Седьмой класс → Sound and waves ↓
Применение звука в медицине и промышленности
Звук — это форма энергии, которая распространяется через воздух и другие материалы. Он возникает, когда объект вибрирует. Эти вибрации создают звуковые волны, которые перемещаются через такие среды, как воздух, вода и твердые поверхности. Звук является важным аспектом повседневной жизни, не только для общения, но и в различных практических приложениях в медицине и промышленности. Давайте изучим их подробнее.
Звук в медицине
Использование звука в медицине — это интересная тема. Звуковые волны используются по-разному для диагностики и лечения медицинских состояний. Вот некоторые из основных приложений:
1. Ультразвуковая диагностика
Ультразвуковая диагностика — одно из самых распространённых медицинских применений звука. Она использует высокочастотные звуковые волны, которые находятся за пределами слышимости человека, известные как ультразвук. Эти волны проходят через тело и отражаются от различных структур. Отраженные волны захватываются компьютером и преобразуются в изображение.
Частота для ультразвуковой диагностики: 2 МГц до 18 МГцВрачи используют ультразвук для просмотра детей в утробе матери (ультразвук при беременности), исследования органов и проверки на наличие таких состояний, как проблемы с сердцем. Ниже представлено упрощённое визуальное представление работы ультразвукового аппарата:
2. Литотрипсия
Литотрипсия — это медицинская процедура, которая использует звуковые волны для разбивания камней в почках. Высокоэнергетические ударные волны фокусируются на камнях, вызывая их разрушение на более мелкие части, которые затем могут быть легко выведены с мочой.
Пример: Человек, страдающий от камней в почках, может пройти сеанс литотрипсии. Сфокусированные ударные волны разрушат камни без инвазивной хирургии, что делает эту процедуру менее болезненной.
3. Слуховые аппараты и кохлеарные имплантаты
Слуховые аппараты усиливают звук для людей с потерей слуха, а кохлеарные имплантаты — это электронные устройства, которые помогают людям с серьёзной потерей слуха воспринимать звук. И те, и другие используют технологии, обрабатывающие звуковые волны для улучшения слуха.
4. Звуковая терапия
Звуковая терапия использует различные звуки и частоты для лечения и управления психологическими проблемами, стрессом и расслаблением. Она полагается на успокаивающие и восстановительные эффекты определённых звуковых вибраций для улучшения психического благополучия.
Звук в промышленности
В промышленности звуковые волны используются по-разному для повышения эффективности, безопасности и производительности. Давайте обсудим некоторые важные приложения:
1. Акустическое тестирование и неразрушающий контроль (НК)
Акустическое тестирование используется для выявления проблем в материалах или системах с помощью звуковых волн. Неразрушающий контроль (НК) включает методы, которые не повреждают объект, подвергаемый испытанию. Ультразвуковой контроль, форма НК, использует высокочастотные звуковые волны для обнаружения дефектов в материалах.
Скорость звука в стали: ~6000 м/сПример: Инспекция моста на наличие трещин или дефектов может включать отправку звуковых волн через его структуру. Изменения в шаблоне волн помогают инженерам выявлять структурные проблемы.
2. Технология сонара
Сонар (звуковая навигация и определение дальности) использует звуковые волны для обнаружения подводных объектов. Он посылает звуковые волны и слушает их эхо, которое анализируется для определения расстояния, размера и скорости объектов, таких как подводные лодки, корабли или косяки рыбы.
3. Акустическая левитация
В акустической левитации высокоинтенсивные звуковые волны используются для удержания мелких частиц, капель или даже легких материалов в воздухе, создавая точку давления, уравнивающую силу тяжести.
Акустическая левитация используется в обращении с чувствительными материалами, например, в перемещении деликатных частиц в лабораториях, где контакт с поверхностями может вызвать загрязнение или реакции.
4. Очистка на основе звука
Звуковые волны могут использоваться для очистки. Ультразвуковые очистители используют высокочастотные звуковые волны для удаления грязи с таких предметов, как ювелирные изделия, компоненты и медицинское оборудование.
Пример: Ультразвуковой очиститель вибрирует жидкий раствор на высокой скорости, удаляя грязь с ювелирных изделий или хирургических инструментов. Он эффективен без использования агрессивных химикатов.
Дополнительные концепции в звуке
Как звук распространяется?
Звук распространяется в виде волн и нуждается в среде, такой как воздух, вода или твердые тела, для распространения. Скорость звука зависит от среды:
- В воздухе: около
340 м/с - В воде: около
1500 м/с - В стали: около
6000 м/с
Частота и высота тона
Частота звуковой волны определяет ее высоту. Частота измеряется в Герцах (Гц) и относится к количеству колебаний волны в секунду.
Высота тона = ЧастотаБолее высокие частоты воспринимаются как более высокие тона, а более низкие частоты как более низкие тона. Именно поэтому флейта звучит "выше", чем туба, которая производит звуковые волны более низкой частоты.
Амплитуда и громкость
Амплитуда звуковой волны определяет ее громкость. Амплитуда — это мера высоты волны и она связана с тем, сколько энергии несет звуковая волна. Чем выше амплитуда, тем громче звук.
Заключение
Звук играет незаменимую роль в повседневной жизни и профессиональных областях, таких как медицина и промышленность. От диагностики заболеваний с помощью ультразвука до обеспечения целостности материалов с помощью акустического тестирования, применения звуковых волн разнообразны и впечатляющи. Понимание этих приложений помогает осознать важность звука не только для общения и удовольствия от музыки.
По мере развития технологий использование звука в этих областях, вероятно, будет расширяться, приводя к ещё более инновационным решениям и улучшениям как в медицинском, так и в промышленном контексте.
Комментарии