PREDNÁŠKA 5 ULTRAZVUK A INFRAZVUK
1. Vysielače a prijímače ultrazvuku.
2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia.
3. Odraz ultrazvuku. Zvukové videnie.
4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku.
5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika.
6. Infrazvuk a jeho zdroje.
7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne.
8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky.
9. Úlohy.
ultrazvuk - elastické vibrácie a vlny s frekvenciami približne od 20x10 3 Hz (20 kHz) do 10 9 Hz (1 GHz). Bežne sa nazýva frekvenčný rozsah ultrazvuku od 1 do 1000 GHz hyperzvuk. Ultrazvukové frekvencie sú rozdelené do troch rozsahov:
ULF - nízkofrekvenčný ultrazvuk (20-100 kHz);
USCh - stredofrekvenčný ultrazvuk (0,1-10 MHz);
UHF - vysokofrekvenčný ultrazvuk (10-1000 MHz).
Každý rad má svoje vlastné charakteristiky medicínskeho použitia.
5.1. Ultrazvukové žiariče a prijímače
Elektromechanické žiariče A ultrazvukové prijímače využiť jav piezoelektrického javu, ktorého podstata je znázornená na obr. 5.1.
Kryštalické dielektrika ako kremeň, Rochellova soľ atď. majú výrazné piezoelektrické vlastnosti.
Ultrazvukové žiariče
Elektromechanické Ultrazvukový žiarič využíva jav inverzného piezoelektrického javu a pozostáva z nasledujúcich prvkov (obr. 5.2):
Ryža. 5.1. A - priamy piezoelektrický efekt: stlačenie a natiahnutie piezoelektrickej dosky vedie k vzniku potenciálneho rozdielu zodpovedajúceho znamienka;
b - reverzný piezoelektrický efekt: v závislosti od znamienka rozdielu potenciálu aplikovaného na piezoelektrickú dosku sa stlačí alebo natiahne
Ryža. 5.2. Ultrazvukový žiarič
1 - dosky vyrobené z látky s piezoelektrickými vlastnosťami;
2 - elektródy uložené na jeho povrchu vo forme vodivých vrstiev;
3 - generátor, ktorý dodáva elektródam striedavé napätie požadovanej frekvencie.
Keď sa na elektródy (2) z generátora (3) privedie striedavé napätie, doska (1) sa periodicky naťahuje a stláča. Vyskytujú sa vynútené oscilácie, ktorých frekvencia sa rovná frekvencii zmien napätia. Tieto vibrácie sa prenášajú na častice prostredia a vytvárajú mechanické vlnenie s príslušnou frekvenciou. Amplitúda kmitov častíc média v blízkosti žiariča sa rovná amplitúde kmitov platne.
Medzi vlastnosti ultrazvuku patrí možnosť získať vlny vysokej intenzity aj s relatívne malými amplitúdami vibrácií, pretože pri danej amplitúde je hustota
Ryža. 5.3. Zaostrenie ultrazvukového lúča vo vode pomocou plankonkávnej plexi šošovky (ultrazvuková frekvencia 8 MHz)
tok energie je úmerný druhá mocnina frekvencie(pozri vzorec 2.6). Maximálna intenzita ultrazvukového žiarenia je určená vlastnosťami materiálu žiaričov, ako aj charakteristikami podmienok ich použitia. Rozsah intenzity pre generáciu v USA v oblasti USF je extrémne široký: od 10 -14 W/cm 2 do 0,1 W/cm 2 .
Na mnohé účely sú potrebné výrazne vyššie intenzity ako tie, ktoré je možné získať z povrchu žiariča. V týchto prípadoch môžete použiť zaostrovanie. Obrázok 5.3 ukazuje zaostrenie ultrazvuku pomocou plexisklovej šošovky. Na získanie veľmi veľký intenzity ultrazvuku využívajú zložitejšie metódy zaostrovania. V ohnisku paraboloidu, ktorého vnútorné steny sú tvorené mozaikou z kremenných doštičiek alebo piezokeramikou z bárnatého titanitu, je možné pri frekvencii 0,5 MHz získať intenzity ultrazvuku až 10 5 W/cm 2 . vo vode.
Ultrazvukové prijímače
Elektromechanické Ultrazvukové prijímače(obr. 5.4) využívajú jav priameho piezoelektrického javu. V tomto prípade pod vplyvom ultrazvukovej vlny dochádza k vibráciám kryštálovej platne (1),
Ryža. 5.4. Ultrazvukový prijímač
v dôsledku čoho sa na elektródach (2) objaví striedavé napätie, ktoré je zaznamenané záznamovým systémom (3).
Vo väčšine zdravotníckych zariadení sa ako prijímač používa aj generátor ultrazvukových vĺn.
5.2. Absorpcia ultrazvuku v látke. Akustické toky a kavitácia
Vo svojej fyzikálnej podstate sa ultrazvuk nelíši od zvuku a je to mechanické vlnenie. Ako sa šíri, vytvárajú sa striedajúce sa oblasti kondenzácie a riedenia častíc média. Rýchlosť šírenia ultrazvuku a zvuku v médiách je rovnaká (vo vzduchu ~ 340 m/s, vo vode a mäkkých tkanivách ~ 1500 m/s). Vysoká intenzita a krátka dĺžka ultrazvukových vĺn však dáva vznik množstvu špecifických vlastností.
Pri šírení ultrazvuku v látke dochádza k nevratnému prechodu energie zvukovej vlny na iné druhy energie, najmä na teplo. Tento jav sa nazýva absorpcia zvuku. Pokles amplitúdy vibrácií častíc a intenzity ultrazvuku v dôsledku absorpcie je exponenciálny:
kde A, A 0 sú amplitúdy vibrácií častíc média na povrchu látky a v hĺbke h; I, I 0 - zodpovedajúce intenzity ultrazvukovej vlny; α - absorpčný koeficient, v závislosti od frekvencie ultrazvukovej vlny, teploty a vlastností média.
