Ултразвук

С Википедије, слободне енциклопедије
Слика људског фетуса с 14 недеља помоћу ултразвука
Снимак детета у тридесетој недељу трудноће четверодимензионалним ултразвуком.
За оријентацију у околини као и за утврђивање положаја ловине током својих ноћних летова, шишмиши имају врло добро развијену могућност кориштења ултразвука.
Приказ појаве магнетострикције.
Пресек кроз електромагнетни претварач: магнетостриктивни материјал (унутра), електромагнетна завојница и магнетско кућиште које затвара целокупно магнетно поље (споља).
Начело рада сонара.
Ултразвучна контрола на вратилу показује пукотину у подручју жлебљеног споја.
Ултразвучно заваривање танких металних листића (фолија). Сонотрода (ултразвучна електрода) се креће дуж завареног споја.

Ултразвук је звук чија је фреквенција изнад горње границе чујности за нормално људско уво, а која износи 20 kHz.[1] Када је фреквенција звучног таласа већа од 109 Hz, говори се о хиперзвуку. Таласне дужине ултразвучних таласа у ваздуху износе до 0,5 μм, а у течностима и чврстим телима веће су око 4 до 12 пута, због веће брзине ширења ултразвука. У природи се ултразвук појављује уз звучне таласе, а вештачки се може произвести ултразвучним генераторима, односно претварачима других облика енергије у енергију ултразвучних таласа.[2]

Неке животиње (нпр. пси, делфини, шишмиши, мишеви, ...) могу чути ултразвук јер имају вишу горњу граничну фреквенцију од човека.[3][4][5] Млађе особе, а посебно деца, могу чути неке звукове високих фреквенција. Што је човек старији, горња граница чујности му пада, што значи да све слабије чује звукове високих фреквенција. Високе звучне фреквенције су саставни део спектра фреквенција које производи неки извор звука, а спектар звучних фреквенција чини боју звука. Опадањем чујности високих фреквенција старењем, старијим људима се мењају и боје звука, што значи да симфонијски оркестар или звук виолине другачије чује дете од шест, одрастао човек од 30 или старац од 80 година.

Најпознатија примена ултразвука је у медицини - ултразвучна дијагностика (нпр. Транскранијални доплер).[6] Ултразвук се и за многе друге сврхе (откривање јата риба и подморница, тзв. сонар). Принцип кориштења је врло једноставан: одашиље се ултразвучни талас, који се одбија од препреке те се према времену потребном да се талас врати одређује удаљеност и облик објекта.

Начини производње ултразвука[уреди | уреди извор]

Пиезоелектрични учинак[уреди | уреди извор]

Најраспрострањенији генератор ултразвука је кварцни генератор, чији је рад заснован на такозваном пиезоелектричном учинку (Липманнов учинак), то јест деформације неких кристала и керамичких маса у електричном пољу. Ако се ставе у наизменично електрично поље одређене фреквенције, крајеви кристала и керамике могу генерирати ултразвук одређене фреквенције. То је појава када се на неким кристалима (кварц, турмалин и другим), погодно одрезанима, јавља електрична поларизација када се силом изврши еластична деформација. Уместо да се делује силом, може се постићи обрнут учинак - електрострикција - стављањем плочица у наизменично електрично поље врло високе фреквенције. Када се фреквенција наизменичног напона поклопи са својственом (властитом) фреквенцијом кварцне плочице, наступа резонанција. Услед резонанције, плочица јако осцилује и производи ултразвучне таласе знатне амплитуде. Употребом турмалина могу се добити ултразвучне осцилације и до неколико стотина MHz.

Електрострикција[уреди | уреди извор]

Електрострикцијски претварач користи појаву електрострикције, то јест промену дужине тела начињеног од диелектрика у електричном пољу. Електрострикција (каснолат. strictio: стезање) је еластична промена димензија која се појављује у неким диелектрицима када се ставе у електрично поље. За разлику од пиезоелектричког учинка, овде не вреди обрат.[7]

Магнетострикција[уреди | уреди извор]

Ова метода добијања ултразвука заснована је на својству неких материјала да деловањем магнетног поља мењају димензије (гвожђе, кобалт, никал итд.).[8] Ови се материјали у јачем магнетном пољу углавном скраћују, те је ова појава названа магнетострикцијом (стриктура - стезање, сужавање). Ако се кратак штап од ових материјала налази у промењивом магнетном пољу, онда се доводи у резонантно логитудинално осциловање, кад се кроз електромагнет пропушта наизменична струја одговарајуће фреквенције.[9]

Механички претварач[уреди | уреди извор]

Механички претварач у основи је звиждаљка или сирена која ствара ваздушне таласе у ултразвучном подручју. Најпознатија је такозвана нечујна звиждаљка, која се користи у обуци паса, који чују више тонове од људи, те уређаји за терање птица на принципу ултразвучних сирена.

