Номер 2, страница 189 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Проекты и исследования. Итоги главы 2. Глава 2. Механические колебания и волны. Звук - номер 2, страница 189.

2. «Ультразвук и инфразвук в природе, технике и медицине» (возможная форма: презентация, реферат, макет).

Ультразвук

Ультразвуком называют звуковые волны, частота которых превышает верхний предел слышимости человеческого уха, то есть более 20 000 Гц ($f > 20$ кГц). Эти волны не воспринимаются человеком, но широко распространены в природе и активно используются в различных сферах деятельности.

В природе

Многие животные используют ультразвук для ориентации в пространстве, охоты и общения. Этот способ называется эхолокацией.

• Летучие мыши испускают ультразвуковые сигналы и, анализируя отраженное эхо, создают "звуковую картину" окружающего мира. Это позволяет им летать и охотиться на насекомых в полной темноте.
• Дельфины и киты используют эхолокацию для навигации в мутной воде, поиска пищи и общения друг с другом на больших расстояниях. Их сонар — один из самых совершенных в природе.
• Некоторые насекомые, например, бабочки-совки, способны слышать ультразвук летучих мышей и совершать маневры уклонения. Другие, как некоторые виды кузнечиков, сами используют ультразвук для коммуникации.

В технике

Свойства ультразвука, такие как малая длина волны и возможность концентрации энергии, нашли широкое применение в технике.

• Гидролокация (сонар): По аналогии с эхолокацией животных, сонары используются на кораблях и подводных лодках для обнаружения подводных объектов, измерения глубины и составления карт морского дна.
• Дефектоскопия: Ультразвуковой контроль позволяет обнаруживать внутренние дефекты (трещины, пустоты) в материалах и сварных швах, не разрушая изделие. Ультразвуковая волна отражается от неоднородностей, и по отраженному сигналу судят о наличии и расположении дефекта.
• Очистка: В ультразвуковых ваннах создается эффект кавитации — образование и схлопывание множества микропузырьков в жидкости. Этот процесс позволяет эффективно очищать от загрязнений поверхности сложных деталей, ювелирных изделий, медицинских инструментов.
• Сварка: Ультразвуковая сварка применяется для соединения пластмасс и металлов. Колебания высокой частоты создают локальный нагрев в зоне контакта, что приводит к плавлению и соединению материалов.
• Обработка материалов: Ультразвук используется для резки, сверления и гравировки твердых и хрупких материалов, таких как стекло и керамика.

В медицине

В медицине ультразвук стал одним из важнейших инструментов для диагностики и лечения.

• Диагностика (УЗИ): Ультразвуковое исследование (сонография) — безопасный и информативный метод визуализации внутренних органов. Он позволяет оценивать состояние печени, почек, сердца (эхокардиография), сосудов (допплерография), а также наблюдать за развитием плода во время беременности. Метод основан на регистрации волн, отраженных от границ тканей с разной акустической плотностью.
• Терапия: Ультразвук используется в физиотерапии для прогревания тканей, улучшения кровообращения и снятия мышечных спазмов.
• Хирургия: Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU) позволяет разрушать опухоли без разрезов. Ультразвуковые скальпели одновременно режут ткани и коагулируют (запаивают) сосуды, уменьшая кровопотерю.
• Литотрипсия: Мощные сфокусированные ультразвуковые импульсы применяются для дробления камней в почках и желчном пузыре, что позволяет избежать хирургического вмешательства.
• Стоматология: Ультразвуковые скейлеры эффективно удаляют зубной налет и камень.

Ответ: Ультразвук — это высокочастотные звуковые волны ($f > 20$ кГц), которые не слышны человеку. В природе он используется животными (летучие мыши, дельфины) для эхолокации. В технике ультразвук применяется в сонарах, дефектоскопии, для очистки, сварки и обработки материалов. В медицине он является основой для диагностического метода УЗИ, а также используется в терапии, хирургии (HIFU, ультразвуковой скальпель) и для дробления камней (литотрипсия).

---

Инфразвук

Инфразвуком называют звуковые волны с частотой ниже порога слышимости человека, то есть менее 20 Гц ($f < 20$ Гц). Человек не слышит эти колебания, но может ощущать их как вибрацию. Инфразвук характеризуется способностью распространяться на огромные расстояния с малым поглощением.

В природе

Инфразвук постоянно генерируется различными природными процессами и животными.

• Геофизические явления: Мощными источниками инфразвука являются землетрясения, извержения вулканов, лавины, сильный ветер, грозы и даже полярные сияния. Волны от крупных извержений могут несколько раз обогнуть земной шар.
• "Голос моря": Инфразвуковые волны генерируются штормами над океаном. Считается, что некоторые морские животные могут улавливать этот "голос моря" и заранее уходить из зоны надвигающегося шторма.
• Общение животных: Крупные животные используют инфразвук для общения на больших расстояниях. Слоны могут общаться с сородичами на расстоянии в несколько километров, так как низкочастотный звук слабо поглощается и огибает препятствия. Киты (особенно синие и финвалы) также используют инфразвуковые сигналы, которые могут распространяться на сотни километров в океане.

В технике

Способность инфразвука распространяться на большие расстояния используется человеком в технических целях.

• Мониторинг ядерных испытаний: Существует глобальная сеть инфразвуковых станций, которая является частью системы контроля за соблюдением Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний. Станции способны зафиксировать инфразвуковую волну от ядерного взрыва в любой точке планеты.
• Геофизические исследования: Анализ инфразвуковых волн позволяет предсказывать извержения вулканов, отслеживать ураганы и цунами.
• Промышленность: Инфразвук генерируется работой тяжелой техники, компрессоров, вентиляционных систем. Чаще всего это побочный и нежелательный эффект, так как он может негативно влиять на здоровье людей и прочность конструкций.
• Инфразвуковое оружие: Ведутся исследования по созданию нелетального оружия, которое с помощью мощного инфразвука вызывало бы у противника панику, дезориентацию и тошноту. Однако практическая реализация такого оружия сопряжена с большими техническими трудностями.

В медицине

Применение инфразвука в медицине ограничено и изучено гораздо меньше, чем применение ультразвука. В основном рассматривается его воздействие на организм человека.

• Негативное воздействие: Инфразвуковые колебания с частотой около 7-8 Гц могут входить в резонанс с внутренними органами человека, вызывая неприятные ощущения: беспричинную тревогу, усталость, головную боль, нарушение зрительного и вестибулярного аппаратов. Это так называемый "феномен морской болезни".
• Терапевтические методы: Существуют экспериментальные методики лечения, использующие инфразвук низкой интенсивности (виброакустическая терапия) для массажа, стимуляции кровообращения и ускорения заживления тканей. Однако их эффективность и безопасность требуют дальнейших исследований.
• Диагностика: Ведутся разработки по пассивной диагностике, например, прослушиванию инфразвуковых колебаний, генерируемых сердцем и легкими, для выявления патологий.

Ответ: Инфразвук — это низкочастотные звуковые волны ($f < 20$ Гц), которые не слышны, но могут ощущаться человеком. В природе он генерируется землетрясениями, вулканами, штормами, а также используется для общения крупными животными (слоны, киты). В технике инфразвук применяется для мониторинга ядерных взрывов и стихийных бедствий. В медицине его применение ограничено, в основном изучается его негативное воздействие на организм (резонанс с внутренними органами), хотя существуют экспериментальные терапевтические методики.