Absorpčný koeficient - prevrátená hodnota vzdialenosti, pri ktorej sa amplitúda zvukovej vlny zníži o faktor „e“.
Čím vyšší je absorpčný koeficient, tým silnejšie médium absorbuje ultrazvuk.
Absorpčný koeficient (α) sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvuku. Preto je útlm ultrazvuku v médiu mnohonásobne vyšší ako útlm počuteľného zvuku.
Spolu s absorpčný koeficient, Ako charakteristika sa používa aj absorpcia ultrazvuku polovičná hĺbka absorpcie(H), ktorý s ním súvisí inverzným vzťahom (H = 0,347/α).
Hĺbka polovičnej absorpcie(H) je hĺbka, v ktorej sa intenzita ultrazvukovej vlny zníži na polovicu.
Hodnoty absorpčného koeficientu a polovičnej hĺbky absorpcie v rôznych tkanivách sú uvedené v tabuľke. 5.1.
V plynoch a najmä vo vzduchu sa ultrazvuk šíri s vysokým útlmom. Kvapaliny a pevné látky (najmä monokryštály) sú spravidla dobrými vodičmi ultrazvuku a útlm v nich je oveľa menší. Napríklad vo vode je útlm ultrazvuku, ak sú ostatné veci rovnaké, približne 1000-krát menší ako vo vzduchu. Preto sa oblasti použitia ultrazvukovej frekvencie a ultrazvukovej frekvencie týkajú takmer výlučne kvapalín a pevných látok a vo vzduchu a plynoch sa používa iba ultrazvuková frekvencia.
Uvoľňovanie tepla a chemické reakcie
Absorpcia ultrazvuku látkou je sprevádzaná prechodom mechanickej energie na vnútornú energiu látky, čo vedie k jej zahrievaniu. K najintenzívnejšiemu ohrevu dochádza v oblastiach susediacich s rozhraniami, keď sa koeficient odrazu blíži k jednotke (100 %). Je to spôsobené tým, že v dôsledku odrazu sa intenzita vlny v blízkosti hranice zvyšuje a podľa toho sa zvyšuje množstvo absorbovanej energie. Dá sa to overiť experimentálne. Ultrazvukový žiarič musíte pripevniť na mokrú ruku. Čoskoro sa na opačnej strane dlane objaví pocit (podobný bolesti pri popálení), spôsobený ultrazvukom odrazeným od rozhrania koža-vzduch.
Tkanivá so zložitou štruktúrou (pľúca) sú citlivejšie na zahrievanie ultrazvukom ako homogénne tkanivá (pečeň). Na rozhraní medzi mäkkým tkanivom a kosťou vzniká relatívne veľa tepla.
Lokálne zahrievanie tkanív o zlomok stupňa podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Dlhodobá expozícia však môže spôsobiť prehriatie.
V niektorých prípadoch sa využíva fokusovaný ultrazvuk na lokálne ovplyvnenie jednotlivých štruktúr tela. Tento efekt umožňuje dosiahnuť riadenú hypertermiu, t.j. zahrievanie na 41-44 °C bez prehriatia priľahlých tkanív.
Zvýšenie teploty a veľké poklesy tlaku, ktoré sprevádzajú prechod ultrazvuku, môžu viesť k tvorbe iónov a radikálov, ktoré môžu interagovať s molekulami. V tomto prípade môže dôjsť k chemickým reakciám, ktoré nie sú za normálnych podmienok uskutočniteľné. Chemický účinok ultrazvuku sa prejavuje najmä štiepením molekuly vody na H+ a OH- radikály s následnou tvorbou peroxidu vodíka H2O2.
Akustické toky a kavitácia
Ultrazvukové vlny vysokej intenzity sú sprevádzané množstvom špecifických efektov. Šírenie ultrazvukových vĺn v plynoch a kvapalinách je teda sprevádzané pohybom média, ktorý sa nazýva akustické prúdenie (obr. 5.5, Obr. A). Pri frekvenciách v frekvenčnom rozsahu ultrazvuku v ultrazvukovom poli s intenzitou niekoľko W/cm2 môže dochádzať k tryskaniu kvapaliny (obr. 5.5, b) a nastriekaním, aby sa vytvorila veľmi jemná hmla. Táto vlastnosť šírenia ultrazvuku sa využíva v ultrazvukových inhalátoroch.
Medzi dôležité javy, ktoré vznikajú pri šírení intenzívneho ultrazvuku v kvapalinách, patrí akustický kavitácia - rast bublín z existujúcich v ultrazvukovom poli
Ryža. 5.5. a) akustický tok, ku ktorému dochádza, keď sa ultrazvuk šíri v benzéne s frekvenciou 5 MHz; b) fontána kvapaliny vytvorená pri dopade ultrazvukového lúča z vnútra kvapaliny na jej povrch (ultrazvuková frekvencia 1,5 MHz, intenzita 15 W/cm2)
submikroskopické zárodky plynu alebo pary v kvapalinách až do veľkosti zlomku mm, ktoré začnú pulzovať pri ultrazvukovej frekvencii a kolabujú vo fáze pretlaku. Pri kolapse plynových bublín vznikajú veľké lokálne tlaky rádu tisíc atmosfér guľovitý rázové vlny. Takýto intenzívny mechanický účinok na častice obsiahnuté v kvapaline môže viesť k rôznym účinkom, vrátane deštruktívnych, a to aj bez vplyvu tepelného účinku ultrazvuku. Mechanické účinky sú obzvlášť významné pri vystavení sústredenému ultrazvuku.