Електростатички и електродинамички претварачи[уреди | уреди извор]

Електростатички и електродинамички претварачи побуђују осциловање помичне кондензаторске плоче или покретног проводника вртложним струјама у електричном или магнетском пољу, што резултира настанком ултразвука. Ти се претварачи понајвише користе у обрнутом режиму за пријем (регистрацију) ултразвука (слично микрофону), при чему осциловање кондензаторске плоче или проводника узроковано ултразвуком изазива појаву електричне струје, која се региструје.

Примена ултразвука[уреди | уреди извор]

Ултразвучно тестирање материјала или ултразвучна контрола најважнија је техника примене ултразвука. Користи се за детекцију микропукотина у чврстим објектима (на пример зидови великих спремника под притиском, гломазни ротирајући елементи), за проверу квалитета (пре уградње објекта) или установљење стања (дотрајалости). Тестирање се заснива на мерењу времена проласка ултразвучног сигнала кроз узорак: ако је на пример облога спремника хомогена, сигнал ће се рефлектовати тек на унутрашњој граници зида, а ако постоје нехомогености, рефлексија ће се појавити раније. Метода је посебно прикладна за испитивање гломазних комада и објеката сложене конструкције, где није могуће применити снимање рендгенским зрацима (дефектоскопија).

У практичној медицини ултразвук се примењује у лечењу различитих реуматских болести (ултрасонотерапија), у дијагностици, посебно у опстетрацији (развој заметка, многострука трудноћа, промене плаценте и друго) и у кардиологији. Својства некога ткива могу се утврдити на темељу брзине којом се ултразвук шири у ткиву. Отпор што га ширењу ултразвука пружају ткива може се претварањем одбијених ултразвучних таласа у електричне импулсе пратити на заслону уз помоћ електронских уређаја (ехокардиографија; ехоофталмографија; ехосонографија или ултрасонографија; енцефалографија).

Ултразвук се користи и при чишћењу материјала, где се искориштава појава кавитације у течностима, на пример води. Уређаји за чишћење који користе ултразвук могу бити различитих димензија, од малих ладица у лабораторијима и зубарским ординацијама (за чишћење на пример зубне протезе након брушења и полирања), до великих индустријских постројења. Кавитација изазвана ултразвуком омогућава и стварање емулзија две или више течности које се иначе не мешају.

Како ултразвук слабо губи на јачини (интензитету) при проласку кроз воду у односу на звучне таласе мањих фреквенција, у хидроакустици се користи при изради сонара. Ултразвуком се локално може повисити температура, што се користи у више подручја, на пример у медицинској терапији или у индустријској примени за заваривање пластомера.

Ултразвучно заваривање се користи углавном за спајања пластичних делова, који налегну један на други, почињу да вибрирају услед деловања ултразвука, затим долази до њихове пластификације услед трења граничних површина и њиховог спајања за време хлађења уз помоћ притиска спајања. Делови се на додирном месту загревају трењем узрокованим ултразвучним механичким осцилацијама, што их на место заваривања преноси сонотрода (ултразвучна електрода).[10]

Перцепција[уреди | уреди извор]

Људи[уреди | уреди извор]

Горња граница фреквенције код људи (приближно 20 kHz) је последица ограничења средњег ува. Слушни осећај се може јавити ако се ултразвук високог интезитета директно производи у људској лобањи и досеже пуж кроз кости, без пролаза кроз средње уво.[11]

Деца могу да чују неке високе тонове које одрасле особе не могу да чују, јер се код људи горња граница висине тона слуха смањује се с годинама.[12] Једна америчка компанија мобилних телефона је користила ово да креира сигнале звона које наводно могу да чују само младе особе,[13] али се испоставило да многе старије особе исто тако могу да чују те сигнале, што може бити услед знатне варијације степена погоршања горњег прага слуха узрокованог старењем. „Комарац” је електронски уређај који користи звук високе фреквенције с циљем одвраћање задржавања младих особа на датој локацији.[14][15][16]

