Teraz akustika ako oblasť fyziky uvažuje so širším rozsahom elastických vibrácií - od najnižších po extrémne vysoké, až po 1012 - 1013 Hz. Zvukové vlny s frekvenciami pod 16 Hz, ktoré nie sú počuteľné pre človeka, sa nazývajú infrazvuk, zvukové vlny s frekvenciami od 20 000 Hz do 109 Hz sa nazývajú ultrazvuk a vibrácie s frekvenciami vyššími ako 109 Hz sa nazývajú hyperzvuk.
Tieto nepočuteľné zvuky našli mnoho využití.
Ultrazvuky a infrazvuky zohrávajú v živom svete veľmi dôležitú úlohu. Napríklad ryby a iné morské živočíchy citlivo detegujú infrazvukové vlny vytvorené búrkovými vlnami. Vopred vycítia blížiacu sa búrku alebo cyklón a odplávajú na bezpečnejšie miesto. Infrazvuk je súčasťou zvukov lesa, mora a atmosféry.
Ultrazvuky môžu produkovať a vnímať zvieratá, ako sú psy, mačky, delfíny, mravce, netopiere atď. Netopiere počas letu vydávajú krátke, vysoké zvuky. Počas letu sa riadia odrazmi týchto zvukov od predmetov, s ktorými sa stretávajú na ceste; môžu dokonca chytiť hmyz, riadia sa len ozvenou svojej malej koristi. Mačky a psy môžu počuť veľmi vysoké pískanie (ultrazvuk).
INFRAZVUK (z lat. infra - pod, pod), elastické vlny nízkej frekvencie (menej ako 16 Hz) nepočuteľné ľudským uchom. Pri veľkých amplitúdach je infrazvuk pociťovaný ako bolesť v uchu. Vyskytuje sa pri zemetraseniach, podmorských a podzemných výbuchoch, počas búrok a hurikánov, z vĺn cunami atď. Keďže infrazvuk je slabo absorbovaný, šíri sa na veľké vzdialenosti a môže slúžiť ako predzvesť búrok, hurikánov a cunami.
V zemskej kôre sú otrasy a vibrácie infrazvukových frekvencií pozorované zo širokej škály zdrojov, vrátane výbuchov skál a transportných patogénov.
Infrazvuk sa vyznačuje nízkou absorpciou v rôznych médiách, v dôsledku čoho sa infrazvukové vlny vo vzduchu, vode a v zemskej kôre môžu šíriť na veľmi veľké vzdialenosti. Tento jav má praktické aplikácie pri určovaní miesta veľkých výbuchov alebo polohy streľby zbrane. Šírenie infrazvuku na veľké vzdialenosti v mori umožňuje predpovedať prírodnú katastrofu – cunami. Zvuky výbuchov, obsahujúce veľké množstvo infrazvukových frekvencií, sa využívajú na štúdium vyšších vrstiev atmosféry a vlastností vodného prostredia.
Človek nepočuje infrazvuk, ale cíti ho; pôsobí deštruktívne na ľudský organizmus. Vysoká hladina infrazvuku spôsobuje dysfunkciu vestibulárneho aparátu, predurčuje závraty a bolesti hlavy. Znižuje sa pozornosť a výkon. Existuje pocit strachu a všeobecnej nevoľnosti. Existuje názor, že infrazvuk výrazne ovplyvňuje ľudskú psychiku. Všetky mechanizmy, ktoré pracujú pri rýchlosti otáčania menšej ako 20 ot./s, vyžarujú infrazvuk. Keď sa auto pohybuje rýchlosťou vyššou ako 100 km/h, je zdrojom infrazvuku, ktorý vzniká narušením prúdenia vzduchu z jeho povrchu. V strojárskom priemysle vzniká infrazvuk pri prevádzke ventilátorov, kompresorov spaľovacích motorov a dieselových motorov. Podľa súčasných regulačných dokumentov by hladiny akustického tlaku v oktávových pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 2, 4, 8, 16, Hz nemali byť vyššie ako 105 dB a pre pásma s frekvenciou 32 Hz maximálne 102 dB. Vďaka svojej veľkej dĺžke sa infrazvuk šíri v atmosfére na veľké vzdialenosti. Zastaviť infrazvuk pomocou stavebných konštrukcií pozdĺž cesty jeho šírenia je takmer nemožné. Osobné ochranné prostriedky sú tiež neúčinné. Účinným prostriedkom ochrany je zníženie úrovne infrazvuku pri zdroji jeho vzniku. Medzi takýmito opatreniami možno rozlíšiť nasledovné: - zvýšenie rýchlosti otáčania hriadeľa na 20 alebo viac otáčok za sekundu, - zvýšenie tuhosti veľkých kmitajúcich štruktúr; - eliminácia nízkofrekvenčných vibrácií: - vykonanie konštrukčných zmien v štruktúre zdrojov, čo umožňuje prechod z oblasti infrazvukových vibrácií do oblasti zvukových vibrácií; v tomto prípade je možné ich zníženie dosiahnuť použitím zvukovej izolácie a absorpcie zvuku.
Hlavné zdroje infrazvukových vĺn
Rozvoj priemyselnej výroby a dopravy viedol k výraznému nárastu zdrojov infrazvuku v prostredí a zvýšeniu intenzity infrazvukovej hladiny.
Hlavné umelé zdroje infrazvukových vibrácií v mestách sú uvedené v tabuľke.
Zdroj infrazvuku Charakteristická frekvencia
infrazvukový rozsah Úrovne infrazvuku
Cestná doprava Celé spektrum infrazvukového rozsahu Vonku 70-90 dB, vnútri až 120 dB
Železničná doprava a električky 10-16 Hz Vnútorné a vonkajšie 85 až 120 dB
Priemyselné inštalácie aerodynamického a nárazového pôsobenia 8-12 Hz Až do 90-105 dB
Vetranie priemyselných zariadení a priestorov, rovnaké v metre 3-20 Hz Až do 75-95 dB
Prúdové lietadlo Asi 20 Hz Vonkajšie až 130 dB
Ultrazvuk sú vysokofrekvenčné elastické vlny, ktorým sú venované špeciálne časti vedy a techniky. Za ultrazvukový rozsah sa zvyčajne považuje frekvenčný rozsah od 20 000 do niekoľkých miliárd hertzov. Hoci vedci vedia o existencii ultrazvuku už dlho, jeho praktické využitie vo vede, technike a priemysle sa začalo pomerne nedávno.
Ľudské ucho nedokáže vnímať ultrazvuk, avšak niektoré zvieratá, ako napríklad netopiere, môžu vnímať a produkovať ultrazvuk. Hlodavce, mačky, psy, veľryby a delfíny čiastočne vnímajú ultrazvuk. Ultrazvukové vibrácie vznikajú pri prevádzke automobilových motorov, obrábacích strojov a raketových motorov. V praxi sa na výrobu ultrazvuku zvyčajne používajú elektromechanické generátory ultrazvuku, ktorých činnosť je založená na schopnosti určitých materiálov meniť svoje rozmery vplyvom magnetického (magnetostrikčné generátory) alebo elektrického poľa (piezoelektrické generátory), pričom vyžarujú vysokofrekvenčné zvuky. Ultrazvuk má vďaka svojej vysokej frekvencii (krátka vlnová dĺžka) špeciálne vlastnosti.
Je silne absorbovaný plynmi a slabo kvapalinami. V kvapaline pod vplyvom ultrazvuku sa vytvárajú dutiny vo forme malých bubliniek s krátkodobým zvýšením tlaku vo vnútri. Ultrazvukové vlny navyše urýchľujú procesy difúzie (vzájomné prenikanie dvoch médií do seba). významne ovplyvňujú rozpustnosť látky a vo všeobecnosti priebeh chemických reakcií. Tieto vlastnosti ultrazvuku a zvláštnosti jeho interakcie s prostredím určujú jeho široké technické a medicínske využitie.
Prvýkrát myšlienka praktického využitia ultrazvuku vznikla, ako je známe, v prvej polovici minulého storočia v súvislosti s vývojom metód a nástrojov na detekciu rôznych objektov v hlbinách mora. : ponorky, útesy, podmorské časti ľadovcov atď. Spôsobilo to predovšetkým potopenie Titanicu v roku 1912 a začiatok účasti ponoriek na vojenských operáciách počas prvej svetovej vojny.
Nízkofrekvenčné ultrazvukové vibrácie sa dobre šíria vzduchom. Biologický účinok ich vplyvu na organizmus závisí od intenzity, trvania expozície a veľkosti povrchu tela vystaveného ultrazvuku. Dlhodobé systematické pôsobenie ultrazvuku šíriaceho sa vzduchom spôsobuje funkčné poruchy nervového, kardiovaskulárneho a endokrinného systému, sluchových a vestibulárnych analyzátorov. U osôb pracujúcich na ultrazvukových prístrojoch je zaznamenaná ťažká asténia, vaskulárna hypotenzia a zníženie elektrickej aktivity srdca a mozgu. Zmeny v centrálnom nervovom systéme v počiatočnej fáze sa prejavujú porušením reflexných funkcií mozgu (pocit strachu v tme, v uzavretom priestore, náhle záchvaty so zvýšeným tepom, nadmerné potenie, kŕče v žalúdku , črevá, žlčník). Najtypickejšími príznakmi sú vegetatívno-vaskulárna dystónia so sťažnosťami na silnú únavu, bolesti hlavy a pocit tlaku v hlave, ťažkosti s koncentráciou, inhibíciu myšlienkového procesu a nespavosť.
Kontaktný účinok vysokofrekvenčného ultrazvuku na rukách vedie k narušeniu kapilárneho krvného obehu v rukách, zníženiu citlivosti na bolesť, t.j. rozvíjajú sa periférne neurologické poruchy. Zistilo sa, že ultrazvukové vibrácie môžu spôsobiť zmeny v štruktúre kostí so znížením hustoty kostí.
Priemyselné vibrácie.
Základné pojmy a definície. Vplyv vibrácií na ľudské telo. Princípy regulácie vibrácií vo výrobe
2.1 Rozsah a všeobecné ustanovenia vibrácie
Meranie a hygienické hodnotenie vibrácií, ako aj preventívne opatrenia sa musia vykonávať v súlade so smernicou 2.2.4/2.1.8-96 „Hygienické hodnotenie fyzikálnych faktorov výroby a prostredia“ (v schvaľovaní).
Schválením týchto hygienických noriem „Hygienické normy a pravidlá pre prácu so strojmi a zariadeniami, ktoré vytvárajú lokálne vibrácie prenášané na ruky pracovníkov“ č. 3041-84, „Hygienické normy pre vibrácie pracovísk“ č. 3044-84, „Hygienické normy pre prípustné vibrácie“ strácajú platnosť v obytných budovách“ č. 1304-75.
2.2 Pojmy a definície
Najvyššia prípustná úroveň vibrácií (MAL) je úroveň faktora, ktorý by pri dennej (okrem víkendovej) práci, ale nie viac ako 40 hodín týždenne počas celého pracovného obdobia, nemal spôsobovať choroby alebo zdravotné problémy zistené moderným výskumom. metódy v procese práce alebo v dlhodobom horizonte života súčasnej a nasledujúcich generácií. Dodržiavanie limitov vibrácií nevylučuje zdravotné problémy u precitlivených jedincov.
Prípustná úroveň vibrácií v obytných a verejných budovách je úroveň faktora, ktorý nespôsobuje u ľudí významné obavy a nespôsobuje významné zmeny v ukazovateľoch funkčného stavu systémov a analyzátorov citlivých na vibrácie.
Korigovaná úroveň vibrácií je jednočíselná vibračná charakteristika, určená ako výsledok energetického súčtu úrovní vibrácií v oktávových frekvenčných pásmach, berúc do úvahy oktávové korekcie.
Ekvivalentná (energeticky) korigovaná úroveň časovo premennej vibrácie je upravená úroveň časovo konštantnej vibrácie, ktorá má rovnakú efektívnu hodnotu zrýchlenia vibrácií a/alebo rýchlosti vibrácií ako daná nekonštantná vibrácia počas určitého časového intervalu.
2.3 Klasifikácia vibrácií pôsobiacich na človeka
Podľa spôsobu prenosu na človeka sa rozlišujú:
Všeobecné vibrácie prenášané cez nosné plochy na telo sediacej alebo stojacej osoby;
Lokálne vibrácie prenášané ľudskými rukami.
Poznámka. Vibrácie prenášané na nohy sediacej osoby a na predlaktia v kontakte s vibrujúcimi plochami pracovných stolov sa označujú ako lokálne vibrácie.