Ďalším dôsledkom kolapsu kavitačných bublín je silné zahriatie ich obsahu (až na teplotu cca 10 000 °C), sprevádzané ionizáciou a disociáciou molekúl.
Fenomén kavitácie je sprevádzaný eróziou pracovných plôch žiaričov, poškodením buniek atď. Tento jav však vedie aj k množstvu priaznivých účinkov. Napríklad v oblasti kavitácie dochádza k zvýšenému miešaniu látky, ktorá sa používa na prípravu emulzií.
5.3. Ultrazvukový odraz. Zvukové videnie
Rovnako ako všetky typy vĺn, aj ultrazvuk je charakterizovaný javmi odrazu a lomu. Tieto javy sú však badateľné len vtedy, keď je veľkosť nehomogenít porovnateľná s vlnovou dĺžkou. Dĺžka ultrazvukovej vlny je podstatne menšia ako dĺžka zvukovej vlny (λ = v/v). Dĺžky zvukových a ultrazvukových vĺn v mäkkých tkanivách pri frekvenciách 1 kHz a 1 MHz sú teda rovnaké: λ = 1500/1000 = 1,5 m;
1500/1 000 000 = 1,5x10 -3 m = 1,5 mm. V súlade s vyššie uvedeným teleso s veľkosťou 10 cm prakticky neodráža zvuk s vlnovou dĺžkou λ = 1,5 m, ale je reflektorom pre ultrazvukové vlnenie s λ = 1,5 mm.
Účinnosť odrazu je určená nielen geometrickými vzťahmi, ale aj koeficientom odrazu r, ktorý závisí od pomeru vlnový odpor média x(pozri vzorce 3.8, 3.9):
Pre hodnoty x blízke 0 je odraz takmer úplný. To je prekážkou prenosu ultrazvuku zo vzduchu do mäkkých tkanív (x = 3x10 -4, r= 99,88 %). Ak sa ultrazvukový žiarič aplikuje priamo na pokožku človeka, ultrazvuk neprenikne dovnútra, ale bude sa odrážať od tenkej vrstvy vzduchu medzi žiaričom a pokožkou. V tomto prípade malé hodnoty X hrať negatívnu rolu. Na odstránenie vzduchovej vrstvy je povrch pokožky pokrytý vrstvou vhodného lubrikantu (vodné želé), ktorý pôsobí ako prechodné médium, ktoré znižuje odraz. Naopak, na zistenie nehomogenít v stredných, malých hodnotách X sú pozitívnym faktorom.
Hodnoty koeficientu odrazu na hraniciach rôznych tkanív sú uvedené v tabuľke. 5.2.
Intenzita prijímaného odrazeného signálu závisí nielen od veľkosti koeficientu odrazu, ale aj od miery absorpcie ultrazvuku prostredím, v ktorom sa šíri. Absorpcia ultrazvukovej vlny vedie k tomu, že echo signál odrazený od štruktúry umiestnenej v hĺbke je oveľa slabší ako ten, ktorý sa vytvára pri odraze od podobnej štruktúry umiestnenej blízko povrchu.
Na základe odrazu ultrazvukových vĺn od nehomogenít zvukové videnie, používa sa pri lekárskych ultrazvukových vyšetreniach (ultrazvuk). V tomto prípade sa ultrazvuk odrazený od nehomogenít (jednotlivých orgánov, nádorov) premení na elektrické vibrácie a tie na svetlo, čo umožňuje vidieť určité predmety na obrazovke v prostredí nepriehľadnom pre svetlo. Obrázok 5.6 ukazuje obrázok
Ryža. 5.6. Obrázok 17-týždňového ľudského plodu získaný pomocou 5 MHz ultrazvuku
ľudský plod vo veku 17 týždňov, získaný pomocou ultrazvuku.
Pri frekvenciách v ultrazvukovom rozsahu bol vytvorený ultrazvukový mikroskop - zariadenie podobné bežnému mikroskopu, ktorého výhodou oproti optickému mikroskopu je, že pre biologický výskum nie je potrebné predbežné farbenie objektu. Obrázok 5.7 ukazuje fotografie červených krviniek získaných optickým a ultrazvukovým mikroskopom.
Ryža. 5.7. Fotografie červených krviniek získané optickým (a) a ultrazvukovým (b) mikroskopom
So zvyšujúcou sa frekvenciou ultrazvukových vĺn sa zvyšuje rozlišovacia schopnosť (dajú sa zistiť menšie nehomogenity), ale ich schopnosť prieniku klesá, t.j. hĺbka, v ktorej možno skúmať štruktúry záujmu, klesá. Preto je frekvencia ultrazvuku zvolená tak, aby kombinovala dostatočné rozlíšenie s požadovanou hĺbkou vyšetrenia. Na ultrazvukové vyšetrenie štítnej žľazy umiestnenej priamo pod kožou sa teda používajú vlny s frekvenciou 7,5 MHz a na vyšetrenie brušných orgánov s frekvenciou 3,5 – 5,5 MHz. Okrem toho sa berie do úvahy aj hrúbka tukovej vrstvy: pre tenké deti sa používa frekvencia 5,5 MHz a pre deti a dospelých s nadváhou frekvencia 3,5 MHz.
5.4. Biofyzikálny účinok ultrazvuku
Keď ultrazvuk pôsobí na biologické objekty v ožarovaných orgánoch a tkanivách vo vzdialenosti rovnajúcej sa polovici vlnovej dĺžky, môžu vzniknúť tlakové rozdiely od jednotiek až po desiatky atmosfér. Takéto intenzívne vplyvy vedú k rôznym biologickým účinkom, ktorých fyzikálna podstata je daná kombinovaným pôsobením mechanických, tepelných a fyzikálno-chemických javov sprevádzajúcich šírenie ultrazvuku v prostredí.
