ultrasunetelor cu o frecvență de ν = 3,5 MHz (în esență, ecolocarea este efectuată). Folosind

modulul E (elasticitate) al țesăturii. Se fac o serie de măsurători (cel puțin 10) pentru pacient în spațiile intercostale în proiecția poziției ficatului. Toate datele sunt analizate automat; dispozitivul oferă o evaluare cantitativă a elasticității (densității), care este prezentată atât numeric, cât și color.

Pentru a obține informații despre structurile în mișcare ale corpului, se folosesc metode și instrumente, a căror funcționare se bazează pe efectul Doppler. Astfel de dispozitive conțin de obicei două piezoelemente: un emițător de ultrasunete care funcționează în mod continuu și un receptor de semnale reflectate. Măsurând deplasarea de frecvență Doppler a unei unde ultrasunete reflectată de un obiect în mișcare (de exemplu, de pe peretele unui vas), se determină viteza de mișcare a obiectului care reflectă (vezi formula 2.9). Cele mai avansate dispozitive de acest tip folosesc o metodă de localizare puls-Doppler (coerentă), care face posibilă izolarea unui semnal dintr-un anumit punct din spațiu.

Dispozitivele care utilizează efectul Doppler sunt utilizate pentru a diagnostica boli ale sistemului cardiovascular (determinare

mișcări ale unor părți ale inimii și ale pereților vaselor de sânge), în obstetrică (studiul bătăilor inimii fetale), pentru studiul fluxului sanguin etc.

Organele sunt examinate prin esofag, cu care se învecinează.

Comparație între „lumânare” cu ultrasunete și cu raze X

În unele cazuri, scanarea cu ultrasunete are un avantaj față de raze X. Acest lucru se datorează faptului că razele X oferă o imagine clară a țesutului „dur” pe un fundal de țesut „moale”. De exemplu, oasele sunt clar vizibile pe fundalul țesuturilor moi. Pentru a obține o imagine cu raze X a țesuturilor moi pe fundalul altor țesuturi moi (de exemplu, un vas de sânge pe fundalul mușchilor), vasul trebuie umplut cu o substanță care absoarbe bine radiațiile de raze X (agent de contrast) . Transiluminarea cu ultrasunete, datorită caracteristicilor deja menționate, oferă o imagine în acest caz fără utilizarea agenților de contrast.

Examinarea cu raze X diferențiază diferența de densitate până la 10%, iar ultrasunetele – până la 1%.

5.6. Infrasunetele și sursele sale

Infrasunete- vibrații elastice și unde cu frecvențe situate sub intervalul de frecvențe audibile de om. De obicei, 16-20 Hz este luată ca limită superioară a intervalului de infrasunete. Această definiție este condiționată, deoarece cu o intensitate suficientă, percepția auditivă are loc și la frecvențe de câțiva Hz, deși în acest caz natura tonală a senzației dispare și doar ciclurile individuale de oscilații devin distinse. Limita inferioară de frecvență a infrasunetelor este incertă; aria sa actuală de studiu se extinde până la aproximativ 0,001 Hz.

Undele infrasonice se propagă în aer și apă, precum și în scoarța terestră (unde seismice). Principala caracteristică a infrasunetelor, datorită frecvenței sale scăzute, este absorbția scăzută. Când se propagă în mare adâncime și în atmosferă la nivelul solului, undele infrasonice cu o frecvență de 10-20 Hz se atenuează la o distanță de 1000 km cu cel mult câțiva decibeli. Se știe că sună

Erupțiile vulcanice și exploziile atomice pot înconjura globul de multe ori. Datorită lungimii de undă lungi, împrăștierea infrasunetelor este, de asemenea, scăzută. În mediile naturale, împrăștierea vizibilă este creată numai de obiecte foarte mari - dealuri, munți, clădiri înalte.

Sursele naturale de infrasunete sunt fenomenele meteorologice, seismice și vulcanice. Infrasunetele sunt generate de fluctuațiile presiunii turbulente atmosferice și oceanice, vânt, valurile mării (inclusiv valuri de maree), cascade, cutremure și alunecări de teren.

Sursele de infrasunete asociate cu activitatea umană sunt exploziile, împușcăturile de armă, undele de șoc de la aeronavele supersonice, impacturile piledrivers-ului, funcționarea motoarelor cu reacție etc. Infrasunetele sunt conținute în zgomotul motoarelor și al echipamentelor tehnologice. Vibrațiile clădirilor create de agenți patogeni industriali și domestici, de regulă, conțin componente infrasonice. Zgomotul de transport contribuie semnificativ la poluarea infrasonică a mediului. De exemplu, mașinile de pasageri cu o viteză de 100 km/h creează infrasunete cu un nivel de intensitate de până la 100 dB. În compartimentul motor al navelor mari, vibrațiile infrasonice create de motoarele în funcțiune au fost înregistrate cu o frecvență de 7-13 Hz și un nivel de intensitate de 115 dB. La etajele superioare ale clădirilor înalte, în special în cazul vântului puternic, nivelul de intensitate a infrasunetelor atinge

Infrasunetele este aproape imposibil de izolat - la frecvențe joase, toate materialele fonoabsorbante își pierd aproape complet eficacitatea.