Животиње[уреди | уреди извор]

Пиштаљка за псе која емитује у ултразвучном опсегу се користи за тренирање паса и других животиња

Шишмиши користе разне технике ултразвучног рангирања (ехолокација) како би открили свој плен. Они могу да детектују фреквенције изнад 100 kHz, а вероватно и до 200 kHz.[17]

Многи инсекти имају добар ултрасонични слух, и већина њих су ноктурни инсекти који обраћају пажњу на ехолоцирање шишмиша. Тиме су обухваћене многе групе мољаца, тврдокрилаца, Mantidae и мрежокрилаца. Након што чују шишмиша, неки инсекти производе маневре избегавања да би избегли да буду ухваћени.[18] Ултрасоничне фреквенције активирају рефлексне акције код ноктурних мољаца што узрокује да лагано падну у лету како би избегли напад.[19] Тиграсти мољци исто тако емитују кликове који могу да омету ехолоцирање шишмиша,[20][21] а у другим случајевима могу да оглашавају чињеницу да су они отровни путем емитовања звука.[22][23]

Слушни опсег паса и мачака се протеже у ултразвучну област; горњи крај распона паса је око 45 kHz, док је код мачака 64 kHz.[24][25] Дивљи преци мачака и паса развили су овај виши распон слуха како би чули звукове високе фреквенције које прави њихови преферентни плен, мали глодари.[24] Пиштаљка за псе која емитује ултразвук се користи за тренинг и дозивање паса. Фреквенција већине пиштаљки за псе је у опсегу од 23 до 54 kHz.[26]

Китови зубани, укључујући делфине, могу да чују ултразвук и користе такве звуке у својим навигационим системима (биосонарима) за оријентацију и хватање плена.[27] Плискавице имају један од највиших познатих горњих слушних лимита од око 160 kHz.[28] Неколико типова рибе може да детектује ултразвук. У реду Clupeiformes, чланови подфамилије Alosinae могу да детектују звук и до 180 kHz, док друге подфамилије (е.г. харинге) могу да чују само до 4 kHz.[29]

Ултразвучни генераторски/звучнични системи се продају као уређаји за електронску контролу штеточина, за које се тврди да могу да растерају глодаре и инсекте, мада нема научне евиденције да су такви уређају делотворни.[30][31][32]

Види још[уреди | уреди извор]

Референце[уреди | уреди извор]