Všeobecné účinky ultrazvuku na tkanivá a telo ako celok
Biologický účinok ultrazvuku, t.j. zmeny spôsobené v životnej činnosti a štruktúrach biologických objektov pri pôsobení ultrazvuku sú determinované najmä jeho intenzitou a trvaním ožiarenia a môžu mať pozitívny aj negatívny vplyv na životnú aktivitu organizmov. Mechanické vibrácie častíc, ktoré sa vyskytujú pri relatívne nízkych intenzitách ultrazvuku (do 1,5 W/cm 2), teda vytvárajú určitý druh mikromasáže tkanív, podporujúci lepší metabolizmus a lepšie zásobovanie tkanív krvou a lymfou. Miestne zahrievanie tkanív zlomkami a jednotkami stupňov spravidla podporuje životnú aktivitu biologických objektov a zvyšuje intenzitu metabolických procesov. Ultrazvukové vlny malý A priemer intenzity vyvolávajú pozitívne biologické účinky v živých tkanivách, stimulujú výskyt normálnych fyziologických procesov.
Úspešné využitie ultrazvuku v týchto intenzitách sa používa v neurológii na rehabilitáciu chorôb, ako je chronická radikulitída, polyartritída, neuritída a neuralgia. Ultrazvuk sa používa pri liečbe ochorení chrbtice a kĺbov (zničenie usadenín soli v kĺboch a dutinách); pri liečbe rôznych komplikácií po poškodení kĺbov, väzov, šliach a pod.
Ultrazvuk vysokej intenzity (3-10 W/cm2) má škodlivý vplyv na jednotlivé orgány a ľudské telo ako celok. Vysoká intenzita ultrazvuku môže spôsobiť
v biologických prostrediach akustickej kavitácie, sprevádzané mechanickou deštrukciou buniek a tkanív. Dlhodobé intenzívne pôsobenie ultrazvuku môže viesť k prehriatiu biologických štruktúr a ich zničeniu (denaturácia bielkovín a pod.). Vystavenie intenzívnemu ultrazvuku môže mať aj dlhodobé následky. Napríklad pri dlhšom pôsobení ultrazvuku s frekvenciou 20-30 kHz, ktorý sa vyskytuje v niektorých priemyselných podmienkach, sa u človeka objavia poruchy nervového systému, zvyšuje sa únava, výrazne stúpa teplota, dochádza k poruchám sluchu.
Veľmi intenzívny ultrazvuk je pre človeka smrteľný. V Španielsku tak bolo 80 dobrovoľníkov vystavených ultrazvukovým turbulentným motorom. Výsledky tohto barbarského experimentu boli katastrofálne: 28 ľudí zomrelo, zvyšok bol úplne alebo čiastočne paralyzovaný.
Tepelný efekt vyvolaný vysokointenzívnym ultrazvukom môže byť veľmi významný: pri ožiarení ultrazvukom s výkonom 4 W/cm2 po dobu 20 s sa teplota telesných tkanív v hĺbke 2-5 cm zvýši o 5-6 °C.
Aby sa predišlo chorobám z povolania medzi ľuďmi pracujúcimi na ultrazvukových zariadeniach, keď je možný kontakt so zdrojmi ultrazvukových vibrácií, je potrebné použiť 2 páry rukavíc na ochranu rúk: vonkajšia guma a vnútorná bavlna.
Účinok ultrazvuku na bunkovej úrovni
Biologický účinok ultrazvuku môže byť tiež založený na sekundárnych fyzikálno-chemických účinkoch. Pri vytváraní akustických tokov teda môže dochádzať k miešaniu vnútrobunkových štruktúr. Kavitácia vedie k prerušeniu molekulárnych väzieb v biopolyméroch a iných životne dôležitých zlúčeninách a k rozvoju redoxných reakcií. Ultrazvuk zvyšuje priepustnosť biologických membrán, v dôsledku čoho sa v dôsledku difúzie urýchľujú metabolické procesy. Zmena prietoku rôznych látok cez cytoplazmatickú membránu vedie k zmenám v zložení vnútrobunkového prostredia a bunkového mikroprostredia. To ovplyvňuje rýchlosť biochemických reakcií s účasťou enzýmov, ktoré sú citlivé na obsah určitých resp
iné ióny. V niektorých prípadoch môže zmena zloženia prostredia vo vnútri bunky viesť k zrýchleniu enzymatických reakcií, čo sa pozoruje, keď sú bunky vystavené ultrazvuku s nízkou intenzitou.
Mnohé vnútrobunkové enzýmy sú aktivované iónmi draslíka. So zvyšujúcou sa intenzitou ultrazvuku je preto pravdepodobnejší účinok potláčania enzymatických reakcií v bunke, keďže v dôsledku depolarizácie bunkových membrán klesá koncentrácia draselných iónov v intracelulárnom prostredí.
Účinok ultrazvuku na bunky môže byť sprevádzaný nasledujúcimi javmi:
Porušenie mikroprostredia bunkových membrán vo forme zmien koncentračných gradientov rôznych látok v blízkosti membrán, zmeny viskozity prostredia vo vnútri a mimo bunky;
Zmeny permeability bunkových membrán vo forme zrýchlenia normálnej a uľahčenej difúzie, zmeny účinnosti aktívneho transportu, narušenie štruktúry membrány;
Porušenie zloženia vnútrobunkového prostredia vo forme zmien koncentrácie rôznych látok v bunke, zmeny viskozity;
Zmeny v rýchlostiach enzymatických reakcií v bunke v dôsledku zmien optimálnych koncentrácií látok potrebných pre fungovanie enzýmov.