Podľa zdroja vibrácií sa rozlišujú:
Miestne vibrácie prenášané na osobu z ručného elektrického náradia (s motormi), ručné ovládanie strojov a zariadení;
Miestne vibrácie prenášané na osobu z ručných nemechanizovaných nástrojov (bez motorov), napríklad vyrovnávacích kladív rôznych modelov a obrobkov;
Všeobecné vibrácie kategórie 1 - dopravné vibrácie pôsobiace na osobu na pracovisku samohybných a ťahaných strojov, vozidiel pri pohybe terénom, poľnohospodárskym prostredím a cestami (aj pri ich výstavbe). Medzi zdroje dopravných vibrácií patria: poľnohospodárske a priemyselné traktory, samohybné poľnohospodárske stroje (vrátane kombajnov); nákladné autá (vrátane traktorov, škrabákov, zrovnávačov, valcov atď.); snežné pluhy, banská železničná doprava s vlastným pohonom;
Všeobecné vibrácie kategórie 2 - dopravné a technologické vibrácie pôsobiace na osobu na pracovisku strojov pohybujúcich sa po špeciálne upravených plochách výrobných priestorov, priemyselných areálov a banských diel. Medzi zdroje dopravného a technologického kmitania patria: rýpadlá (vrátane rotačných), priemyselné a stavebné žeriavy, stroje na nakladanie (vsádzanie) otvorených nístejových pecí v hutníckej výrobe; banské kombajny, stroje na nakladanie mín, samohybné vŕtacie vozíky; pásové stroje, betónové dlaždice, výrobné vozidlá namontované na podlahu;
Všeobecné vibrácie kategórie 3 - technologické vibrácie, ktoré pôsobia na ľudí na pracoviskách stacionárnych strojov alebo sa prenášajú na pracoviská, ktoré nemajú zdroje vibrácií. Medzi zdroje technologických vibrácií patria: kovoobrábacie a drevoobrábacie stroje, kovacie zariadenia, zlievarenské stroje, elektrické stroje, stacionárne elektroinštalácie, čerpacie agregáty a ventilátory, zariadenia na vŕtanie studní, vrtné súpravy, stroje na chov hospodárskych zvierat, čistenie a triedenie obilia (v vrátane sušičiek ), zariadenia pre priemysel stavebných materiálov (okrem betónových dlaždíc), zariadenia pre chemický a petrochemický priemysel atď.
a) na stálych pracoviskách priemyselných priestorov podnikov;
b) na pracoviskách v skladoch, jedálňach, technických miestnostiach, služobných miestnostiach a iných priemyselných priestoroch, kde nie sú stroje, ktoré vytvárajú vibrácie;
c) na pracoviskách v priestoroch vedenia závodu, projekčných kanceláriách, laboratóriách, školiacich strediskách, počítačových strediskách, zdravotných strediskách, kancelárskych priestoroch, dielňach a iných priestoroch pre duševne pracujúcich;
Všeobecné vibrácie v obytných priestoroch a verejných budovách z externých zdrojov: mestská koľajová doprava (plytké a otvorené linky metra, električky, železničná doprava) a vozidlá; priemyselné podniky a mobilné priemyselné zariadenia (pri prevádzke hydraulických a mechanických lisov, hobľovacích, rezacích a iných kovoobrábacích mechanizmov, piestových kompresorov, miešačiek betónu, drvičov, stavebných strojov atď.);
Všeobecné vibrácie v obytných priestoroch a verejných budovách z vnútorných zdrojov: inžinierske a technické zariadenia budov a domáce spotrebiče (výťahy, ventilačné systémy, čerpadlá, vysávače, chladničky, práčky atď.), ako aj vstavané maloobchodné prevádzky ( chladiace zariadenia), podniky inžinierskych sietí, kotolne atď.
Na základe povahy vibračného spektra sa rozlišujú:
Úzkopásmové vibrácie, pri ktorých sú kontrolované parametre v jednom 1/3 oktávovom frekvenčnom pásme o viac ako 15 dB vyššie ako hodnoty v susedných 1/3 oktávových pásmach;
Širokopásmové vibrácie - so súvislým spektrom širokým viac ako jednu oktávu.
Podľa frekvenčného zloženia vibrácií sa delia na:
Nízkofrekvenčné vibrácie (s prevahou maximálnych úrovní v oktávových frekvenčných pásmach 1 – 4 Hz pre všeobecné vibrácie, 8 – 16 Hz pre lokálne vibrácie);
Strednofrekvenčné vibrácie (8-16 Hz - pre všeobecné vibrácie, 31,5-63 Hz - pre lokálne vibrácie);
Vysokofrekvenčné vibrácie (31,5-63 Hz - pre všeobecné vibrácie, 125-1000 Hz - pre lokálne vibrácie).
Podľa časových charakteristík vibrácií sa delia na:
Konštantné vibrácie, pre ktoré sa hodnota normalizovaných parametrov počas obdobia pozorovania nezmení viac ako 2-krát (o 6 dB);
Nekonštantné vibrácie, pri ktorých sa hodnota normalizovaných parametrov zmení najmenej 2-krát (o 6 dB) počas doby pozorovania najmenej 10 minút pri meraní s časovou konštantou 1 s, vrátane:
a) vibrácie, ktoré kolíšu v čase, pre ktoré sa hodnota normovaných parametrov plynule mení v čase;
b) prerušované vibrácie, keď je prerušený kontakt človeka s vibráciou a trvanie intervalov, počas ktorých dochádza ku kontaktu, je dlhšie ako 1 s;
c) pulzné vibrácie pozostávajúce z jedného alebo viacerých vibračných nárazov (napríklad nárazov), z ktorých každý trvá menej ako 1 s.
2.4 Maximálne prípustné hodnoty normalizovaných parametrov
Maximálne prípustné hodnoty normovaných parametrov priemyselných lokálnych vibrácií s dobou pôsobenia vibrácií 480 minút (8 hodín) sú uvedené v tabuľke. 1.
stôl 1
*Maximálne prípustné hodnoty na osiach
Geometrické stredné frekvencie oktávových pásiem, Hz zrýchlenie vibrácií rýchlosť vibrácií
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
Upravené a ekvivalentné upravené hodnoty a ich úrovne 2,0 126 2,0 112
* Práca v podmienkach vibrácií s hladinami prekračujúcimi tieto hygienické normy o viac ako 12 dB (4-krát) podľa integrálneho hodnotenia alebo v akomkoľvek oktávovom pásme nie je povolená.
Elektrická bezpečnosť.
Vplyv prúdu na ľudské telo. Úrazy elektrickým prúdom a ich klasifikácia.
Druhy elektrického šoku.
Prechod cez živý organizmus. prúd vytvára efekt:
1. Tepelné - pri popáleninách určitých oblastí, zahrievanie ciev, krvi, nervov.
2. Elektrolytický - rozklad krvi a iných organických kvapalín.
3. Biologické - podráždenie a excitácia živých tkanív tela, ktorá je sprevádzaná mimovoľnými kŕčovitými kontrakciami svalov, vrátane svalov srdca a pľúc.
V dôsledku toho všetkého môže dôjsť k rôznym poruchám v tele, až k úplnému zastaveniu srdca a pľúc.
To všetko vedie k dvom porážkam: úrazom elektrickým prúdom a úrazom elektrickým prúdom.
Elektrické poranenie je jasne definované lokálne poškodenie telesných tkanív spôsobené vystavením elektrine. prúd alebo oblúk. Zvyčajne postihuje kožu, väzy a kosti. Vo väčšine prípadov e-mailom. zranenia sa úplne alebo čiastočne vyliečia. V niektorých prípadoch môže nastať smrť.
Rozlišujú sa tieto e-maily: zranenia: el. horieť, el. znamienka, metalizácia kože a mechanické poškodenie.
Email popálenina je najbežnejšia elektrická energia zranenie.
Existujú dva typy popálenín: prúd a oblúk.
K elektrickému popáleniu dochádza, keď prúd prechádza telom a sú pozorované popáleniny.
Popálenie oblúkom je výsledkom pôsobenia elektriny na telo. oblúkom sú tu pozorované vysoké teploty - až 3500.
Email znaky - značky na tele sivej farby - pri prechode el. prúd
Metalizácia kože – prenikanie malých čiastočiek kovu, roztavenej elektriny do kože. oblúk.
Email šok je excitácia živých tkanív pri prechode elektriny. prúd Existujú štyri z nich podľa závažnosti:
Klinická (imaginárna) smrť je prechodné obdobie od života k smrti, ktoré nastáva od okamihu, keď srdce a pľúca prestanú fungovať. Človeku v stave klinickej smrti chýbajú všetky známky života. Telo však ešte nezomrelo, metabolické procesy pokračujú.
Príčina smrti elektrickým prúdom prúd - zastavenie práce srdca, pľúc, elektriny. šok.
Fibrilácia sú chaotické rýchle kontrakcie srdca.
V závislosti od následkov, ktoré vznikajú, sú elektrické šoky rozdelené do štyroch stupňov:
I - konvulzívna svalová kontrakcia bez straty vedomia;
II - konvulzívna svalová kontrakcia so stratou vedomia, ale so zachovaným dýchaním a funkciou srdca;
III - strata vedomia a porucha srdcovej aktivity alebo dýchania (alebo oboch);
IV - stav klinickej smrti.
Hlavné faktory ovplyvňujúce výsledok úrazu elektrickým prúdom.
Množstvo prúdu prechádzajúceho cez osobu je hlavným faktorom určujúcim výsledok zranenia. Človek začína pociťovať prechod striedavého prúdu s priemyselnou frekvenciou (50 Hz) 0,6-1,5 mA a jednosmerného prúdu 5-7 mA - to sú takzvané prahy vnímania prúdu. Veľké prúdy spôsobujú u ľudí kŕče.
Pri 10-15 mA sa bolesť stáva sotva znesiteľnou a kŕče sú také, že ich človek nemôže prekonať.
Výsledok zranenia je do značnej miery ovplyvnený odporom ľudského tela. Najvyšší odpor (3...20 kOhm) má vrchná vrstva kože (0,2 mm), pozostávajúca z odumretých keratinizovaných buniek, pričom odpor mozgovomiechového moku je 0,5...0,6 Ohm. Celková odolnosť tela vzhľadom na odolnosť vrchnej vrstvy kože je pomerne vysoká, no akonáhle je táto vrstva poškodená, jej hodnota prudko klesá.
Pri výpočtoch týkajúcich sa elektrickej bezpečnosti sa odpor ľudského tela považuje za 1 kOhm.
Trvanie prechodu prúdu cez ľudské telo ovplyvňuje výsledok zranenia: čím dlhší je prúd, tým väčšia je pravdepodobnosť vážneho smrteľného zranenia.
Dráha prúdu v tele obete zohráva významnú úlohu pri výsledku zranenia. Ak sú teda v dráhe prúdu životne dôležité orgány – srdce, pľúca, mozog, potom je nebezpečenstvo poškodenia veľmi vysoké.
Typ prúdu a frekvencia jednosmerný prúd je menej nebezpečný ako striedavý prúd asi štyrikrát, ale to platí až do 250-300 V. Zvyšujúca sa frekvencia vedie k zvýšenému nebezpečenstvu.
Najnebezpečnejším prúdom je prechod prúdu cez srdce, pľúca a mozog.
Stupeň poškodenia závisí aj od druhu a frekvencie prúdu. Najnebezpečnejší je striedavý prúd s frekvenciou 20... 1000 Hz. Striedavý prúd je nebezpečnejší ako jednosmerný pri napätí do 300 V. Pri vyššom napätí - jednosmerný prúd.
Elektrická bezpečnosť.
Zvukové vlny sa vyznačujú frekvenciou v rozsahu od 16 Hz do 20 kHz. Elastické vlny s frekvenciou v< 16 Гц называются infrazvuk a s frekvenciou v>20 kHz - ultrazvuk(obr. 56).
Infrazvuk. Ľudské ucho nedokáže vnímať infrazvukové vlny. Napriek tomu sú schopné prejavovať určité fyziologické účinky na človeka. Tieto akcie sú vysvetlené rezonanciou. Vnútorné orgány nášho tela majú pomerne nízke prirodzené frekvencie: brušná dutina a hrudník - 5-8 Hz, hlava - 20-30 Hz. Priemerná rezonančná frekvencia pre celé telo je 6 Hz. Infrazvukové vlny, ktoré majú frekvencie rovnakého rádu, spôsobujú vibrácie našich orgánov a pri veľmi vysokej intenzite môžu viesť k vnútorným krvácaniam.
