Физические основы звука
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
уговой частоты, поэтому можно получить УЗ значительной интенсивности даже при сравнительно небольшой амплитуде колебаний. Ускорение частиц, колеблющихся в УЗ-волне, также может быть большим, что говорит о наличии существенных сил, действующих на частицы в биологических тканях при облучении УЗ. Сжатия и разрежения, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошности жидкости - кавитаций. Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, происходит разогревание вещества, а также ионизация и диссоциация молекул. Физические процессы, обусловленные воздействием УЗ, вызывают в биологических объектах следующие основные эффекты:
микровибрация на клеточном и субклеточном уровне;
разрушение биомакромолекул;
перестройку и повреждение биологических мембран, изменение проницаемости мембран;
тепловое действие;
разрушение клеток и микроорганизмов.
Медико-биологические приложения ультразвука можно в основном разделить на два направления: методы диагностики и исследования и методы воздействия.
К первому направлению относятся локационные методы и использованием главным образом импульсного излучения. Это эхоэнцефалография - определение опухолей и отека головного мозга; ультразвуковая кардиография - измерение размеров сердца в динамике; в офтальмологии - ультразвуковая локация для определения размеров глазных сред. С помощью ультразвукового эффекта Доплера изучается характер движения сердечных клапанов и измеряют скорость кровотока. С диагностической целью по скорости ультразвука находят плотность сросшейся или поврежденной кости.
Ко второму направлению относится ультразвуковая физиотерапия. Для этих целей используют аппарат УТП-3М. Воздействие ультразвуком на пациента производят с помощью специальной излучательной головки аппарата. Обычно для терапевтических целей применяют ультразвук частотой 800 кГц, средняя его интенсивность около 1 Вт/см2 и меньше.
Первичным механизмом ультразвуковой терапии являются механическое и тепловое действия на ткань. При операциях ультразвук применяют как ультразвуковой скальпель, способный рассекать и мягкие, и костные ткани. Способность ультразвука дробить тела, помещенные в жидкость, и создавать эмульсии используется в фармацевтической промышленности при изготовлении лекарств. При лечении таких заболеваний, как туберкулез, бронхиальная астма, катар верхних дыхательных путей, применяют аэрозоли различных лекарственных веществ, полученные с помощью ультразвука. В настоящее время разработан новый метод сваривания поврежденных или трансплантируемых костных тканей с помощью ультразвука (ультразвуковой остеосинтез). Губительное воздействие ультразвука на микроорганизмы используются для стерилизации. Интересно применение для слепых. Благодаря ультразвуковой локации с помощью портативного прибора Ориентир можно обнаружить предметы и определять их характер на расстоянии до 10 м.
5. Инфразвук
Инфразвуком называют волны iастотами, меньшими тех, которые воспринимает ухо человека (20Гц). Источниками инфразвука могут быть как естественные объекты (море, землетрясение, грозовые разряды и др.), так и искусственные (взрывы, автомашины, станки и др.).
Инфразвук часто сопровождается слышимым шумом, например в автомашине, поэтому возникают трудности при измерении и исследовании собственно инфразвуковых колебаний. Для инфразвука характерно слабое поглощение разными средами, поэтому он распространяется на значительное расстояние. Это позволяет по распространению инфразвука в земной коре обнаруживать взрыв на большом удалении его от источника, по измеренным инфразвуковым волнам прогнозировать цунами и т.д. Так как длина волны лучше дифрагируют и проникают в помещении, обходя преграды.
Инфразвук оказывает неблагоприятные влияние на функциональное состояние ряда систем организма: усталость, головная боль, сонливость, раздражение и др. Предполагается, что первичный механизм действия на организм имеет резонансную природу. Резонанс наступает при близких значениях частоты вынуждающей силы и частоты собственных колебаний. Частота собственных колебаний тела человека в положении лежа (3-4 Гц), стоя (5-12Гц), частота собственных колебаний грудной клетки (5-8 Гц), брюшной полости (3-4 Гц) и т.д. соответствует частоте инфразвуков. Снижение уровня интенсивных инфразвуков в жилых, производственных и транспортных помещениях - одна из задач гигиены.
6. Вибрации
В технике механические колебания различных конструкций и машин получили название вибраций. Они оказывают воздействие на человека, который соприкасается с вибрирующими объектами. Это воздействие может быть как вредным и приводящим в определенных условиях к вибрационной болезни, так и полезным, лечебным (вибротерапия и вибромассаж). Основные физические характеристики вибраций совпадают с характеристиками механических колебаний тел, это:
частота колебаний или гармонический спектр ангармонического колебания;
амплитуда, амплитуда скорости и амплитуда ускорения;
энергия и средняя мощность колебаний.
Кроме того, для понимания действия вибраций на биологический объект важно представлять себе распространение и затухание колебаний теле. При исследовании этого вопроса используют модели, состоящие из инерционных масс, упругих и вязких элементов.
Вибрации являются источником ?/p>