Zmena permeability bunkových membrán je univerzálnou odpoveďou na pôsobenie ultrazvuku bez ohľadu na to, ktorý z ultrazvukových faktorov pôsobiacich na bunku v konkrétnom prípade dominuje.
Pri dostatočne vysokej intenzite ultrazvuku dochádza k deštrukcii membrány. Rôzne bunky však majú rôzny odpor: niektoré bunky sú zničené pri intenzite 0,1 W/cm2, iné pri 25 W/cm2.
V určitom rozsahu intenzity sú pozorované biologické účinky ultrazvuku reverzibilné. Horná hranica tohto intervalu 0,1 W/cm 2 pri frekvencii 0,8-2 MHz je akceptovaná ako prahová hodnota. Prekročenie tohto limitu vedie k výrazným deštruktívnym zmenám v bunkách.
Zničenie mikroorganizmov
Na ničenie baktérií a vírusov prítomných v kvapaline sa používa ultrazvukové ožarovanie s intenzitou presahujúcou prah kavitácie.
5.5. Využitie ultrazvuku v medicíne: terapia, chirurgia, diagnostika
Deformácie pod vplyvom ultrazvuku sa využívajú pri mletí alebo dispergovaní médií.
Fenomén kavitácie sa využíva na získanie emulzií nemiešateľných kvapalín a na čistenie kovov od vodného kameňa a mastných filmov.
Ultrazvuková terapia
Terapeutický účinok ultrazvuku je určený mechanickými, tepelnými a chemickými faktormi. Ich spoločné pôsobenie zlepšuje priepustnosť membrán, rozširuje cievy, zlepšuje metabolizmus, čím pomáha obnoviť rovnovážny stav organizmu. Pomocou dávkovaného ultrazvukového lúča je možné vykonávať jemnú masáž srdca, pľúc a iných orgánov a tkanív.
V otolaryngológii ultrazvuk ovplyvňuje bubienok a nosovú sliznicu. Týmto spôsobom sa uskutočňuje rehabilitácia chronického výtoku z nosa a chorôb maxilárnych dutín.
FONOFORÉZA - zavedenie liečivých látok do tkanív cez póry kože pomocou ultrazvuku. Táto metóda je podobná elektroforéze, avšak na rozdiel od elektrického poľa, ultrazvukové pole pohybuje nielen iónmi, ale aj nenabitéčastice. Vplyvom ultrazvuku sa zvyšuje priepustnosť bunkových membrán, čo uľahčuje prienik liečiv do bunky, zatiaľ čo pri elektroforéze sa liečivá koncentrujú najmä medzi bunkami.
AUTOHEMOTERAPIA - intramuskulárna injekcia vlastnej krvi odobratej zo žily. Tento postup sa ukazuje ako účinnejší, ak sa odobratá krv pred infúziou ožiari ultrazvukom.
Ultrazvukové ožarovanie zvyšuje citlivosť buniek na účinky chemikálií. To vám umožní vytvárať menej škodlivé
vakcíny, pretože pri ich výrobe sa môžu použiť chemické činidlá s nižšou koncentráciou.
Predbežná expozícia ultrazvuku zvyšuje účinok γ- a mikrovlnného žiarenia na nádory.
Vo farmaceutickom priemysle sa ultrazvuk používa na výrobu emulzií a aerosólov určitých liečivých látok.
Vo fyzioterapii sa ultrazvuk používa na lokálny zásah, vykonávaný pomocou vhodného žiariča, aplikovaného kontaktne cez masťový základ na konkrétnu oblasť tela.
Ultrazvuková chirurgia
Ultrazvuková chirurgia sa delí na dva typy, z ktorých jeden je spojený s účinkom zvukových vibrácií na tkanivo, druhý s aplikáciou ultrazvukových vibrácií na chirurgický nástroj.
Zničenie nádorov. Niekoľko žiaričov namontovaných na tele pacienta vyžaruje ultrazvukové lúče, ktoré sa zameriavajú na nádor. Intenzita každého lúča nie je dostatočná na poškodenie zdravého tkaniva, ale v mieste, kde sa lúče zbiehajú, sa intenzita zvyšuje a nádor je zničený kavitáciou a teplom.
V urológii mechanickým pôsobením ultrazvuku rozdrvia kamene v močových cestách a tým zachránia pacientov pred operáciami.
Zváranie mäkkých tkanív. Ak spojíte dve prerezané cievy a stlačíte ich, po ožiarení vznikne zvar.
Zváracie kosti(ultrazvuková osteosyntéza). Oblasť zlomeniny je vyplnená rozdrveným kostným tkanivom zmiešaným s tekutým polymérom (cyakrín), ktorý vplyvom ultrazvuku rýchlo polymerizuje. Po ožiarení sa vytvorí pevný zvar, ktorý sa postupne rozpúšťa a nahrádza kostným tkanivom.
Aplikácia ultrazvukových vibrácií na chirurgické nástroje(skalpely, pilníky, ihly) výrazne znižuje rezné sily, znižuje bolesť, má hemostatické a sterilizačné účinky. Amplitúda vibrácií rezného nástroja pri frekvencii 20-50 kHz je 10-50 mikrónov. Ultrazvukové skalpely umožňujú vykonávať operácie v dýchacích orgánoch bez otvorenia hrudníka,
operácie v pažeráku a krvných cievach. Vložením dlhého a tenkého ultrazvukového skalpelu do žily možno zničiť zhrubnutia cholesterolu v cieve.
Sterilizácia. Deštruktívny účinok ultrazvuku na mikroorganizmy sa využíva na sterilizáciu chirurgických nástrojov.