Špeciálne experimenty ukázali, že ožarovanie ľudí dostatočne intenzívnym infrazvukom môže spôsobiť stratu rovnováhy, nevoľnosť, mimovoľné otáčanie očných buliev atď. Napríklad pri frekvencii 4-8 Hz človek cíti pohyb vnútorných orgánov a pri frekvencia 12 Hz - záchvat morskej choroby .
Hovorí sa, že jedného dňa americký fyzik R. Wood (ktorý bol medzi kolegami známy ako veľký originál a veselý chlapík) priniesol do divadla špeciálny prístroj vyžarujúci infrazvukové vlny a po zapnutí ho nasmeroval na javisko. Nikto nepočul žiaden zvuk, no herečka začala byť hysterická.
Rezonančný účinok nízkofrekvenčných zvukov na ľudský organizmus vysvetľuje aj stimulačný účinok modernej rockovej hudby, presýtenej opakovane zosilnenými nízkymi frekvenciami bicích, basgitár a pod.
Infrazvuk ľudské ucho nevníma, no niektoré zvieratá ho môžu počuť. Napríklad medúzy s istotou vnímajú infrazvukové vlny s frekvenciou 8-13 Hz, ktoré vznikajú počas búrky v dôsledku interakcie prúdov vzduchu s hrebeňmi morských vĺn. Po dosiahnutí medúzy ich tieto vlny vopred (15 hodín vopred!) „varujú“ pred blížiacou sa búrkou.
Zdrojmi infrazvuku môžu byť výboje bleskov, výstrely zo zbraní, sopečné erupcie, výbuchy atómových bômb, zemetrasenia, prevádzka prúdových motorov, vietor prúdiaci cez hrebene morských vĺn atď.
Infrazvuk sa vyznačuje nízkou absorpciou v rôznych médiách, v dôsledku čoho sa môže šíriť na veľmi veľké vzdialenosti. To umožňuje určiť miesto silných výbuchov, polohu palebnej pištole, sledovať podzemné jadrové výbuchy, predpovedať cunami atď.
Ultrazvuk. Ultrazvuk tiež ľudské ucho nevníma. Niektoré zvieratá ho však dokážu vyžarovať a vnímať. Napríklad vďaka tomu sa delfíny s istotou pohybujú v kalnej vode. Vysielaním a prijímaním ultrazvukových impulzov, ktoré sa vracajú, sú schopné detekovať aj malú peletu opatrne spustenú do vody na vzdialenosť 20-30 m. Ultrazvuk pomáha aj netopierom, ktoré zle vidia alebo nevidia vôbec nič. Vysielaním ultrazvukových vĺn (až 250-krát za sekundu) pomocou svojho načúvacieho prístroja sú schopné navigovať počas letu a úspešne chytiť korisť aj v úplnej tme. Je zvláštne, že u niektorých druhov hmyzu sa v reakcii na to vyvinula špeciálna obranná reakcia: ukázalo sa, že niektoré druhy molí a chrobákov tiež dokážu vnímať ultrazvuk vyžarovaný netopiermi, a keď ich počujú, okamžite zložia krídla, spadnú a mrznúť na zemi.
Ultrazvukové signály využívajú aj niektoré zubaté veľryby. Tieto signály im umožňujú loviť chobotnice pri úplnej absencii svetla.
Tiež sa zistilo, že ultrazvukové vlny s frekvenciou vyššou ako 25 kHz spôsobujú vtákom bolesť. To sa používa napríklad na odpudzovanie čajok zo zásobníkov pitnej vody.
Ultrazvuk je široko používaný vo vede a technike, kde sa získava pomocou rôznych mechanických (napríklad siréna) a elektromechanických zariadení.
Zdroje ultrazvuku sú inštalované na lodiach a ponorkách. Vyslaním krátkych impulzov ultrazvukových vĺn môžete zachytiť ich odrazy od dna alebo niektorých iných predmetov. Na základe času oneskorenia odrazenej vlny je možné posúdiť vzdialenosť k prekážke. V tomto prípade použité echoloty a sonary umožňujú merať hĺbku mora (obr. 57), riešiť rôzne navigačné problémy (plávanie v blízkosti skál, útesov a pod.), vykonávať rybársky prieskum (zisťovať húfy rýb) a tiež riešiť vojenské problémy (hľadanie podvodných nepriateľských člnov, útoky torpéd bez periskopu atď.).
V priemysle sa odraz ultrazvuku od trhlín v kovových odliatkoch používa na posúdenie defektov vo výrobkoch.
Ultrazvuky rozdrvujú tekuté a pevné látky, pričom vznikajú rôzne emulzie a suspenzie.
Pomocou ultrazvuku je možné spájkovať hliníkové výrobky, čo nie je možné vykonať inými metódami (pretože na povrchu hliníka je vždy hustá vrstva oxidového filmu). Špička ultrazvukovej spájkovačky sa nielen zahrieva, ale aj vibruje s frekvenciou asi 20 kHz, čím sa zničí oxidový film na hliníku.
Premena ultrazvuku na elektrické vibrácie a potom na svetlo umožňuje zvukové videnie. Pomocou zvukového videnia môžete vidieť predmety vo vode, ktorá je pre svetlo nepriepustná.
V medicíne sa ultrazvuk používa na zváranie zlomených kostí, detekciu nádorov, vykonávanie diagnostických testov v pôrodníctve atď. Biologický účinok ultrazvuku (vedúci k smrti mikróbov) umožňuje jeho použitie na sterilizáciu mlieka, liečivých látok, atď. a lekárske nástroje.
1. Čo je infrazvuk? 2. Uveďte príklady zdrojov infrazvukových vĺn. 3. Čo vysvetľuje fyziologický účinok infrazvuku na človeka? 4. Čo je ultrazvuk? 5. Uveďte príklady využitia ultrazvukových vĺn predstaviteľmi živočíšneho sveta. 6. Kde a na čo sa využívajú infra- a ultrazvuky?
Ultrazvuk:
- Čo je ultrazvuk;
- Vplyv ultrazvuku na ľudské telo;
- Využitie ultrazvuku v priemysle a hospodárstve;
- Vyhliadky na použitie ultrazvuku.
Infrazvuk:
- Čo je infrazvuk;
- Vplyv infrazvuku na ľudské telo;
- Infrazvukové anomálie;
- Zvieratá využívajúce infrazvuk;
- Vyhliadky na použitie infrazvuku;
- Záver
Ultrazvuk
1. Čo je ultrazvuk?
V poslednom čase sa vo výrobe čoraz viac rozširujú technologické postupy založené na využití ultrazvukovej energie. Ultrazvuk našiel uplatnenie aj v medicíne. V dôsledku zvyšovania výkonov jednotiek a rýchlostí rôznych jednotiek a strojov sa zvyšuje hladina hluku, a to aj v oblasti ultrazvukovej frekvencie.
Ultrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti -20 kHz. Jednotkou hladiny akustického tlaku je dB. Jednotkou merania intenzity ultrazvuku je watt na centimeter štvorcový (W/s2).Ľudské ucho nedokáže vnímať ultrazvuk, ale niektoré zvieratá, ako napríklad netopiere, môžu ultrazvuk počuť aj produkovať. Čiastočne ho vnímajú hlodavce, mačky, psy, veľryby a delfíny. Ultrazvukové vibrácie vznikajú pri prevádzke automobilových motorov, obrábacích strojov a raketových motorov.
Ultrazvuk má vďaka svojej vysokej frekvencii (krátka vlnová dĺžka) špeciálne vlastnosti. Tak ako svetlo, aj ultrazvukové vlny môžu vytvárať prísne nasmerované lúče. Odraz a lom týchto lúčov na rozhraní dvoch prostredí sa riadi zákonmi geometrickej optiky. Je silne absorbovaný plynmi a slabo kvapalinami. V kvapaline pod vplyvom ultrazvuku sa vytvárajú dutiny vo forme malých bubliniek s krátkodobým zvýšením tlaku vo vnútri. Ultrazvukové vlny navyše urýchľujú difúzne procesy.
Tieto vlastnosti ultrazvuku a zvláštnosti jeho interakcie s prostredím určujú jeho široké technické a medicínske využitie. Ultrazvuk sa používa v medicíne a biológii na echolokáciu, na identifikáciu a liečbu nádorov a niektorých defektov v telesných tkanivách, v chirurgii a traumatológii na rezanie mäkkých a kostných tkanív pri rôznych operáciách, na zváranie zlomených kostí, na ničenie buniek (vysokovýkonný ultrazvuk). Pri ultrazvukovej terapii sa na terapeutické účely využívajú oscilácie 800-900 kHz.
2. Vplyv ultrazvuku na ľudský organizmus
Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostrediami, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie. Ultrazvukové vibrácie generované ultrazvukovými nízkofrekvenčnými priemyselnými zariadeniami majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Dlhodobé systematické vystavenie vzdušným ultrazvukom spôsobuje zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchových a vestibulárnych analyzátoroch.
V oblasti ultrazvukových vibrácií v živých tkanivách má ultrazvuk mechanické, tepelné, fyzikálno-chemické účinky (mikromasáž buniek a tkanív). Súčasne sa aktivujú metabolické procesy a zvyšujú sa imunitné vlastnosti tela.
3. Využitie ultrazvuku v priemysle a ekonomike
Dnes sa ultrazvuk používa v obrovskom množstve priemyselných odvetví. Medzi nimi: medicína, geológia, oceliarsky priemysel, vojenský priemysel atď. Ultrazvuk sa v geológii používa mimoriadne intenzívne, existuje špeciálna veda - geofyzika.
Pomocou ultrazvuku geofyzici nachádzajú ložiská cenných minerálov a určujú hĺbku ich polohy. V zlievarenskom priemysle sa ultrazvuk používa na diagnostiku stavu kovovej kryštálovej mriežky. Pri „počúvaní“ rúr a lúčov vysokokvalitných výrobkov sa získa určitý signál, ale ak má výrobok niečo iné, ako je norma (hustota, chyba dizajnu), signál bude iný, čo inžinierovi naznačí, že je chybný.
Ponorka obklopená nepriateľskými loďami má iba jeden bezpečný spôsob, ako sa skontaktovať so základňou – vysielať signál vo vodnom prostredí. Na tento účel sa používa špeciálny upravený ultrazvukový signál určitej frekvencie - je takmer nemožné zachytiť takúto správu, pretože Na to potrebujete poznať jeho frekvenciu, presný čas prenosu a „trasu“. Vyslanie signálu z člna je však tiež zložitý postup – treba brať do úvahy všetky hĺbky, teplotu vody atď. Základňa, ktorá prijíma signál a pozná čas svojej cesty, dokáže vypočítať vzdialenosť k člnu a v dôsledku toho aj jeho polohu. Ponorková flotila využíva aj špeciálne krátke ultrazvukové impulzy vysielané sonarom priamo z ponorky; impulz sa odráža od predmetov - skál, iných lodí a s jeho pomocou sa vypočíta smer a vzdialenosť k prekážke (technika požičaná od nočných predátorov - netopierov).
Ultrazvukové kúpele sa tiež používajú ako na dezinfekciu nástrojov, tak aj na kozmetické účely - masáž nôh, rúk, tváre. Veľmi účinné sú ultrazvukové zvlhčovače a dýzy vzduchu, ale aj diaľkomery (známe rýchlostné radary dopravnej polície využívajú aj ultrazvukové impulzy).
4. Perspektívy použitia ultrazvuku
V budúcnosti sa predpokladá, že ultrazvukové pulzy budú širšie využívané na kozmetické účely – vedci už využívajú ultrazvuk na čistenie pórov, osvieženie a omladenie starnúcej pleti – ultrazvukový peeling. Pracuje sa na vytvorení ultrazvukových zbraní, ako aj na vývoji ochranných systémov proti nim. Očakáva sa, že ultrazvuk sa bude v domácnostiach využívať širšie.
Infrazvuk
5. Čo je infrazvuk?
Rozvoj techniky a vozidiel, zdokonaľovanie technologických procesov a zariadení je sprevádzané zvyšovaním výkonu a rozmerov strojov, čo podmieňuje tendenciu zvyšovania nízkofrekvenčných komponentov v spektrách a vzniku infrazvuku, ktorý je relatívne nový, nie úplne preskúmaný faktor vo výrobnom prostredí.