5.7. Impactul infrasunetelor asupra oamenilor. Utilizarea infrasunetelor în medicină

Infrasunetele, de regulă, au un efect negativ asupra oamenilor: provoacă o stare de spirit depresivă, oboseală, dureri de cap și iritație. O persoană expusă la infrasunete de intensitate scăzută prezintă simptome de rău de mare, greață și amețeli. Apare o durere de cap, oboseala crește și auzul slăbește. La o frecvență de 2-5 Hz

si un nivel de intensitate de 100-125 dB, reactia subiectiva se reduce la o senzatie de presiune in ureche, dificultate la inghitire, modularea fortata a vocii si dificultate in vorbire. Expunerea la infrasunete afectează negativ vederea: funcțiile vizuale se deteriorează, acuitatea vizuală scade, câmpul vizual se îngustează, capacitatea de acomodație este slăbită și stabilitatea fixării ochiului a obiectului observat este afectată.

Zgomotul la o frecvență de 2-15 Hz la un nivel de intensitate de 100 dB duce la o creștere a erorii de urmărire a indicatoarelor cu cadran. Apar zvâcnirea convulsivă a globului ocular și disfuncția organelor de echilibru.

Piloții și cosmonauții expuși la infrasunete în timpul antrenamentului au fost mai lenți în rezolvarea chiar și a problemelor simple de aritmetică.

Există o presupunere că diverse anomalii ale stării oamenilor pe vreme rea, explicate de condițiile climatice, sunt de fapt o consecință a influenței undelor infrasonice.

La intensitate moderată (140-155 dB), pot apărea leșin și pierderea temporară a vederii. La intensități mari (aproximativ 180 dB), paralizia poate apărea cu un rezultat fatal.

Se crede că impactul negativ al infrasunetelor se datorează faptului că frecvențele naturale de vibrație ale unor organe și părți ale corpului uman se află în regiunea infrasunetelor. Acest lucru provoacă fenomene de rezonanță nedorite. Să indicăm câteva frecvențe ale oscilațiilor naturale pentru oameni:

Corpul uman în poziție culcat - (3-4) Hz;

Piept - (5-8) Hz;

Abdomen - (3-4) Hz;

Ochi - (12-27) Hz.

Efectele infrasunetelor asupra inimii sunt deosebit de dăunătoare. Cu o putere suficientă, apar oscilații forțate ale mușchiului inimii. La rezonanță (6-7 Hz), amplitudinea acestora crește, ceea ce poate duce la hemoragie.

Utilizarea infrasunetelor în medicină

În ultimii ani, infrasunetele au devenit utilizate pe scară largă în practica medicală. Astfel, în oftalmologie, undele infrasunete

cu frecvenţe de până la 12 Hz sunt utilizate în tratamentul miopiei. În tratamentul bolilor pleoapelor, infrasunetele sunt utilizate pentru fonoforeză (Fig. 5.9), precum și pentru curățarea suprafețelor rănilor, îmbunătățirea hemodinamicii și regenerarea pleoapelor, masaj (Fig. 5.10) etc.

Figura 5.9 prezintă utilizarea infrasunetelor pentru a trata anomaliile ductului lacrimal la nou-născuți.

La o etapă a tratamentului, se efectuează masajul sacului lacrimal. În acest caz, generatorul de infrasunete creează o presiune în exces în sacul lacrimal, ceea ce contribuie la ruperea țesutului embrionar din canalul lacrimal.

Orez. 5.9. Schema fonoforezei infrasunetelor

Orez. 5.10. Masajul sacului lacrimal

5.8. Concepte și formule de bază. Mese

Tabelul 5.1. Coeficientul de absorbție și adâncimea de semiabsorbție la o frecvență de 1 MHz

Tabelul 5.2. Coeficient de reflexie la limitele diferitelor țesuturi

5.9. Sarcini

1. Reflexia undelor din neomogenități mici devine vizibilă atunci când dimensiunile lor depășesc lungimea de undă. Estimați dimensiunea minimă d a unei pietre la rinichi care poate fi detectată prin diagnosticare cu ultrasunete la o frecvență ν = 5 MHz. Viteza undei cu ultrasunete v= 1500 m/s.

Soluţie

Să aflăm lungimea de undă: λ = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d > λ.

Răspuns: d > 0,3 mm.

2. Unele proceduri fizioterapeutice folosesc ultrasunete cu frecvența ν = 800 kHz și intensitatea I = 1 W/cm2. Găsiți amplitudinea de vibrație a moleculelor de țesut moale.

Soluţie

Intensitatea undelor mecanice este determinată de formula (2.6)

Densitatea țesuturilor moi este ρ « 1000 kg/m 3 .

frecvența circulară ω = 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1 ;

viteza ultrasunetelor în țesuturile moi ν ≈ 1500 m/s.

Este necesar să se transforme intensitatea în SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .

Înlocuind valorile numerice în ultima formulă, găsim:

O deplasare atât de mică a moleculelor în timpul trecerii ultrasunetelor indică faptul că efectul său se manifestă la nivel celular. Răspuns: A = 0,023 um.

3. Calitatea pieselor din oțel sunt verificate cu ajutorul unui detector de defecte cu ultrasunete. La ce adâncime h în piesă a fost detectată o fisură și care este grosimea d a piesei dacă, după emiterea unui semnal ultrasonic, au fost recepționate două semnale reflectate la 0,1 ms și 0,2 ms? Viteza de propagare a undei ultrasonice în oțel este egală cu v= 5200 m/s.

Soluţie

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