  1. ^ Цорсо, Ј. Ф. (1963). „Боне-цондуцтион тхресхолдс фор сониц анд ултрасониц фреqуенциес”. Јоурнал оф тхе Ацоустицал Социетy оф Америца. 35 (11): 1738—1743. Бибцоде:1963АСАЈ...35.1738Ц. дои:10.1121/1.1918804. 
  2. ^ Ултразвук, "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2016.
  3. ^ Новеллине 1997, стр. 34–35.
  4. ^ Каплан, Матт (17. 7. 2009). „Мотхс Јам Бат Сонар, Тхроw тхе Предаторс Офф Цоурсе”. Натионал Геограпхиц Неwс. 
  5. ^ Соме Мотхс Есцапе Батс Бy Јамминг Сонар (видео)
  6. ^ Пападакис, Еммануел П. (ед) (1999). Ултрасониц Инструментс & Девицес. Ацадемиц Пресс. стр. 752. ИСБН 978-0-12-531951-5. 
  7. ^ Електрострикција, "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2016.
  8. ^ К.Х.Ј. Бусцхоw ет ал, (ед), Енцyцлопедиа оф Материалс Елсевиер. 2001. ISBN 978-0-08-043152-9. стр. 5990.
  9. ^ Магнетострикција, "Хрватска енциклопедија", Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.енциклопедија.хр, 2016.
  10. ^ "Стројарски приручник", Бојан Краут, Техничка књига Загреб 2009.
  11. ^ Цорсо ЈФ (1963). „Боне-цондуцтион тхресхолдс фор сониц анд ултрасониц фреqуенциес”. Јоурнал оф тхе Ацоустицал Социетy оф Америца. 35 (11): 1738—1743. Бибцоде:1963АСАЈ...35.1738Ц. дои:10.1121/1.1918804. 
  12. ^ Такеда С, Мориока I, Миyасхита К, Окумура А, Yосхида Y, Матсумото К (1992). „Аге вариатион ин тхе уппер лимит оф хеаринг”. Еуропеан Јоурнал оф Апплиед Пхyсиологy анд Оццупатионал Пхyсиологy. 65 (5): 403—8. ПМИД 1425644. дои:10.1007/БФ00243505. 
  13. ^ Вителло П (12. 6. 2006). „А Ринг Тоне Меант то Фалл он Деаф Еарс”. Тхе Неw Yорк Тимес. 
  14. ^ „Тхе Мосqуито МК4 Анти-Лоитеринг девице – Кеy специфицатионс”. Цомпоундсецуритy.цо.ук. 21. 2. 2008. Приступљено 1. 2. 2017. 
  15. ^ Ноw цриме гадгет цан анноy ус алл, ББЦ Неwс
  16. ^ Тхе Епоцх Тимес. 6 Аугуст 2008. Јоан Деланеy, ‘Мосqуито’ Промптс Теенс то Бузз Офф .. Приступљено 6 Марцх 2009.
  17. ^ Поппер А, Фаy РР, ур. (1995). Хеаринг бy Батс. Спрингер Хандбоок оф Аудиторy Ресеарцх. 5. Спрингер. ИСБН 978-1-4612-2556-0. 
  18. ^ Сурлyкке А, Миллер ЛА (2001). „Хоw соме инсецтс детецт анд авоид беинг еатен бy батс: Тацтицс анд цоунтер тацтицс оф преy анд предатор.”. БиоСциенце. 51 (7): 570. дои:10.1641/0006-3568(2001)051[0570:ХСИДАА]2.0.ЦО;2. Архивирано из оригинала на датум 3. 3. 2015. Приступљено 6. 8. 2016. 
  19. ^ Јонес Г, Wатерс ДА (август 2000). „Мотх хеаринг ин респонсе то бат ецхолоцатион цаллс манипулатед индепендентлy ин тиме анд фреqуенцy”. Процеедингс. Биологицал Сциенцес. 267 (1453): 1627—32. ПМЦ 1690724Слободан приступ. ПМИД 11467425. дои:10.1098/рспб.2000.1188. 
  20. ^ Каплан M (17. 7. 2009). „Мотхс Јам Бат Сонар, Тхроw тхе Предаторс Офф Цоурсе”. Натионал Геограпхиц Неwс. Архивирано из оригинала на датум 22. 8. 2009. Приступљено 26. 8. 2009. 
  21. ^ „Соме Мотхс Есцапе Батс Бy Јамминг Сонар”. Талк оф тхе Натион. Натионал Публиц Радио. Архивирано из оригинала на датум 10. 8. 2017. 
  22. ^ Сурлyкке А, Миллер ЛА (1985). „Тхе инфлуенце оф арцтиид мотх цлицкс он бат ецхолоцатион; јамминг ор wарнинг?” (ПДФ). Јоурнал оф Цомпаративе Пхyсиологy А. 156 (6): 831—843. дои:10.1007/БФ00610835. Архивирано из оригинала (ПДФ) на датум 25. 4. 2012. 
  23. ^ Тоугаард Ј, Миллер ЛА, Симмонс ЈА (2003). „Тхе роле оф арцтиид мотх цлицкс ин дефенсе агаинст ецхолоцатинг батс: интерференце wитх темпорал процессинг”. Ур.: Тхомас Ј, Мосс ЦФ, Ватер M. Адванцес ин тхе студy оф ецхолоцатион ин батс анд долпхинс. Цхицаго: Цхицаго Университy Пресс. стр. 365—372. 
  24. ^ а б Крантз L (2009). Поwер оф тхе Дог: Тхингс Yоур Дог Цан До Тхат Yоу Цан'т. МацМиллан. стр. 35—37. ИСБН 978-0312567224. 
  25. ^ Страин ГМ (2010). „Хоw Wелл До Догс анд Отхер Анималс Хеар?”. Проф. Страин'с wебсите. Сцхоол оф Ветеринарy Медицине, Лоуисиана Стате Университy. Архивирано из оригинала на датум 28. 8. 2011. Приступљено 21. 7. 2012. 
  26. ^ Цоиле DC, Бонхам МХ (2008). „Wхy До Догс Лике Баллс?: Море Тхан 200 Цанине Qуиркс, Цуриоситиес, анд Цонундрумс Ревеалед”. Стерлинг Публисхинг Цомпанy, Инц: 116]. ИСБН 978-1-4027-5039-7. 
  27. ^ Wхитлоw WЛ (1993). Тхе сонар оф долпхинс. Спрингер. ИСБН 978-0-387-97835-2. Приступљено 13. 11. 2011. 
  28. ^ Кастелеин РА, Бунскоек П, Хагедоорн M, Ау WW, де Хаан D (јул 2002). „Аудиограм оф а харбор порпоисе (Пхоцоена пхоцоена) меасуред wитх нарроw-банд фреqуенцy-модулатед сигналс”. Тхе Јоурнал оф тхе Ацоустицал Социетy оф Америца. 112 (1): 334—44. Бибцоде:2002АСАЈ..112..334К. ПМИД 12141360. дои:10.1121/1.1480835. 
  29. ^ Манн ДА, Хиггс ДМ, Таволга WН, Соуза МЈ, Поппер АН (јун 2001). „Ултрасоунд детецтион бy цлупеиформ фисхес”. Тхе Јоурнал оф тхе Ацоустицал Социетy оф Америца. 109 (6): 3048—54. Бибцоде:2001АСАЈ..109.3048М. ПМИД 11425147. дои:10.1121/1.1368406. 
  30. ^ Хуи YХ (2003). Фоод плант санитатион. ЦРЦ Пресс. стр. 289. ИСБН 978-0-8247-0793-4. 
  31. ^ Вертебрате пестс: проблемс анд цонтрол; Волуме 5 оф Принциплес оф плант анд анимал пест цонтрол, Натионал Ресеарцх Цоунцил (У.С.). Цоммиттее он Плант анд Анимал Пестс; Иссуе 1697 оф Публицатион (Натионал Ресеарцх Цоунцил (У.С.))). Натионал Ацадемиес. 1970. стр. 92. 
  32. ^ Фагерстоне КА, Цурноw РД, АСТМ Цоммиттее Е-35 он Пестицидес, АСТМ Цоммиттее Е-35 он Пестицидес. Субцоммиттее Е35.17 он Вертебрате Пест Цонтрол Агентс (1989). Вертебрате пест цонтрол анд манагемент материалс: 6тх волуме; Волуме 1055 оф АСТМ специал тецхницал публицатион. АСТМ Интернатионал. стр. 8. ИСБН 978-0-8031-1281-0. 