Infrazvuk označuje akustické vibrácie s frekvenciou pod 20 Hz. Tento frekvenčný rozsah leží pod hranicou počuteľnosti a ľudské ucho nie je schopné vnímať vibrácie týchto frekvencií. Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako šum počuteľných frekvencií. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré majú veľké plochy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu). Maximálne hladiny nízkofrekvenčných akustických vibrácií z priemyselných a dopravných zdrojov dosahujú 100-110 dB.
6. Vplyv infrazvuku na ľudský organizmus
Štúdie biologického účinku infrazvuku na organizmus ukázali, že pri hladinách od 110 do 150 dB a viac môže u ľudí vyvolať nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny, medzi ktoré patria zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme a tiež vestibulárny analyzátor. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách. Závažnosť týchto zmien závisí od úrovne intenzity infrazvuku a trvania faktora.
Infrazvuk nie je v žiadnom prípade nedávno objaveným fenoménom. V skutočnosti je organistom známy už vyše 250 rokov. Mnohé katedrály a kostoly majú organové píšťaly také dlhé, že vytvárajú zvuk s frekvenciou menšou ako 20 Hz, ktorú ľudské ucho nepostrehne. Ako však zistili britskí vedci, takýto infrazvuk môže v publiku vyvolať rôzne a nie príliš príjemné pocity - melanchóliu, pocit chladu, úzkosť, chvenie v chrbtici. Ľudia vystavení infrazvuku zažívajú približne rovnaké pocity ako pri návšteve miest, kde dochádzalo k stretnutiam s duchmi.
7. Infrazvukové anomálie
Severoamerické pobrežie okolo Cape Hatteras, Floridského polostrova a ostrova Kuba tvoria obrovský reflektor. Búrka vyskytujúca sa v Atlantickom oceáne generuje infrazvukové vlny, ktoré sa odrážajú od tohto reflektora a sústreďujú sa do oblasti Bermudského trojuholníka. Kolosálne rozmery fokusačnej štruktúry naznačujú prítomnosť oblastí, kde môžu infrazvukové vibrácie dosiahnuť významné hodnoty, čo je príčinou tu vyskytujúcich sa anomálnych javov. Ako je známe, silné infrazvukové vibrácie vyvolávajú u človeka panický strach spolu s túžbou uniknúť z uzavretého priestoru. Je zrejmé, že toto správanie je dôsledkom „inštinktívnej“ reakcie na infrazvuk, ktorá sa vyvinula v dávnej minulosti ako predzvesť zemetrasenia. Práve táto reakcia spôsobuje, že posádka a cestujúci v panike opúšťajú svoju loď. Môžu nastúpiť do člnov a odplávať od svojej lode, alebo vybehnúť na palubu a hodiť sa cez palubu. Ak je intenzita infrazvuku veľmi vysoká, môžu dokonca zomrieť - ak sa dostane do rezonancie s ľudskými biorytmami, infrazvuk obzvlášť vysokej intenzity môže spôsobiť okamžitú smrť.
Infrazvuk môže spôsobiť rezonančné vibrácie lodných stožiarov, čo vedie k ich poruche (vplyv infrazvuku na konštrukčné prvky lietadla môže viesť k podobným následkom). Nízkofrekvenčné zvukové vibrácie môžu spôsobiť výskyt hustej ("ako mlieko") hmly nad oceánom, ktorá sa rýchlo objaví a tiež rýchlo zmizne. A napokon infrazvuk s frekvenciou 5-7 hertzov môže rezonovať s kyvadlom mechanických, ručných hodiniek, ktoré majú rovnakú periódu kmitania.
Je zrejmé, že podobné zaostrovacie štruktúry existujú aj v iných oblastiach sveta. Zdá sa, že panika spôsobená intenzívnymi infrazvukovými vibráciami v jednej z týchto štruktúr slúžila ako „štartovací bod“ mýtu o siréne...
Infrazvuk sa môže šíriť pod vodou a zaostrovacia štruktúra môže byť vytvorená spodnou topografiou. Zdrojom infrazvukových vibrácií môžu byť podmorské sopky a zemetrasenia. Prirodzene, tvar „krajinných“ reflektorov má k dokonalosti veľmi ďaleko. Preto by sme sa mali baviť o systéme reflexných prvkov, špecifických pre každý prípad. S rozmermi primeranými vlnovej dĺžke môže byť štruktúra rezonančná.
8. Zvieratá využívajúce infrazvuk
Americkí vedci zistili, že tigre a slony na vzájomnú komunikáciu využívajú nielen vrčanie, mrnčanie či rev a trúbenie, ale aj infrazvuk, teda zvukové signály s veľmi nízkou frekvenciou, ktoré sú pre ľudské ucho nepočuteľné. Podľa vedcov infrazvuk umožňuje zvieratám udržiavať komunikáciu na vzdialenosť až 8 kilometrov, pretože šírenie infrazvukových signálov je takmer necitlivé na rušenie spôsobené terénom a málo závisí od počasia a klimatických faktorov, ako je vlhkosť vzduchu.
Teraz majú vedci v úmysle zistiť, či frekvenčné spektrá tigrích hlasov majú individuálne vlastnosti, ktoré im umožňujú identifikovať zvieratá. To by značne uľahčilo účtovníctvo ich dobytka.
Pri štúdiu správania skupiny slonov v Portlandskej zoo v Oregone skupina výskumníkov „cítila“ neobvyklé vibrácie vo vzduchu. Pomocou sofistikovaného systému elektronickej detekcie zvuku vedci zistili, že ide o infrazvukové vlny, ktoré vyžarujú slony. Pri pozorovaní voľne sa pohybujúcich slonov v Keni výskumníci pomocou rovnakého zariadenia zaznamenali presne rovnaký typ vĺn. Vedci dospeli k záveru, že zvieratá používajú na vzájomnú komunikáciu nízkofrekvenčné zvuky na vzdialenosť niekoľkých kilometrov.
Vedci dúfajú, že v budúcnosti, keď určili význam infrazvukových signálov, prejdú k najvzrušujúcejšej fáze experimentov - nadviazanie kontaktu so slonmi s ich pomocou.
9. Perspektívy využitia infrazvuku
Teraz vedci vyvíjajú takzvanú „infrazvukovú zbraň“. Nízkofrekvenčné zvukové vlny sa tu plánujú použiť ako „generátor paniky“. V tomto prípade je infrazvuk oveľa pohodlnejší ako vysokofrekvenčné vlny, pretože sám o sebe predstavuje hrozbu pre ľudské zdravie. Frekvencie nášho nervového systému a srdca ležia v infrazvukovom rozsahu – 6 Hz. Emulácia týchto frekvencií vedie k zlému zdraviu, bezdôvodnému strachu, panike, šialenstvu a nakoniec k smrti.
10. Záver
Po dokončení tejto práce - zhromaždení, spracovaní a zhrnutí veľkého množstva materiálu o tomto probléme sme sa veľa naučili o povahe zvuku. O nebezpečenstve, ktoré môže predstavovať pre ľudský organizmus, a o tom, aké široké využitie môže mať v domácnosti. Najzaujímavejšia hypotéza pre nás bola o povahe „úcty“, hrôzy ľudí v chráme. Za veľmi sľubné považujeme výskum spôsobov komunikácie so zvieratami a samozrejme využitie infrazvuku na predpovedanie miesta a času budúcich erupcií a zemetrasení.
Ultrazvuk je zvuk v rozsahu nad hranicou ľudskej počuteľnosti, t.j. s frekvenciou zvukových vĺn nad 20 kHz.
Infrazvuk je zvuk v rozsahu pod hranicou ľudskej počuteľnosti, t.j. s frekvenciou zvukových vĺn menšou ako 20 Hz.
Ultrazvuk, infrazvuk a ľudia
V poslednom čase sa vo výrobe čoraz viac rozširujú technologické postupy založené na využití ultrazvukovej energie. Ultrazvuk našiel uplatnenie aj v medicíne. V dôsledku zvyšovania výkonov jednotiek a rýchlostí rôznych jednotiek a strojov sa zvyšuje hladina hluku, a to aj v oblasti ultrazvukovej frekvencie.
Ultrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti -20 kHz. Jednotkou hladiny akustického tlaku je dB. Jednotkou merania intenzity ultrazvuku je watt na štvorcový centimeter (W/cm2).
Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostrediami, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie. Ultrazvukové vibrácie generované ultrazvukovými nízkofrekvenčnými priemyselnými zariadeniami majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Dlhodobé systematické vystavenie vzdušným ultrazvukom spôsobuje zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchových a vestibulárnych analyzátoroch. Najcharakteristickejšia je prítomnosť vegetatívno-vaskulárnej dystónie a astenického syndrómu.
Stupeň závažnosti zmien závisí od intenzity a trvania vystavenia ultrazvuku a zvyšuje sa v prítomnosti vysokofrekvenčného šumu v spektre, pričom sa pridáva výrazná strata sluchu. Ak kontakt s ultrazvukom pokračuje, tieto poruchy sa stávajú pretrvávajúcimi.
Pod vplyvom lokálneho ultrazvuku sa vyskytujú javy vegetatívnej polyneuritídy rúk (menej často nôh) rôzneho stupňa závažnosti až po rozvoj parézy rúk a predlaktí a vegetatívno-vaskulárnej dysfunkcie.
Povaha zmien, ktoré sa vyskytujú v tele pod vplyvom ultrazvuku, závisí od dávky expozície.
Malé dávky - hladina zvuku 80-90 dB - poskytujú stimulačný účinok - mikromasáž, zrýchlenie metabolických procesov. Veľké dávky - hladina zvuku 120 dB alebo viac - majú škodlivý účinok.
Základom predchádzania nepriaznivým účinkom ultrazvuku na osoby obsluhujúce ultrazvukové zariadenia sú hygienické predpisy.
V súlade s GOST 12.1.01-89 "Ultrazvuk. Všeobecné bezpečnostné požiadavky", "Sanitárne normy a pravidlá pre prácu na priemyselných ultrazvukových zariadeniach" (č. 1733-77) hladiny akustického tlaku vo vysokofrekvenčnej oblasti počuteľných zvukov a ultrazvuk na pracoviskách je obmedzený (od 80 do 110 dB pri geometrických stredných frekvenciách tretinoktávových pásiem od 12,5 do 100 kHz).
Ultrazvuk prenášaný kontaktom sa riadi „Sanitárnymi normami a pravidlami pre prácu so zariadeniami, ktoré vytvárajú ultrazvuk prenášaný kontaktom do rúk pracovníkov“ č. 2282-80.
Opatrenia na predchádzanie nepriaznivým účinkom ultrazvuku na organizmus prevádzkovateľov technologických zariadení a personálu liečebných a diagnostických miestností spočívajú predovšetkým vo vykonávaní opatrení technického charakteru. Patrí medzi ne vytvorenie automatizovaných, diaľkovo ovládaných ultrazvukových zariadení; používanie nízkoenergetických zariadení vždy, keď je to možné, čo pomáha znižovať intenzitu hluku a ultrazvuku na pracovisku o 20-40 dB; umiestnenie zariadení do zvukovo izolovaných miestností alebo miestností s diaľkovým ovládaním; vybavenie zvukovoizolačných zariadení, plášte, zásteny z oceľového plechu alebo duralu, potiahnuté gumou, protihlukovým tmelom a inými materiálmi.
Pri navrhovaní ultrazvukových inštalácií je vhodné použiť prevádzkové frekvencie, ktoré sú najďalej od počuteľného rozsahu – nie nižšie ako 22 kHz.
Aby sa eliminovalo vystavenie ultrazvuku pri kontakte s tekutými a pevnými médiami, je potrebné nainštalovať systém na automatické vypnutie ultrazvukových meničov počas operácií, počas ktorých je možný kontakt (napríklad nakladanie a vykladanie materiálov). Na ochranu rúk pred kontaktným pôsobením ultrazvuku sa odporúča použiť špeciálny pracovný nástroj s rukoväťou izolujúcou vibrácie.
Ak z výrobných dôvodov nie je možné znížiť hladinu hluku a intenzitu ultrazvuku na prijateľné hodnoty, je potrebné používať osobné ochranné pracovné prostriedky - protihluková ochrana, gumené rukavice s bavlnenou podšívkou a pod.
Rozvoj techniky a dopravných prostriedkov, zdokonaľovanie technologických procesov a zariadení sú sprevádzané zvyšovaním výkonu a rozmerov strojov, čo podmieňuje tendenciu zvyšovania nízkofrekvenčných zložiek v spektrách a vznik infrazvuku, ktorý je pomerne nový, nie úplne preštudovaný faktor vo výrobnom prostredí.