V niektorých prípadoch sa ultrazvuk používa v kombinácii s inými fyzikálnymi vplyvmi, napr kryogénne, na chirurgickú liečbu hemangiómov a jaziev.
Ultrazvuková diagnostika
Ultrazvuková diagnostika je súbor metód na štúdium zdravého a chorého ľudského tela, založených na použití ultrazvuku. Fyzikálnym základom ultrazvukovej diagnostiky je závislosť parametrov šírenia zvuku v biologických tkanivách (rýchlosť zvuku, koeficient útlmu, vlnová impedancia) od typu tkaniva a jeho stavu. Ultrazvukové metódy umožňujú vizualizáciu vnútorných štruktúr tela, ako aj štúdium pohybu biologických objektov vo vnútri tela. Hlavnou črtou ultrazvukovej diagnostiky je schopnosť získať informácie o mäkkých tkanivách, ktoré sa mierne líšia hustotou alebo elasticitou. Ultrazvuková vyšetrovacia metóda je vysoko citlivá, možno ňou odhaliť útvary, ktoré nie sú detekované röntgenom, nevyžaduje použitie kontrastných látok, je nebolestivé a nemá žiadne kontraindikácie.
Na diagnostické účely sa používa ultrazvuková frekvencia od 0,8 do 15 MHz. Nízke frekvencie sa používajú pri štúdiu hlboko umiestnených objektov alebo pri štúdiu cez kostné tkanivo, vysoké frekvencie - na vizualizáciu objektov nachádzajúcich sa blízko povrchu tela, na diagnostiku v oftalmológii, pri štúdiu povrchovo umiestnených ciev.
Najpoužívanejšie v ultrazvukovej diagnostike sú echolokačné metódy založené na odraze alebo rozptyle pulzných ultrazvukových signálov. V závislosti od spôsobu získavania a charakteru prezentácie informácií sa prístroje na ultrazvukovú diagnostiku delia do 3 skupín: jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A; jednorozmerné prístroje s označením typu M; dvojrozmerné zariadenia s označením typu B.
Pri ultrazvukovej diagnostike prístrojom typu A sa na vyšetrovanú oblasť tela kontaktnou látkou privádza žiarič vyžarujúci krátke (trvajúce cca 10 -6 s) ultrazvukové impulzy. V pauzách medzi pulzmi prístroj prijíma pulzy odrazené od rôznych nehomogenít v tkanivách. Po zosilnení sú tieto impulzy pozorované na obrazovke katódovej trubice vo forme odchýlok lúča od horizontálnej čiary. Kompletný vzor odrazených impulzov sa nazýva jednorozmerný echogram typu A. Obrázok 5.8 ukazuje echogram získaný počas echoskopie oka.
Ryža. 5.8. Echoskopia oka pomocou A-metódy:
1 - ozvena z predného povrchu rohovky; 2, 3 - ozveny z predného a zadného povrchu šošovky; 4 - ozvena zo sietnice a štruktúr zadného pólu očnej gule
Echogramy tkanív rôznych typov sa navzájom líšia počtom impulzov a ich amplitúdou. Analýza echogramu typu A v mnohých prípadoch umožňuje získať ďalšie informácie o stave, hĺbke a rozsahu patologickej oblasti.
Jednorozmerné prístroje s indikáciou typu A sa používajú v neurológii, neurochirurgii, onkológii, pôrodníctve, oftalmológii a iných oblastiach medicíny.
V zariadeniach s indikáciou typu M sú odrazené impulzy po zosilnení privádzané na modulačnú elektródu katódovej trubice a sú prezentované vo forme čiarok, ktorých jas súvisí s amplitúdou impulzu a šírka je súvisiace s jeho trvaním. Vývoj týchto línií v čase dáva obraz o jednotlivých odrážajúcich sa štruktúrach. Tento typ indikácie je široko používaný v kardiografii. Ultrazvukový kardiogram je možné zaznamenať pomocou katódovej trubice s pamäťou alebo na papierový magnetofón. Táto metóda zaznamenáva pohyby srdcových elementov, čo umožňuje určiť stenózu mitrálnej chlopne, vrodené srdcové chyby atď.
Pri použití záznamových metód typu A a M je prevodník v pevnej polohe na tele pacienta.
V prípade indikácie typu B sa prevodník pohybuje (skenuje) pozdĺž povrchu tela a na obrazovke katódovej trubice sa zaznamenáva dvojrozmerný echogram, ktorý reprodukuje prierez skúmanej oblasti telo.
Obmenou metódy B je viacnásobné skenovanie, pri ktorej je mechanický pohyb snímača nahradený sekvenčným elektrickým spínaním množstva prvkov umiestnených na tej istej linke. Viacnásobné skenovanie vám umožňuje sledovať skúmané úseky takmer v reálnom čase. Ďalšou variáciou metódy B je sektorové skenovanie, pri ktorom nedochádza k pohybu echo sondy, ale mení sa uhol vloženia ultrazvukového lúča.
Ultrazvukové prístroje s indikáciou typu B sa používajú v onkológii, pôrodníctve a gynekológii, urológii, otolaryngológii, oftalmológii a pod. V kardiológii sa využívajú modifikácie prístrojov typu B s multisnímaním a sektorovým skenovaním.
Všetky echolokačné metódy ultrazvukovej diagnostiky umožňujú tak či onak registrovať hranice oblastí s rôznou vlnovou impedanciou vo vnútri tela.
Nová metóda ultrazvukovej diagnostiky - rekonštrukčná (alebo výpočtová) tomografia - udáva priestorové rozloženie parametrov šírenia zvuku: koeficient útlmu (útlmová modifikácia metódy) alebo rýchlosť zvuku (refrakčná modifikácia). Pri tejto metóde sa rez skúmaným objektom ozvučí opakovane v rôznych smeroch. Informácie o súradniciach zvuku a signáloch odozvy sú spracované v počítači, v dôsledku čoho sa na displeji zobrazí zrekonštruovaný tomogram.
