Номер 5, страница 359 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Творческие задания. Параграф 76. Тембр, громкость звука. 13. Механические волны. Акустика. Молекулярная физика - номер 5, страница 359.

Условие.

5. Сделайте доклад «Акустические методы исследования в физике, геологии, биологии и медицине». Где (регион, страна, вуз) можно получить профессиональное образование по данным направлениям?

Решение.

Акустические методы исследования в физике, геологии, биологии и медицине

Акустические методы исследования — это совокупность методов, основанных на использовании упругих волн (звуковых, ультразвуковых и инфразвуковых) для изучения строения, свойств и процессов в различных средах и объектах. Эти методы являются неразрушающими, часто неинвазивными и позволяют получать уникальную информацию, недоступную другим способам исследования.

Применение в физике

В физике акустические методы используются для исследования фундаментальных свойств вещества. С их помощью определяют упругие модули, вязкость, сжимаемость твердых тел, жидкостей и газов. Анализ скорости распространения и затухания звуковых волн позволяет судить о внутреннем строении материалов, наличии дефектов, фазовых переходах. Акустическая микроскопия — метод визуализации поверхностных и подповерхностных структур с высоким разрешением. Также акустика изучает такие явления, как сонолюминесценция — свечение, возникающее в жидкости при кавитации под действием мощного ультразвука. Важнейшее практическое применение — неразрушающий контроль материалов и изделий в промышленности, где ультразвуковая дефектоскопия позволяет обнаруживать внутренние трещины, поры и другие нарушения сплошности.

Ответ: В физике акустические методы применяются для изучения свойств материи, неразрушающего контроля и исследования уникальных физических явлений.

Применение в геологии

В геологии и геофизике акустические, а точнее, сейсмоакустические методы являются основным инструментом для исследования земной коры. Сейсморазведка используется для поиска и разведки месторождений полезных ископаемых, в первую очередь нефти и газа. Метод заключается в возбуждении упругих волн (с помощью взрывов, вибраторов или пневмопушек) и регистрации отраженных и преломленных волн сейсмоприемниками. Анализ времени прихода и амплитуды волн позволяет построить детальное изображение геологических структур на большой глубине. В морской геологии и океанографии широко применяются гидролокаторы (сонары) и эхолоты для картографирования рельефа морского дна (батиметрии) и изучения структуры донных осадков.

Ответ: В геологии акустические методы являются ключевыми для разведки полезных ископаемых и изучения строения земной коры и морского дна.

Применение в биологии

В биологии акустические методы находят применение в биоакустике и экологии. Биоакустика изучает звуковую коммуникацию животных: пение птиц, эхолокацию летучих мышей и дельфинов, звуки насекомых. Это позволяет понять их поведение, социальную структуру, способы ориентации в пространстве. Пассивный акустический мониторинг используется для оценки биоразнообразия и численности популяций в труднодоступных районах, например, для подсчета китов в океане по их голосам. В молекулярной биологии и биотехнологии ультразвуковая гомогенизация (соникация) применяется для разрушения клеточных мембран с целью извлечения внутриклеточных компонентов.

Ответ: В биологии акустика помогает изучать коммуникацию и поведение животных, проводить экологический мониторинг и используется в лабораторных биотехнологиях.

Применение в медицине

Медицина является одной из самых широких областей применения акустических методов. Ультразвуковое исследование (УЗИ) — стандартный, безопасный и информативный метод диагностики, позволяющий визуализировать внутренние органы, оценивать их структуру, размеры и наличие патологий. В кардиологии эхокардиография с использованием эффекта Доплера дает возможность оценить скорость кровотока и работу клапанов сердца. Помимо диагностики, ультразвук используется и в терапии. Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU) применяется для неинвазивного разрушения опухолей. Ударно-волновая литотрипсия позволяет без хирургического вмешательства дробить камни в почках и желчном пузыре. Низкочастотный ультразвук используется в физиотерапии для лечения заболеваний суставов и мышц.

Ответ: В медицине акустические методы незаменимы для неинвазивной диагностики (УЗИ) и терапии (литотрипсия, HIFU-терапия).

Где можно получить профессиональное образование по данным направлениям?

Профессиональное образование в области акустики и ее приложений можно получить во многих ведущих технических и классических университетах мира. Специализация обычно проходит в рамках таких направлений, как «Физика», «Геофизика», «Приборостроение», «Биомедицинская инженерия», «Радиотехника».

Россия:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (Москва): Физический факультет (кафедра акустики), Геологический факультет.
- Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва): Факультеты «Биомедицинская техника» и «Приборостроительный».
- Санкт-Петербургский государственный университет (Санкт-Петербург): Физический факультет, институт наук о Земле.
- Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург): Факультет электроники, факультет информационно-измерительных и биотехнических систем.
- Новосибирский государственный университет (Новосибирск): Физический факультет, Геолого-геофизический факультет.
- Томский политехнический университет (Томск): Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности.

За рубежом:
- Pennsylvania State University (США): Ведущая в мире программа по акустике (Graduate Program in Acoustics).
- Massachusetts Institute of Technology (MIT) (США): Кафедры машиностроения, наук о Земле, атмосфере и планетах.
- University of Southampton (Великобритания): Институт исследований звука и вибрации (Institute of Sound and Vibration Research, ISVR).
- RWTH Aachen University (Германия): Институт слуховых технологий и акустики (Institute for Hearing Technology and Acoustics).

Ответ: Образование в области акустических методов можно получить в ведущих университетах России (МГУ, МГТУ им. Баумана, СПбГУ, НГУ) и мира (Penn State, MIT в США; University of Southampton в Великобритании), выбрав специальности, связанные с физикой, геофизикой, биомедицинской инженерией или приборостроением.