Infrazvuk je názov pre akustické vibrácie, ktoré sa vyskytujú často! pod 20 Hz. Tento frekvenčný rozsah leží pod hranicou počuteľnosti a ľudské ucho nie je schopné vnímať vibrácie týchto frekvencií.
Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako šum počuteľných frekvencií. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré majú veľké plochy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu).
Maximálne hladiny nízkofrekvenčných akustických vibrácií z priemyselných a dopravných zdrojov dosahujú 100-110 dB.
Štúdie biologických účinkov infrazvuku na organizmus ukázali, že pri úrovniach od 110 do 150 dB a viac môže u ľudí vyvolať nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny, medzi ktoré patria zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme, vestibulárny analyzátor. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách. Závažnosť týchto zmien závisí od úrovne intenzity infrazvuku a trvania faktora.
V súlade s Hygienickými normami pre infrazvuk na pracoviskách (č. 2274-80) sa na základe charakteru spektra infrazvuk delí na širokopásmový a harmonický. Harmonický charakter spektra je v oktávových frekvenčných pásmach stanovený prevýšením úrovne v jednom pásme nad susednými aspoň o 10 dB.
Podľa časových charakteristík sa infrazvuk delí na konštantný a nekonštantný.
Normalizovanou charakteristikou infrazvuku na pracoviskách sú hladiny akustického tlaku v decibeloch v oktávových frekvenčných pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 2, 4, 8, 16 Hz.
Prijateľné hladiny akustického tlaku sú 105 dB v oktávových pásmach 2, 4, 8, 16 Hz a 102 dB v oktávovom pásme 31,5 Hz. V tomto prípade by celková hladina akustického tlaku nemala presiahnuť 110 dB Lin.
Pre nekonštantný infrazvuk je normalizovanou charakteristikou celková hladina akustického tlaku.
Najúčinnejším a prakticky jediným prostriedkom boja proti infrazvuku je jeho redukcia pri zdroji. Pri výbere dizajnov by sa mali uprednostňovať malé stroje s vysokou tuhosťou, pretože v konštrukciách s plochými povrchmi veľkej plochy a nízkou tuhosťou sú vytvorené podmienky na generovanie infrazvuku. Boj proti infrazvuku pri jeho zdroji je potrebné vykonávať v smere zmeny prevádzkového režimu technologického zariadenia - zvýšenie jeho rýchlosti (napríklad zvýšenie počtu pracovných zdvihov kovacích a lisovacích strojov tak, aby hlavná frekvencia výkonových impulzov leží mimo dosahu infrazvuku).
Je potrebné prijať opatrenia na zníženie intenzity aerodynamických procesov – obmedzenie rýchlosti vozidiel, zníženie prietokov kvapalín (letecké a raketové motory, spaľovacie motory, systémy odvodu pary tepelných elektrární a pod.).
V boji proti infrazvuku pozdĺž ciest šírenia majú určitý účinok rušičky typu rušenia, zvyčajne v prítomnosti diskrétnych zložiek v infrazvukovom spektre.
Nedávne teoretické zdôvodnenie toku nelineárnych procesov v absorbéroch rezonančného typu otvára skutočné spôsoby navrhovania panelov a plášťov absorbujúcich zvuk, ktoré sú účinné v oblasti nízkych frekvencií.
Ako osobné ochranné prostriedky sa odporúča používať slúchadlá a štuple do uší, ktoré chránia ucho pred nepriaznivými účinkami sprievodného hluku.
Organizačné preventívne opatrenia by mali zahŕňať dodržiavanie rozvrhu práce a odpočinku a zákaz práce nadčas. Pri kontakte s ultrazvukom viac ako 50 % pracovného času sa odporúčajú prestávky 15 minút každých 1,5 hodiny práce. Významný účinok sa dosahuje komplexom fyzioterapeutických procedúr - masáž, UT-ožarovanie, vodné procedúry, vitaminizácia atď.
Delfínový sonar.
To, že delfíny majú nezvyčajne vyvinutý sluch, je známe už desaťročia. Objemy tých častí mozgu, ktoré riadia sluchové funkcie, sú desaťkrát (!) väčšie ako u ľudí (napriek tomu, že celkový objem mozgu je približne rovnaký). Delfín je schopný vnímať frekvencie zvukových vibrácií 10-krát vyššie (do 150 kHz) ako ľudia (do 15-18 kHz) a počuje zvuky, ktorých sila je 10-30-krát nižšia ako u zvukov prístupných ľudskému sluchu, ako napríklad Bez ohľadu na to, aký dobrý má delfín zrak, jeho schopnosti sú obmedzené kvôli nízkej priehľadnosti vody. Preto delfín dostáva základné informácie o svojom okolí sluchom. Zároveň využíva aktívnu polohu: počúva ozvenu, ktorá vzniká, keď sa zvuky, ktoré vydáva, odrážajú od okolitých predmetov. Echo mu dáva presné informácie nielen o polohe predmetov, ale aj o ich veľkosti, tvare a materiáli. Inými slovami, sluch umožňuje delfínovi vnímať svet okolo seba o nič horšie alebo dokonca lepšie ako zrak.
1. Vysielače a prijímače ultrazvuku.
2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia.
3. Odraz ultrazvuku. Zvukové videnie.
4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku.
5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika.
6. Infrazvuk a jeho zdroje.
7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne.
8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky.
9. Úlohy.
ultrazvuk - elastické vibrácie a vlny s frekvenciami približne od 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Bežne sa nazýva frekvenčný rozsah ultrazvuku od 1 do 1000 GHz hyperzvuk. Ultrazvukové frekvencie sú rozdelené do troch rozsahov:
ULF - nízkofrekvenčný ultrazvuk (20-100 kHz);
USCh - stredofrekvenčný ultrazvuk (0,1-10 MHz);
UHF - vysokofrekvenčný ultrazvuk (10-1000 MHz).
Každý rad má svoje vlastné charakteristiky medicínskeho použitia.
5.1. Ultrazvukové žiariče a prijímače
Elektromechanické žiariče A ultrazvukové prijímače využiť jav piezoelektrického javu, ktorého podstata je znázornená na obr. 5.1.
Kryštalické dielektrika ako kremeň, Rochellova soľ atď. majú výrazné piezoelektrické vlastnosti.
Ultrazvukové žiariče
Elektromechanické Ultrazvukový žiarič využíva jav inverzného piezoelektrického javu a pozostáva z nasledujúcich prvkov (obr. 5.2):
Ryža. 5.1. A - priamy piezoelektrický efekt: stlačenie a natiahnutie piezoelektrickej dosky vedie k vzniku potenciálneho rozdielu zodpovedajúceho znamienka;
b - reverzný piezoelektrický efekt: v závislosti od znamienka rozdielu potenciálu aplikovaného na piezoelektrickú dosku sa stlačí alebo natiahne
Ryža. 5.2. Ultrazvukový žiarič
1 - dosky vyrobené z látky s piezoelektrickými vlastnosťami;
2 - elektródy uložené na jeho povrchu vo forme vodivých vrstiev;
3 - generátor, ktorý dodáva elektródam striedavé napätie požadovanej frekvencie.
Keď sa na elektródy (2) z generátora (3) privedie striedavé napätie, doska (1) sa periodicky naťahuje a stláča. Vyskytujú sa vynútené oscilácie, ktorých frekvencia sa rovná frekvencii zmien napätia. Tieto vibrácie sa prenášajú na častice prostredia a vytvárajú mechanické vlnenie s príslušnou frekvenciou. Amplitúda kmitov častíc média v blízkosti žiariča sa rovná amplitúde kmitov platne.
Medzi vlastnosti ultrazvuku patrí možnosť získať vlny vysokej intenzity aj s relatívne malými amplitúdami vibrácií, pretože pri danej amplitúde je hustota
Ryža. 5.3. Zaostrenie ultrazvukového lúča vo vode pomocou plankonkávnej plexi šošovky (ultrazvuková frekvencia 8 MHz)
tok energie je úmerný druhá mocnina frekvencie(pozri vzorec 2.6). Maximálna intenzita ultrazvukového žiarenia je určená vlastnosťami materiálu žiaričov, ako aj charakteristikami podmienok ich použitia. Rozsah intenzity pre generáciu v USA v oblasti USF je extrémne široký: od 10 -14 W/cm 2 do 0,1 W/cm 2 .
Na mnohé účely sú potrebné výrazne vyššie intenzity ako tie, ktoré je možné získať z povrchu žiariča. V týchto prípadoch môžete použiť zaostrenie. Obrázok 5.3 ukazuje zaostrenie ultrazvuku pomocou plexisklovej šošovky. Na získanie veľmi veľký intenzity ultrazvuku využívajú zložitejšie metódy zaostrovania. V ohnisku paraboloidu, ktorého vnútorné steny sú tvorené mozaikou z kremenných doštičiek alebo piezokeramikou z bárnatého titanitu, je možné pri frekvencii 0,5 MHz získať intenzity ultrazvuku až 10 5 W/cm 2 . vo vode.
Ultrazvukové prijímače
Elektromechanické Ultrazvukové prijímače(obr. 5.4) využívajú jav priameho piezoelektrického javu. V tomto prípade pod vplyvom ultrazvukovej vlny dochádza k vibráciám kryštálovej platne (1),
Ryža. 5.4. Ultrazvukový prijímač
v dôsledku čoho sa na elektródach (2) objaví striedavé napätie, ktoré je zaznamenané záznamovým systémom (3).
Vo väčšine zdravotníckych zariadení sa ako prijímač používa aj generátor ultrazvukových vĺn.
5.2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia
Vo svojej fyzikálnej podstate sa ultrazvuk nelíši od zvuku a je to mechanické vlnenie. Ako sa šíri, vytvárajú sa striedajúce sa oblasti kondenzácie a riedenia častíc média. Rýchlosť šírenia ultrazvuku a zvuku v médiách je rovnaká (vo vzduchu ~ 340 m/s, vo vode a mäkkých tkanivách ~ 1500 m/s). Vysoká intenzita a krátka dĺžka ultrazvukových vĺn však dáva vznik množstvu špecifických vlastností.
Pri šírení ultrazvuku v látke dochádza k nevratnému prechodu energie zvukovej vlny na iné druhy energie, najmä na teplo. Tento jav sa nazýva absorpcia zvuku. Pokles amplitúdy vibrácií častíc a intenzity ultrazvuku v dôsledku absorpcie je exponenciálny:
kde A, A 0 sú amplitúdy vibrácií častíc média na povrchu látky a v hĺbke h; I, I 0 - zodpovedajúce intenzity ultrazvukovej vlny; α - absorpčný koeficient, v závislosti od frekvencie ultrazvukovej vlny, teploty a vlastností média.
Absorpčný koeficient - prevrátená hodnota vzdialenosti, pri ktorej sa amplitúda zvukovej vlny zníži o faktor „e“.
Čím vyšší je absorpčný koeficient, tým silnejšie médium absorbuje ultrazvuk.
Absorpčný koeficient (α) sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvuku. Preto je útlm ultrazvuku v médiu mnohonásobne vyšší ako útlm počuteľného zvuku.
Spolu s absorpčný koeficient, Ako charakteristika sa používa aj absorpcia ultrazvuku polovičná hĺbka absorpcie(H), ktorý s ním súvisí inverzným vzťahom (H = 0,347/α).
Hĺbka polovičnej absorpcie(H) je hĺbka, v ktorej sa intenzita ultrazvukovej vlny zníži na polovicu.
Hodnoty absorpčného koeficientu a polovičnej hĺbky absorpcie v rôznych tkanivách sú uvedené v tabuľke. 5.1.
V plynoch a najmä vo vzduchu sa ultrazvuk šíri s vysokým útlmom. Kvapaliny a pevné látky (najmä monokryštály) sú spravidla dobrými vodičmi ultrazvuku a útlm v nich je oveľa menší. Napríklad vo vode je útlm ultrazvuku, ak sú ostatné veci rovnaké, približne 1000-krát menší ako vo vzduchu. Preto sa oblasti použitia ultrazvukovej frekvencie a ultrazvukovej frekvencie týkajú takmer výlučne kvapalín a pevných látok a vo vzduchu a plynoch sa používa iba ultrazvuková frekvencia.