V poslednej dobe sa metóda začala zavádzať elastometria na štúdium pečeňového tkaniva normálne aj v rôznych štádiách mikrózy. Podstatou metódy je toto. Snímač je inštalovaný kolmo na povrch tela. Pomocou vibrátora zabudovaného v snímači sa vytvorí nízkofrekvenčné zvukové mechanické vlnenie (ν = 50 Hz, A = 1 mm), ktorého rýchlosť šírenia cez tkanivo pod ním sa posudzuje pomocou ultrazvuku s frekvenciou ν = 3,5 MHz (v podstate sa vykonáva echolokácia). Použitím
modul E (elasticita) tkaniny. U pacienta sa vykoná séria meraní (najmenej 10) v medzirebrových priestoroch v projekcii polohy pečene. Všetky údaje sa analyzujú automaticky, prístroj poskytuje kvantitatívne vyhodnotenie elasticity (hustoty), ktoré je prezentované číselne aj farebne.
Na získanie informácií o pohybujúcich sa štruktúrach tela sa používajú metódy a prístroje, ktorých činnosť je založená na Dopplerovom efekte. Takéto zariadenia zvyčajne obsahujú dva piezoelementy: ultrazvukový žiarič pracujúci v kontinuálnom režime a prijímač odrazených signálov. Meraním Dopplerovho frekvenčného posunu ultrazvukovej vlny odrazenej od pohybujúceho sa objektu (napríklad od steny nádoby) sa určí rýchlosť pohybu odrážajúceho sa objektu (pozri vzorec 2.9). Najpokročilejšie zariadenia tohto typu využívajú pulzno-dopplerovskú (koherentnú) lokalizačnú metódu, ktorá umožňuje izolovať signál z určitého bodu v priestore.
Prístroje využívajúce Dopplerov efekt sa používajú na diagnostiku ochorení kardiovaskulárneho systému (stanovenie
pohyby častí srdca a stien krvných ciev), v pôrodníctve (štúdium srdcového tepu plodu), na štúdium prietoku krvi atď.
Orgány sa vyšetrujú cez pažerák, s ktorým ohraničujú.
Porovnanie ultrazvukového a röntgenového „sviečkovania“
V niektorých prípadoch má ultrazvukové skenovanie výhodu oproti röntgenovému žiareniu. Je to spôsobené tým, že röntgenové lúče poskytujú jasný obraz „tvrdého“ tkaniva na pozadí „mäkkého“ tkaniva. Napríklad kosti sú jasne viditeľné na pozadí mäkkých tkanív. Na získanie röntgenového obrazu mäkkých tkanív na pozadí iných mäkkých tkanív (napríklad krvná cieva na pozadí svalov) musí byť nádoba naplnená látkou, ktorá dobre absorbuje röntgenové žiarenie (kontrastná látka). . Ultrazvukové presvetlenie vďaka už spomínaným vlastnostiam poskytuje v tomto prípade obraz bez použitia kontrastných látok.
Röntgenové vyšetrenie rozlišuje rozdiel v hustote až do 10% a ultrazvukové vyšetrenie až do 1%.
5.6. Infrazvuk a jeho zdroje
Infrazvuk- elastické vibrácie a vlny s frekvenciami ležiacimi pod rozsahom frekvencií počuteľných pre človeka. Typicky sa 16-20 Hz považuje za hornú hranicu infrazvukového rozsahu. Táto definícia je podmienená, keďže pri dostatočnej intenzite dochádza k sluchovému vnímaniu aj pri frekvenciách niekoľkých Hz, hoci v tomto prípade tónová povaha vnemu zmizne a rozlíšia sa len jednotlivé cykly kmitov. Spodná hranica frekvencie infrazvuku je neistá; jeho súčasná oblasť štúdia sa rozprestiera až na približne 0,001 Hz.
Infrazvukové vlny sa šíria vo vzduchu a vo vode, ako aj v zemskej kôre (seizmické vlny). Hlavnou črtou infrazvuku je vzhľadom na jeho nízku frekvenciu nízka absorpcia. Infrazvukové vlny s frekvenciou 10-20 Hz sa pri šírení v hlbokom mori a v atmosfére na úrovni zeme utlmia vo vzdialenosti 1000 km najviac o niekoľko decibelov. Je známe, že zvuky
Sopečné erupcie a atómové výbuchy môžu mnohokrát obletieť zemeguľu. V dôsledku dlhej vlnovej dĺžky je aj rozptyl infrazvuku nízky. V prírodnom prostredí vytvárajú nápadný rozptyl len veľmi veľké objekty - kopce, hory, vysoké budovy.
Prirodzenými zdrojmi infrazvuku sú meteorologické, seizmické a vulkanické javy. Infrazvuk je generovaný atmosférickými a oceánskymi turbulentnými výkyvmi tlaku, vetrom, morskými vlnami (vrátane prílivových vĺn), vodopádmi, zemetraseniami a zosuvmi pôdy.
