§ 15. Луна. Інфра- та ультразвуки в природі та техніці. Екологічні проблеми акустики

• Назад до змісту

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Чи може виникнути луна в степу? Відповідь обґрунтуйте.

Ні, у відкритому степу луна виникнути не може.

Луна — це явище відбивання звукової хвилі від перешкоди та її повернення до місця виникнення. Для утворення луни потрібні великі вертикальні поверхні: гори, пагорби, скелі, стіна густого лісу або високі споруди. У відкритому степу подібні перешкоди відсутні, тому звукова хвиля вільно поширюється в усіх напрямках, поступово згасає і поглинається повітрям та поверхнею землі.

2. Чому в густому лісі важко орієнтуватися за голосом?

У густому лісі важко зорієнтуватися за голосом через багаторазове відбивання, розсіювання та сильне поглинання звукових хвиль.

Стовбури дерев і гілки виступають численними перешкодами, від яких звук відбивається в різних напрямках, а листя, мох і пориста кора дерев активно поглинають енергію коливань. У результаті до слухача долинають зміщені в часі звукові відлуння з різних боків, тому людський слуховий апарат не може точно визначити напрямок до справжнього джерела звуку.

3. У природі є нічні метелики, тіло яких покрите спеціальною речовиною, що вбирає ультразвукові хвилі. Чому ця речовина важлива для безпеки метелика?

Ця речовина слугує захистом метелика від кажанів, які полюють за допомогою ультразвукової ехолокації.

Кажани під час польоту випромінюють ультразвукові імпульси та сприймають хвилю, яка відбивається назад від здобичі. Спеціальний покрив на тілі нічного метелика поглинає ультразвукові хвилі, тому сигнал майже не відбивається у зворотному напрямку. Через брак відбитого сигналу кажан не фіксує перешкоду чи здобич, що дозволяє метелику залишатися непоміченим у повітрі.

4. Унаслідок вибуху, здійсненого геологами, у глибину земної кори поширилася ультразвукова хвиля зі швидкістю 4 км/с. Вона відбилася від глибоких шарів атмосфери, і її було зафіксовано через 10 с після вибуху. Визначте глибину, на якій залягає порода, що дуже відрізняється за густиною від земної кори.

Дано:

• $v = 4\text{ км/с} = 4000\text{ м/с}$
• $t = 10\text{ с}$

Знайти:

• $h - ?$

Розв’язання:
Звукова хвиля доходить до породи іншої густини і повертається назад до датчика, долаючи подвійну відстань:
$2h = v \cdot t$
Шукана глибина залягання породи становить:
$h = \dfrac{v \cdot t}{2}$

Підставимо числові дані разом з одиницями вимірювання:
$h = \dfrac{4000\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}} \cdot 10\text{ с}}{2} = 20\,000\text{ м} = 20\text{ км}$

Відповідь: $h = 20\text{ км}$ ($20\,000\text{ м}$).

5. Турист почув луну в горах через 6 с після вигуку. Визначте відстань між туристом і горою, від якої відбився звук. Швидкість звуку в повітрі дорівнює 340 м/с.

Дано:

• $t = 6\text{ с}$
• $v = 340\text{ м/с}$

Знайти:

• $s - ?$

Розв’язання:
Звукова хвиля долає відстань до гори та повертається назад до туриста:
$2s = v \cdot t$
Виразимо шукану відстань до гори:
$s = \dfrac{v \cdot t}{2}$

Підставимо значення разом з одиницями вимірювання у формулу:
$s = \dfrac{340\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}} \cdot 6\text{ с}}{2} = 1020\text{ м}$

Відповідь: $s = 1020\text{ м}$.

6. Використовуючи різні джерела інформації, підготуйте коротке повідомлення на тему «Ультразвук і його використання в медицині» або «Екологічні проблеми акустики».

Повідомлення на тему: «Ультразвук і його використання в медицині»

Ультразвуком називають пружні механічні коливання з частотою понад $20\,000\text{ Гц}$, які лежать за межами сприйняття людського вуха. Завдяки високій частоті та малій довжині хвилі ультразвук можна фокусувати у вузькі пучки, що дає змогу застосовувати його в діагностиці та лікуванні різноманітних захворювань.

Ультразвукова діагностика (УЗД) ґрунтується на явищі відбивання звуку від меж між тканинами та органами з різною густиною. Спеціальний датчик одночасно генерує коливання й фіксує відбиті відлуння, а комп’ютерна програма будує детальне зображення внутрішніх органів у реальному часі. Такий метод безпечний для здоров’я, адже він не створює шкідливого радіаційного навантаження. За допомогою доплерографії лікарі також оцінюють швидкість руху крові в судинах.

У хірургії та терапії ультразвук високої інтенсивності застосовують для подрібнення каменів у нирках без розрізу тканин (літотрипсія). Ультразвукові хвилі здатні знищувати бактерії, тому їх використовують для дезінфекції медичних інструментів і прискорення загоєння ран під час фізіотерапевтичних процедур.