Uvoľňovanie tepla a chemické reakcie
Absorpcia ultrazvuku látkou je sprevádzaná prechodom mechanickej energie na vnútornú energiu látky, čo vedie k jej zahrievaniu. K najintenzívnejšiemu ohrevu dochádza v oblastiach susediacich s rozhraniami, keď sa koeficient odrazu blíži k jednotke (100 %). Je to spôsobené tým, že v dôsledku odrazu sa intenzita vlny v blízkosti hranice zvyšuje a podľa toho sa zvyšuje množstvo absorbovanej energie. Dá sa to overiť experimentálne. Ultrazvukový žiarič musíte pripevniť na mokrú ruku. Čoskoro sa na opačnej strane dlane objaví pocit (podobný bolesti pri popálení), spôsobený ultrazvukom odrazeným od rozhrania koža-vzduch.
Tkanivá so zložitou štruktúrou (pľúca) sú citlivejšie na zahrievanie ultrazvukom ako homogénne tkanivá (pečeň). Na rozhraní medzi mäkkým tkanivom a kosťou vzniká relatívne veľa tepla.
Lokálne zahrievanie tkanív o zlomok stupňa podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Dlhodobá expozícia však môže spôsobiť prehriatie.
V niektorých prípadoch sa využíva fokusovaný ultrazvuk na lokálne ovplyvnenie jednotlivých štruktúr tela. Tento efekt umožňuje dosiahnuť riadenú hypertermiu, t.j. zahrievanie na 41-44 °C bez prehriatia priľahlých tkanív.
Zvýšenie teploty a veľké poklesy tlaku, ktoré sprevádzajú prechod ultrazvuku, môžu viesť k tvorbe iónov a radikálov, ktoré môžu interagovať s molekulami. V tomto prípade môže dôjsť k chemickým reakciám, ktoré nie sú za normálnych podmienok uskutočniteľné. Chemický účinok ultrazvuku sa prejavuje najmä štiepením molekuly vody na H+ a OH- radikály s následnou tvorbou peroxidu vodíka H2O2.
Akustické toky a kavitácia
Ultrazvukové vlny vysokej intenzity sú sprevádzané množstvom špecifických efektov. Šírenie ultrazvukových vĺn v plynoch a kvapalinách je teda sprevádzané pohybom média, ktorý sa nazýva akustické prúdenie (obr. 5.5, Obr. A). Pri frekvenciách v frekvenčnom rozsahu ultrazvuku v ultrazvukovom poli s intenzitou niekoľko W/cm2 môže dochádzať k tryskaniu kvapaliny (obr. 5.5, b) a nastriekaním, aby sa vytvorila veľmi jemná hmla. Táto vlastnosť šírenia ultrazvuku sa využíva v ultrazvukových inhalátoroch.
Medzi dôležité javy, ktoré vznikajú pri šírení intenzívneho ultrazvuku v kvapalinách, patrí akustický kavitácia - rast bublín z existujúcich v ultrazvukovom poli
Ryža. 5.5. a) akustický tok, ku ktorému dochádza, keď sa ultrazvuk šíri v benzéne s frekvenciou 5 MHz; b) fontána kvapaliny vytvorená pri dopade ultrazvukového lúča z vnútra kvapaliny na jej povrch (ultrazvuková frekvencia 1,5 MHz, intenzita 15 W/cm2)
submikroskopické zárodky plynu alebo pary v kvapalinách až do veľkosti zlomku mm, ktoré začnú pulzovať pri ultrazvukovej frekvencii a kolabujú vo fáze pretlaku. Pri kolapse plynových bublín vznikajú veľké lokálne tlaky rádu tisíc atmosfér guľovitý rázové vlny. Takýto intenzívny mechanický účinok na častice obsiahnuté v kvapaline môže viesť k rôznym účinkom, vrátane deštruktívnych, a to aj bez vplyvu tepelného účinku ultrazvuku. Mechanické účinky sú obzvlášť významné pri vystavení sústredenému ultrazvuku.
Ďalším dôsledkom kolapsu kavitačných bublín je silné zahriatie ich obsahu (až na teplotu cca 10 000 °C), sprevádzané ionizáciou a disociáciou molekúl.
Fenomén kavitácie je sprevádzaný eróziou pracovných plôch žiaričov, poškodením buniek atď. Tento jav však vedie aj k množstvu priaznivých účinkov. Napríklad v oblasti kavitácie dochádza k zvýšenému miešaniu látky, ktorá sa používa na prípravu emulzií.
5.3. Ultrazvukový odraz. Zvukové videnie
Rovnako ako všetky typy vĺn, aj ultrazvuk je charakterizovaný javmi odrazu a lomu. Tieto javy sú však badateľné len vtedy, keď je veľkosť nehomogenít porovnateľná s vlnovou dĺžkou. Dĺžka ultrazvukovej vlny je podstatne menšia ako dĺžka zvukovej vlny (λ = v/v). Dĺžky zvukových a ultrazvukových vĺn v mäkkých tkanivách pri frekvenciách 1 kHz a 1 MHz sú teda rovnaké: λ = 1500/1000 = 1,5 m;
1500/1 000 000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. V súlade s vyššie uvedeným teleso s veľkosťou 10 cm prakticky neodráža zvuk s vlnovou dĺžkou λ = 1,5 m, ale je reflektorom pre ultrazvukové vlnenie s λ = 1,5 mm.
Účinnosť odrazu je určená nielen geometrickými vzťahmi, ale aj koeficientom odrazu r, ktorý závisí od pomeru vlnový odpor média x(pozri vzorce 3.8, 3.9):
Pre hodnoty x blízke 0 je odraz takmer úplný. To je prekážkou prenosu ultrazvuku zo vzduchu do mäkkých tkanív (x = 3x10 -4, r= 99,88 %). Ak sa ultrazvukový žiarič aplikuje priamo na pokožku človeka, ultrazvuk neprenikne dovnútra, ale bude sa odrážať od tenkej vrstvy vzduchu medzi žiaričom a pokožkou. V tomto prípade malé hodnoty X hrať negatívnu rolu. Na odstránenie vzduchovej vrstvy je povrch pokožky pokrytý vrstvou vhodného lubrikantu (vodné želé), ktorý pôsobí ako prechodné médium, ktoré znižuje odraz. Naopak, na zistenie nehomogenít v stredných, malých hodnotách X sú pozitívnym faktorom.
Hodnoty koeficientu odrazu na hraniciach rôznych tkanív sú uvedené v tabuľke. 5.2.
Intenzita prijímaného odrazeného signálu závisí nielen od veľkosti koeficientu odrazu, ale aj od miery absorpcie ultrazvuku prostredím, v ktorom sa šíri. Absorpcia ultrazvukovej vlny vedie k tomu, že echo signál odrazený od štruktúry umiestnenej v hĺbke je oveľa slabší ako ten, ktorý sa vytvára pri odraze od podobnej štruktúry umiestnenej blízko povrchu.
Na základe odrazu ultrazvukových vĺn od nehomogenít zvukové videnie, používa sa pri lekárskych ultrazvukových vyšetreniach (ultrazvuk). V tomto prípade sa ultrazvuk odrazený od nehomogenít (jednotlivých orgánov, nádorov) premení na elektrické vibrácie a tie na svetlo, čo umožňuje vidieť určité predmety na obrazovke v prostredí nepriehľadnom pre svetlo. Obrázok 5.6 ukazuje obrázok
Ryža. 5.6. Obrázok 17-týždňového ľudského plodu získaný pomocou 5 MHz ultrazvuku
ľudský plod vo veku 17 týždňov, získaný pomocou ultrazvuku.
Pri frekvenciách v ultrazvukovom rozsahu bol vytvorený ultrazvukový mikroskop - zariadenie podobné bežnému mikroskopu, ktorého výhodou oproti optickému mikroskopu je, že pre biologický výskum nie je potrebné predbežné farbenie objektu. Obrázok 5.7 ukazuje fotografie červených krviniek získaných optickým a ultrazvukovým mikroskopom.
Ryža. 5.7. Fotografie červených krviniek získané optickým (a) a ultrazvukovým (b) mikroskopom
So zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvukových vĺn sa zvyšuje rozlišovacia schopnosť (dajú sa zistiť menšie nehomogenity), ale ich schopnosť prieniku klesá, t.j. hĺbka, v ktorej možno skúmať štruktúry záujmu, klesá. Preto je frekvencia ultrazvuku zvolená tak, aby kombinovala dostatočné rozlíšenie s požadovanou hĺbkou vyšetrenia. Na ultrazvukové vyšetrenie štítnej žľazy umiestnenej priamo pod kožou sa teda používajú vlny s frekvenciou 7,5 MHz a na vyšetrenie brušných orgánov s frekvenciou 3,5 – 5,5 MHz. Okrem toho sa berie do úvahy aj hrúbka tukovej vrstvy: pre tenké deti sa používa frekvencia 5,5 MHz a pre deti a dospelých s nadváhou frekvencia 3,5 MHz.
5.4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku
Keď ultrazvuk pôsobí na biologické objekty v ožarovaných orgánoch a tkanivách vo vzdialenosti rovnajúcej sa polovici vlnovej dĺžky, môžu vzniknúť tlakové rozdiely od jednotiek až po desiatky atmosfér. Takéto intenzívne vplyvy vedú k rôznym biologickým účinkom, ktorých fyzikálna podstata je daná kombinovaným pôsobením mechanických, tepelných a fyzikálno-chemických javov sprevádzajúcich šírenie ultrazvuku v prostredí.
Všeobecné účinky ultrazvuku na tkanivá a telo ako celok
Biologický účinok ultrazvuku, t.j. zmeny spôsobené v životnej činnosti a štruktúrach biologických objektov pri pôsobení ultrazvuku sú determinované najmä jeho intenzitou a trvaním ožiarenia a môžu mať pozitívny aj negatívny vplyv na životnú aktivitu organizmov. Mechanické vibrácie častíc, ktoré sa vyskytujú pri relatívne nízkych intenzitách ultrazvuku (do 1,5 W/cm 2), teda vytvárajú určitý druh mikromasáže tkanív, podporujúci lepší metabolizmus a lepšie zásobovanie tkanív krvou a lymfou. Miestne zahrievanie tkanív zlomkami a jednotkami stupňov spravidla podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Ultrazvukové vlny malý A priemer intenzity vyvolávajú pozitívne biologické účinky v živých tkanivách, stimulujú výskyt normálnych fyziologických procesov.
Úspešné využitie ultrazvuku v týchto intenzitách sa používa v neurológii na rehabilitáciu chorôb, ako je chronická radikulitída, polyartritída, neuritída a neuralgia. Ultrazvuk sa používa pri liečbe ochorení chrbtice a kĺbov (zničenie usadenín soli v kĺboch a dutinách); pri liečbe rôznych komplikácií po poškodení kĺbov, väzov, šliach a pod.
Ultrazvuk vysokej intenzity (3-10 W/cm2) má škodlivý vplyv na jednotlivé orgány a ľudské telo ako celok. Vysoká intenzita ultrazvuku môže spôsobiť
v biologických prostrediach akustickej kavitácie, sprevádzané mechanickou deštrukciou buniek a tkanív. Dlhodobé intenzívne pôsobenie ultrazvuku môže viesť k prehriatiu biologických štruktúr a ich zničeniu (denaturácia bielkovín a pod.). Vystavenie intenzívnemu ultrazvuku môže mať aj dlhodobé následky. Napríklad pri dlhšom pôsobení ultrazvuku s frekvenciou 20-30 kHz, ktorý sa vyskytuje v niektorých priemyselných podmienkach, sa u človeka objavia poruchy nervového systému, zvyšuje sa únava, výrazne stúpa teplota, dochádza k poruchám sluchu.
Veľmi intenzívny ultrazvuk je pre človeka smrteľný. V Španielsku tak bolo 80 dobrovoľníkov vystavených ultrazvukovým turbulentným motorom. Výsledky tohto barbarského experimentu boli katastrofálne: 28 ľudí zomrelo, zvyšok bol úplne alebo čiastočne paralyzovaný.
Tepelný efekt vyvolaný vysokointenzívnym ultrazvukom môže byť veľmi významný: pri ožiarení ultrazvukom s výkonom 4 W/cm2 po dobu 20 s sa teplota telesných tkanív v hĺbke 2-5 cm zvýši o 5-6 °C.
Aby sa predišlo chorobám z povolania medzi ľuďmi pracujúcimi na ultrazvukových zariadeniach, keď je možný kontakt so zdrojmi ultrazvukových vibrácií, je potrebné použiť 2 páry rukavíc na ochranu rúk: vonkajšia guma a vnútorná bavlna.