Литература[уреди | уреди извор]

  • Wхитлоw WЛ (1993). Тхе сонар оф долпхинс. Спрингер. ИСБН 978-0-387-97835-2. Приступљено 13. 11. 2011. 
  • Крантз L (2009). Поwер оф тхе Дог: Тхингс Yоур Дог Цан До Тхат Yоу Цан'т. МацМиллан. стр. 35—37. ИСБН 978-0312567224. 
  • Тоугаард Ј, Миллер ЛА, Симмонс ЈА (2003). „Тхе роле оф арцтиид мотх цлицкс ин дефенсе агаинст ецхолоцатинг батс: интерференце wитх темпорал процессинг”. Ур.: Тхомас Ј, Мосс ЦФ, Ватер M. Адванцес ин тхе студy оф ецхолоцатион ин батс анд долпхинс. Цхицаго: Цхицаго Университy Пресс. стр. 365—372. 
  • Поппер А, Фаy РР, ур. (1995). Хеаринг бy Батс. Спрингер Хандбоок оф Аудиторy Ресеарцх. 5. Спрингер. ИСБН 978-1-4612-2556-0. 
  • Новеллине, Роберт (1997). Сqуире'с Фундаменталс оф Радиологy (5тх изд.). Харвард Университy Пресс. ИСБН 978-0-674-83339-5. 
  • Кунду Т (2004). Ултрасониц нондеструцтиве евалуатион: енгинееринг анд биологицал материал цхарацтеризатион. Боца Ратон, ФЛ: ЦРЦ Пресс. ИСБН 978-0-8493-1462-9. 
  • Грзесик Ј, Плута Е (1983). „Хигх-фреqуенцy хеаринг риск оф операторс оф индустриал ултрасониц девицес”. Интернатионал Арцхивес оф Оццупатионал анд Енвиронментал Хеалтх. 53 (1): 77—88. ПМИД 6654504. дои:10.1007/БФ00406179. 

Спољашње везе[уреди | уреди извор]