Účinok ultrazvuku na bunkovej úrovni
Biologický účinok ultrazvuku môže byť tiež založený na sekundárnych fyzikálno-chemických účinkoch. Pri vytváraní akustických tokov teda môže dochádzať k miešaniu vnútrobunkových štruktúr. Kavitácia vedie k prerušeniu molekulárnych väzieb v biopolyméroch a iných životne dôležitých zlúčeninách a k rozvoju redoxných reakcií. Ultrazvuk zvyšuje priepustnosť biologických membrán, v dôsledku čoho sa v dôsledku difúzie urýchľujú metabolické procesy. Zmena toku rôznych látok cez cytoplazmatickú membránu vedie k zmene zloženia vnútrobunkového prostredia a bunkového mikroprostredia. To ovplyvňuje rýchlosť biochemických reakcií s účasťou enzýmov, ktoré sú citlivé na obsah určitých resp
iné ióny. V niektorých prípadoch môže zmena zloženia prostredia vo vnútri bunky viesť k zrýchleniu enzymatických reakcií, čo sa pozoruje, keď sú bunky vystavené ultrazvuku s nízkou intenzitou.
Mnohé vnútrobunkové enzýmy sú aktivované iónmi draslíka. So zvyšujúcou sa intenzitou ultrazvuku je preto pravdepodobnejší účinok potláčania enzymatických reakcií v bunke, keďže v dôsledku depolarizácie bunkových membrán klesá koncentrácia draselných iónov v intracelulárnom prostredí.
Účinok ultrazvuku na bunky môže byť sprevádzaný nasledujúcimi javmi:
Porušenie mikroprostredia bunkových membrán vo forme zmien koncentračných gradientov rôznych látok v blízkosti membrán, zmeny viskozity prostredia vo vnútri a mimo bunky;
Zmeny permeability bunkových membrán vo forme zrýchlenia normálnej a uľahčenej difúzie, zmeny účinnosti aktívneho transportu, narušenie štruktúry membrány;
Porušenie zloženia vnútrobunkového prostredia vo forme zmien koncentrácie rôznych látok v bunke, zmeny viskozity;
Zmeny v rýchlostiach enzymatických reakcií v bunke v dôsledku zmien optimálnych koncentrácií látok potrebných pre fungovanie enzýmov.
Zmena permeability bunkových membrán je univerzálnou odpoveďou na pôsobenie ultrazvuku bez ohľadu na to, ktorý z ultrazvukových faktorov pôsobiacich na bunku v konkrétnom prípade dominuje.
Pri dostatočne vysokej intenzite ultrazvuku dochádza k deštrukcii membrány. Rôzne bunky však majú rôzny odpor: niektoré bunky sú zničené pri intenzite 0,1 W/cm2, iné pri 25 W/cm2.
V určitom rozsahu intenzity sú pozorované biologické účinky ultrazvuku reverzibilné. Horná hranica tohto intervalu 0,1 W/cm 2 pri frekvencii 0,8-2 MHz je akceptovaná ako prahová hodnota. Prekročenie tohto limitu vedie k výrazným deštruktívnym zmenám v bunkách.
Zničenie mikroorganizmov
Na ničenie baktérií a vírusov prítomných v kvapaline sa používa ultrazvukové ožarovanie s intenzitou presahujúcou prah kavitácie.
5.5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika
Deformácie pod vplyvom ultrazvuku sa využívajú pri mletí alebo dispergovaní médií.
Fenomén kavitácie sa využíva na získanie emulzií nemiešateľných kvapalín a na čistenie kovov od vodného kameňa a mastných filmov.
Ultrazvuková terapia
Terapeutický účinok ultrazvuku je určený mechanickými, tepelnými a chemickými faktormi. Ich spoločné pôsobenie zlepšuje priepustnosť membrán, rozširuje cievy, zlepšuje metabolizmus, čím pomáha obnoviť rovnovážny stav organizmu. Pomocou dávkovaného ultrazvukového lúča je možné vykonávať jemnú masáž srdca, pľúc a iných orgánov a tkanív.
V otolaryngológii ultrazvuk ovplyvňuje bubienok a nosovú sliznicu. Týmto spôsobom sa uskutočňuje rehabilitácia chronického výtoku z nosa a chorôb maxilárnych dutín.
FONOFORÉZA - zavedenie liečivých látok do tkanív cez póry kože pomocou ultrazvuku. Táto metóda je podobná elektroforéze, avšak na rozdiel od elektrického poľa, ultrazvukové pole pohybuje nielen iónmi, ale aj nenabitéčastice. Vplyvom ultrazvuku sa zvyšuje priepustnosť bunkových membrán, čo uľahčuje prienik liečiv do bunky, zatiaľ čo pri elektroforéze sa liečivá koncentrujú najmä medzi bunkami.
AUTOHEMOTERAPIA - intramuskulárna injekcia vlastnej krvi odobratej zo žily. Tento postup sa ukazuje ako účinnejší, ak sa odobratá krv pred infúziou ožiari ultrazvukom.
Ultrazvukové ožarovanie zvyšuje citlivosť buniek na účinky chemikálií. To vám umožní vytvárať menej škodlivé
vakcíny, pretože pri ich výrobe sa môžu použiť chemické činidlá s nižšou koncentráciou.
Predbežná expozícia ultrazvuku zvyšuje účinok γ- a mikrovlnného žiarenia na nádory.
Vo farmaceutickom priemysle sa ultrazvuk používa na výrobu emulzií a aerosólov určitých liečivých látok.
Vo fyzioterapii sa ultrazvuk používa na lokálny zásah, vykonávaný pomocou vhodného žiariča, aplikovaného kontaktne cez masťový základ na konkrétnu oblasť tela.
Ultrazvuková chirurgia
Ultrazvuková chirurgia sa delí na dva typy, z ktorých jeden je spojený s účinkom zvukových vibrácií na tkanivo, druhý s aplikáciou ultrazvukových vibrácií na chirurgický nástroj.
Zničenie nádorov. Niekoľko žiaričov namontovaných na tele pacienta vyžaruje ultrazvukové lúče, ktoré sa zameriavajú na nádor. Intenzita každého lúča nie je dostatočná na poškodenie zdravého tkaniva, ale v mieste, kde sa lúče zbiehajú, sa intenzita zvyšuje a nádor je zničený kavitáciou a teplom.
V urológii mechanickým pôsobením ultrazvuku rozdrvia kamene v močových cestách a tým zachránia pacientov pred operáciami.
Zváranie mäkkých tkanív. Ak spojíte dve prerezané cievy a stlačíte ich, po ožiarení vznikne zvar.
Zváracie kosti(ultrazvuková osteosyntéza). Oblasť zlomeniny je vyplnená rozdrveným kostným tkanivom zmiešaným s tekutým polymérom (cyakrín), ktorý vplyvom ultrazvuku rýchlo polymerizuje. Po ožiarení sa vytvorí pevný zvar, ktorý sa postupne rozpúšťa a nahrádza kostným tkanivom.
Aplikácia ultrazvukových vibrácií na chirurgické nástroje(skalpely, pilníky, ihly) výrazne znižuje rezné sily, znižuje bolesť, má hemostatické a sterilizačné účinky. Amplitúda vibrácií rezného nástroja pri frekvencii 20-50 kHz je 10-50 mikrónov. Ultrazvukové skalpely umožňujú vykonávať operácie v dýchacích orgánoch bez otvorenia hrudníka,
operácie v pažeráku a krvných cievach. Vložením dlhého a tenkého ultrazvukového skalpelu do žily možno zničiť zhrubnutia cholesterolu v cieve.
Sterilizácia. Deštruktívny účinok ultrazvuku na mikroorganizmy sa využíva na sterilizáciu chirurgických nástrojov.
V niektorých prípadoch sa ultrazvuk používa v kombinácii s inými fyzikálnymi vplyvmi, napr kryogénne, na chirurgickú liečbu hemangiómov a jaziev.
Ultrazvuková diagnostika
Ultrazvuková diagnostika je súbor metód na štúdium zdravého a chorého ľudského tela, založených na použití ultrazvuku. Fyzikálnym základom ultrazvukovej diagnostiky je závislosť parametrov šírenia zvuku v biologických tkanivách (rýchlosť zvuku, koeficient útlmu, vlnová impedancia) od typu tkaniva a jeho stavu. Ultrazvukové metódy umožňujú vizualizáciu vnútorných štruktúr tela, ako aj štúdium pohybu biologických objektov vo vnútri tela. Hlavnou črtou ultrazvukovej diagnostiky je schopnosť získať informácie o mäkkých tkanivách, ktoré sa mierne líšia hustotou alebo elasticitou. Ultrazvuková vyšetrovacia metóda je vysoko citlivá, možno ňou odhaliť útvary, ktoré nie sú detekované röntgenom, nevyžaduje použitie kontrastných látok, je nebolestivé a nemá žiadne kontraindikácie.
Na diagnostické účely sa používa ultrazvuková frekvencia od 0,8 do 15 MHz. Nízke frekvencie sa používajú pri štúdiu hlboko umiestnených objektov alebo pri štúdiu cez kostné tkanivo, vysoké frekvencie - na vizualizáciu objektov nachádzajúcich sa blízko povrchu tela, na diagnostiku v oftalmológii, pri štúdiu povrchovo umiestnených ciev.
Najpoužívanejšie v ultrazvukovej diagnostike sú echolokačné metódy založené na odraze alebo rozptyle pulzných ultrazvukových signálov. V závislosti od spôsobu získavania a charakteru prezentácie informácií sa prístroje na ultrazvukovú diagnostiku delia do 3 skupín: jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A; jednorozmerné prístroje s označením typu M; dvojrozmerné zariadenia s označením typu B.
Pri ultrazvukovej diagnostike prístrojom typu A sa na vyšetrovanú oblasť tela kontaktnou látkou privádza žiarič vyžarujúci krátke (trvajúce cca 10 -6 s) ultrazvukové impulzy. V pauzách medzi pulzmi prístroj prijíma pulzy odrazené od rôznych nehomogenít v tkanivách. Po zosilnení sú tieto impulzy pozorované na obrazovke katódovej trubice vo forme odchýlok lúča od horizontálnej čiary. Kompletný vzor odrazených impulzov sa nazýva jednorozmerný echogram typu A. Obrázok 5.8 ukazuje echogram získaný počas echoskopie oka.
Ryža. 5.8. Echoskopia oka pomocou A-metódy:
1 - ozvena z predného povrchu rohovky; 2, 3 - ozveny z predného a zadného povrchu šošovky; 4 - ozvena zo sietnice a štruktúr zadného pólu očnej gule
Echogramy tkanív rôznych typov sa navzájom líšia počtom impulzov a ich amplitúdou. Analýza echogramu typu A v mnohých prípadoch umožňuje získať ďalšie informácie o stave, hĺbke a rozsahu patologickej oblasti.
Jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A sa používajú v neurológii, neurochirurgii, onkológii, pôrodníctve, oftalmológii a iných oblastiach medicíny.
V zariadeniach s indikáciou typu M sú odrazené impulzy po zosilnení privádzané na modulačnú elektródu katódovej trubice a sú prezentované vo forme čiarok, ktorých jas súvisí s amplitúdou impulzu a šírka je súvisiace s jeho trvaním. Vývoj týchto línií v čase dáva obraz o jednotlivých odrážajúcich sa štruktúrach. Tento typ indikácie je široko používaný v kardiografii. Ultrazvukový kardiogram je možné zaznamenať pomocou katódovej trubice s pamäťou alebo na papierový magnetofón. Táto metóda zaznamenáva pohyby srdcových elementov, čo umožňuje určiť stenózu mitrálnej chlopne, vrodené srdcové chyby atď.
Pri použití záznamových metód typu A a M je prevodník v pevnej polohe na tele pacienta.
V prípade indikácie typu B sa prevodník pohybuje (skenuje) po povrchu tela a na obrazovke katódovej trubice sa zaznamenáva dvojrozmerný echogram, ktorý reprodukuje prierez skúmanej oblasti telo.
Obmenou metódy B je viacnásobné skenovanie, pri ktorej je mechanický pohyb snímača nahradený sekvenčným elektrickým spínaním množstva prvkov umiestnených na tej istej linke. Viacnásobné skenovanie vám umožňuje sledovať skúmané úseky takmer v reálnom čase. Ďalšou variáciou metódy B je sektorové skenovanie, pri ktorom nedochádza k pohybu echo sondy, ale mení sa uhol vloženia ultrazvukového lúča.
Ultrazvukové prístroje s indikáciou typu B sa používajú v onkológii, pôrodníctve a gynekológii, urológii, otolaryngológii, oftalmológii a pod. V kardiológii sa využívajú modifikácie prístrojov typu B s multisnímaním a sektorovým skenovaním.
Všetky echolokačné metódy ultrazvukovej diagnostiky umožňujú tak či onak registrovať hranice oblastí s rôznou vlnovou impedanciou vo vnútri tela.
Nová metóda ultrazvukovej diagnostiky - rekonštrukčná (alebo výpočtová) tomografia - udáva priestorové rozloženie parametrov šírenia zvuku: koeficient útlmu (útlmová modifikácia metódy) alebo rýchlosť zvuku (refrakčná modifikácia). Pri tejto metóde sa rez skúmaným objektom ozvučí opakovane v rôznych smeroch. Informácie o súradniciach zvuku a signáloch odozvy sú spracované v počítači, v dôsledku čoho sa na displeji zobrazí zrekonštruovaný tomogram.
V poslednej dobe sa metóda začala zavádzať elastometria na štúdium pečeňového tkaniva normálne aj v rôznych štádiách mikrózy. Podstatou metódy je toto. Snímač je inštalovaný kolmo na povrch tela. Pomocou vibrátora zabudovaného v snímači sa vytvorí nízkofrekvenčné zvukové mechanické vlnenie (ν = 50 Hz, A = 1 mm), ktorého rýchlosť šírenia cez tkanivo pod ním sa posudzuje pomocou ultrazvuku s frekvenciou ν = 3,5 MHz (v podstate sa vykonáva echolokácia). Použitím
modul E (elasticita) tkaniny. U pacienta sa vykoná séria meraní (najmenej 10) v medzirebrových priestoroch v projekcii polohy pečene. Všetky údaje sa analyzujú automaticky, prístroj poskytuje kvantitatívne vyhodnotenie elasticity (hustoty), ktoré je prezentované číselne aj farebne.
Na získanie informácií o pohybujúcich sa štruktúrach tela sa používajú metódy a prístroje, ktorých činnosť je založená na Dopplerovom efekte. Takéto zariadenia zvyčajne obsahujú dva piezoelementy: ultrazvukový žiarič pracujúci v kontinuálnom režime a prijímač odrazených signálov. Meraním Dopplerovho frekvenčného posunu ultrazvukovej vlny odrazenej od pohybujúceho sa objektu (napríklad od steny nádoby) sa určí rýchlosť pohybu odrážajúceho sa objektu (pozri vzorec 2.9). Najpokročilejšie zariadenia tohto typu využívajú pulzno-dopplerovskú (koherentnú) lokalizačnú metódu, ktorá umožňuje izolovať signál z určitého bodu v priestore.
Prístroje využívajúce Dopplerov efekt sa používajú na diagnostiku ochorení kardiovaskulárneho systému (stanovenie
pohyby častí srdca a stien krvných ciev), v pôrodníctve (štúdium srdcového tepu plodu), na štúdium prietoku krvi atď.
Orgány sa vyšetrujú cez pažerák, s ktorým ohraničujú.
Porovnanie ultrazvukového a röntgenového „sviečkovania“
V niektorých prípadoch má ultrazvukové skenovanie výhodu oproti röntgenovému žiareniu. Je to spôsobené tým, že röntgenové lúče poskytujú jasný obraz „tvrdého“ tkaniva na pozadí „mäkkého“ tkaniva. Napríklad kosti sú jasne viditeľné na pozadí mäkkých tkanív. Na získanie röntgenového obrazu mäkkých tkanív na pozadí iných mäkkých tkanív (napríklad krvná cieva na pozadí svalov) musí byť nádoba naplnená látkou, ktorá dobre absorbuje röntgenové žiarenie (kontrastná látka). . Ultrazvukové presvetlenie vďaka už spomínaným vlastnostiam poskytuje v tomto prípade obraz bez použitia kontrastných látok.
Röntgenové vyšetrenie rozlišuje rozdiel v hustote až do 10% a ultrazvukové vyšetrenie až do 1%.
5.6. Infrazvuk a jeho zdroje
Infrazvuk- elastické vibrácie a vlny s frekvenciami ležiacimi pod rozsahom frekvencií počuteľných pre človeka. Typicky sa 16-20 Hz považuje za hornú hranicu infrazvukového rozsahu. Táto definícia je podmienená, keďže pri dostatočnej intenzite dochádza k sluchovému vnímaniu aj pri frekvenciách niekoľkých Hz, hoci v tomto prípade tónová povaha vnemu zmizne a rozlíšia sa len jednotlivé cykly kmitov. Spodná hranica frekvencie infrazvuku je neistá; jeho súčasná oblasť štúdia sa rozprestiera až na približne 0,001 Hz.
Infrazvukové vlny sa šíria vo vzduchu a vo vode, ako aj v zemskej kôre (seizmické vlny). Hlavnou črtou infrazvuku je vzhľadom na jeho nízku frekvenciu nízka absorpcia. Infrazvukové vlny s frekvenciou 10-20 Hz sa pri šírení v hlbokom mori a v atmosfére na úrovni zeme utlmia vo vzdialenosti 1000 km najviac o niekoľko decibelov. Je známe, že zvuky
Sopečné erupcie a atómové výbuchy môžu mnohokrát obletieť zemeguľu. V dôsledku dlhej vlnovej dĺžky je aj rozptyl infrazvuku nízky. V prírodnom prostredí vytvárajú nápadný rozptyl len veľmi veľké objekty - kopce, hory, vysoké budovy.
Prirodzenými zdrojmi infrazvuku sú meteorologické, seizmické a vulkanické javy. Infrazvuk je generovaný atmosférickými a oceánskymi turbulentnými výkyvmi tlaku, vetrom, morskými vlnami (vrátane prílivových vĺn), vodopádmi, zemetraseniami a zosuvmi pôdy.
Zdrojmi infrazvuku spojeného s ľudskou činnosťou sú výbuchy, výstrely, rázové vlny nadzvukových lietadiel, nárazy pilotov, chod prúdových motorov a pod. Infrazvuk je obsiahnutý v hluku motorov a technologických zariadení. Vibrácie budov vytvorené priemyselnými a domácimi patogénmi spravidla obsahujú infrazvukové zložky. Hluk z dopravy výrazne prispieva k infrazvukovému znečisteniu životného prostredia. Napríklad osobné autá pri rýchlosti 100 km/h vytvárajú infrazvuk s úrovňou intenzity až 100 dB. V motorovom priestore veľkých lodí boli zaznamenané infrazvukové vibrácie vytvárané prevádzkou motorov s frekvenciou 7-13 Hz a úrovňou intenzity 115 dB. Na horných poschodiach výškových budov, najmä pri silnom vetre, dosahuje úroveň intenzity infrazvuku
Infrazvuk je takmer nemožné izolovať - pri nízkych frekvenciách všetky materiály pohlcujúce zvuk takmer úplne strácajú svoju účinnosť.
5.7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne
Infrazvuk má na človeka spravidla negatívny vplyv: spôsobuje depresívnu náladu, únavu, bolesti hlavy, podráždenie. Osoba vystavená infrazvuku s nízkou intenzitou pociťuje príznaky morskej choroby, nevoľnosti a závratov. Objavuje sa bolesť hlavy, zvyšuje sa únava a slabne sluch. Pri frekvencii 2-5 Hz
a úrovni intenzity 100-125 dB sa subjektívna reakcia znižuje na pocit tlaku v uchu, ťažkosti s prehĺtaním, nútenú moduláciu hlasu a ťažkosti s rozprávaním. Expozícia infrazvuku negatívne ovplyvňuje videnie: zhoršujú sa zrakové funkcie, znižuje sa zraková ostrosť, zužuje sa zorné pole, je oslabená akomodačná schopnosť a je narušená stabilita fixácie oka pozorovaného objektu.
Hluk s frekvenciou 2-15 Hz pri úrovni intenzity 100 dB vedie k zvýšeniu chyby sledovania číselníkov. Objavujú sa kŕčovité zášklby očnej buľvy a dysfunkcia orgánov rovnováhy.
Piloti a kozmonauti vystavení infrazvuku počas výcviku boli pomalší pri riešení aj jednoduchých aritmetických problémov.
Existuje predpoklad, že rôzne anomálie v stave ľudí v zlom počasí, vysvetlené klimatickými podmienkami, sú vlastne dôsledkom vplyvu infrazvukových vĺn.
Pri strednej intenzite (140-155 dB) môže dôjsť k mdlobám a dočasnej strate zraku. Pri vysokej intenzite (asi 180 dB) môže dôjsť k paralýze s fatálnym koncom.
Predpokladá sa, že negatívny vplyv infrazvuku je spôsobený tým, že prirodzené vibračné frekvencie niektorých orgánov a častí ľudského tela ležia v infrazvukovej oblasti. To spôsobuje nežiaduce rezonančné javy. Uveďme niektoré frekvencie prirodzených oscilácií pre ľudí:
Ľudské telo v ležiacej polohe - (3-4) Hz;
Hrudník - (5-8) Hz;
Brucho - (3-4) Hz;
Oči - (12-27) Hz.
Škodlivé sú najmä účinky infrazvuku na srdce. Pri dostatočnom výkone dochádza k núteným osciláciám srdcového svalu. Pri rezonancii (6-7 Hz) sa ich amplitúda zvyšuje, čo môže viesť ku krvácaniu.
Využitie infrazvuku v medicíne
V posledných rokoch sa infrazvuk stal široko používaným v lekárskej praxi. V oftalmológii teda infrazvukové vlny
s frekvenciami do 12 Hz sa používajú pri liečbe krátkozrakosti. Pri liečbe ochorení očných viečok sa infrazvuk využíva na fonoforézu (obr. 5.9), ako aj na čistenie povrchov rán, zlepšenie hemodynamiky a regenerácie v očných viečkach, masáže (obr. 5.10) atď.
Obrázok 5.9 ukazuje použitie infrazvuku na liečbu abnormalít slzných ciest u novorodencov.
V jednom štádiu liečby sa vykonáva masáž slzného vaku. V tomto prípade generátor infrazvuku vytvára nadmerný tlak v slznom vaku, čo prispieva k prasknutiu embryonálneho tkaniva v slznom kanáli.
Ryža. 5.9. Schéma infrazvukovej fonoforézy
Ryža. 5.10. Masáž slzného vaku
5.8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky
Tabuľka 5.1. Koeficient absorpcie a polovičná hĺbka absorpcie pri frekvencii 1 MHz
Tabuľka 5.2. Koeficient odrazu na hraniciach rôznych tkanív
5.9. Úlohy
1. Odraz vĺn od malých nehomogenít sa stáva viditeľným, keď ich veľkosť presahuje vlnovú dĺžku. Odhadnite minimálnu veľkosť d obličkového kameňa, ktorú možno zistiť ultrazvukovou diagnostikou pri frekvencii ν = 5 MHz. Rýchlosť ultrazvukových vĺn v= 1500 m/s.
Riešenie
Nájdite vlnovú dĺžku: λ = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d > λ.
odpoveď: d > 0,3 mm.
2. Niektoré fyzioterapeutické postupy využívajú ultrazvuk s frekvenciou ν = 800 kHz a intenzitou I = 1 W/cm2. Nájdite amplitúdu vibrácií molekúl mäkkých tkanív.
Riešenie
Intenzita mechanických vĺn je určená vzorcom (2.6)
Hustota mäkkých tkanív je ρ « 1000 kg/m 3 .
kruhová frekvencia ω = 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1 ;
rýchlosť ultrazvuku v mäkkých tkanivách ν ≈ 1500 m/s.
Je potrebné previesť intenzitu na SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .
Nahradením číselných hodnôt do posledného vzorca nájdeme:
Takýto malý posun molekúl pri prechode ultrazvuku naznačuje, že jeho účinok sa prejavuje na bunkovej úrovni. odpoveď: A = 0,023 um.
3. Kvalita oceľových dielov sa kontroluje pomocou ultrazvukového detektora chýb. V akej hĺbke h v diele bola zistená trhlina a aká je hrúbka dielu d, ak po vyslaní ultrazvukového signálu boli prijaté dva odrazené signály s 0,1 ms a 0,2 ms? Rýchlosť šírenia ultrazvukovej vlny v oceli je rovná v= 5200 m/s.
Riešenie
2h = tv →h = tv/2. odpoveď: h = 26 cm; d = 52 cm.