Zdrojmi infrazvuku spojeného s ľudskou činnosťou sú výbuchy, výstrely, rázové vlny nadzvukových lietadiel, nárazy pilotov, chod prúdových motorov a pod. Infrazvuk je obsiahnutý v hluku motorov a technologických zariadení. Vibrácie budov vytvorené priemyselnými a domácimi patogénmi spravidla obsahujú infrazvukové zložky. Hluk z dopravy výrazne prispieva k infrazvukovému znečisteniu životného prostredia. Napríklad osobné autá pri rýchlosti 100 km/h vytvárajú infrazvuk s úrovňou intenzity až 100 dB. V motorovom priestore veľkých lodí boli zaznamenané infrazvukové vibrácie vytvárané prevádzkou motorov s frekvenciou 7-13 Hz a úrovňou intenzity 115 dB. Na horných poschodiach výškových budov, najmä pri silnom vetre, dosahuje úroveň intenzity infrazvuku
Infrazvuk je takmer nemožné izolovať - pri nízkych frekvenciách všetky materiály pohlcujúce zvuk takmer úplne strácajú svoju účinnosť.
5.7. Vplyv infrazvuku na človeka. Využitie infrazvuku v medicíne
Infrazvuk má na človeka spravidla negatívny vplyv: spôsobuje depresívnu náladu, únavu, bolesti hlavy, podráždenie. Osoba vystavená infrazvuku s nízkou intenzitou pociťuje príznaky morskej choroby, nevoľnosti a závratov. Objavuje sa bolesť hlavy, zvyšuje sa únava a slabne sluch. Pri frekvencii 2-5 Hz
a úrovni intenzity 100-125 dB sa subjektívna reakcia znižuje na pocit tlaku v uchu, ťažkosti s prehĺtaním, nútenú moduláciu hlasu a ťažkosti s rozprávaním. Expozícia infrazvuku negatívne ovplyvňuje videnie: zhoršujú sa zrakové funkcie, znižuje sa zraková ostrosť, zužuje sa zorné pole, je oslabená akomodačná schopnosť a je narušená stabilita fixácie oka pozorovaného objektu.
Hluk s frekvenciou 2-15 Hz pri úrovni intenzity 100 dB vedie k zvýšeniu chyby sledovania číselníkov. Objavujú sa kŕčovité zášklby očnej buľvy a dysfunkcia orgánov rovnováhy.
Piloti a kozmonauti vystavení infrazvuku počas výcviku boli pomalší pri riešení aj jednoduchých aritmetických problémov.
Existuje predpoklad, že rôzne anomálie v stave ľudí v zlom počasí, vysvetlené klimatickými podmienkami, sú vlastne dôsledkom vplyvu infrazvukových vĺn.
Pri strednej intenzite (140-155 dB) môže dôjsť k mdlobám a dočasnej strate zraku. Pri vysokej intenzite (asi 180 dB) môže dôjsť k paralýze s fatálnym koncom.
Predpokladá sa, že negatívny vplyv infrazvuku je spôsobený tým, že prirodzené vibračné frekvencie niektorých orgánov a častí ľudského tela ležia v infrazvukovej oblasti. To spôsobuje nežiaduce rezonančné javy. Uveďme niektoré frekvencie prirodzených oscilácií pre ľudí:
Ľudské telo v ležiacej polohe - (3-4) Hz;
Hrudník - (5-8) Hz;
Brucho - (3-4) Hz;
Oči - (12-27) Hz.
Škodlivé sú najmä účinky infrazvuku na srdce. Pri dostatočnom výkone dochádza k núteným osciláciám srdcového svalu. Pri rezonancii (6-7 Hz) sa ich amplitúda zvyšuje, čo môže viesť ku krvácaniu.
Využitie infrazvuku v medicíne
V posledných rokoch sa infrazvuk stal široko používaným v lekárskej praxi. V oftalmológii teda infrazvukové vlny
s frekvenciami do 12 Hz sa používajú pri liečbe krátkozrakosti. Pri liečbe ochorení očných viečok sa infrazvuk využíva na fonoforézu (obr. 5.9), ako aj na čistenie povrchov rán, zlepšenie hemodynamiky a regenerácie v očných viečkach, masáže (obr. 5.10) atď.
Obrázok 5.9 ukazuje použitie infrazvuku na liečbu abnormalít slzných ciest u novorodencov.
V jednom štádiu liečby sa vykonáva masáž slzného vaku. V tomto prípade generátor infrazvuku vytvára nadmerný tlak v slznom vaku, čo prispieva k prasknutiu embryonálneho tkaniva v slznom kanáli.
Ryža. 5.9. Schéma infrazvukovej fonoforézy
Ryža. 5.10. Masáž slzného vaku
5.8. Základné pojmy a vzorce. Tabuľky
Tabuľka 5.1. Koeficient absorpcie a polovičná hĺbka absorpcie pri frekvencii 1 MHz
Tabuľka 5.2. Koeficient odrazu na hraniciach rôznych tkanív
5.9. Úlohy
1. Odraz vĺn od malých nehomogenít sa stáva viditeľným, keď ich veľkosť presahuje vlnovú dĺžku. Odhadnite minimálnu veľkosť d obličkového kameňa, ktorú možno zistiť ultrazvukovou diagnostikou pri frekvencii ν = 5 MHz. Rýchlosť ultrazvukových vĺn v= 1500 m/s.
Riešenie
Nájdite vlnovú dĺžku: λ = v/ν = 1500/(5*10 6) = 0,0003 m = 0,3 mm. d > λ.
odpoveď: d > 0,3 mm.
2. Niektoré fyzioterapeutické postupy využívajú ultrazvuk s frekvenciou ν = 800 kHz a intenzitou I = 1 W/cm2. Nájdite amplitúdu vibrácií molekúl mäkkých tkanív.
Riešenie
Intenzita mechanických vĺn je určená vzorcom (2.6)
Hustota mäkkých tkanív je ρ « 1000 kg/m 3 .
kruhová frekvencia ω = 2πν ≈ 2x3,14x800x10 3 ≈ 5x10 6 s -1 ;
rýchlosť ultrazvuku v mäkkých tkanivách ν ≈ 1500 m/s.
Je potrebné previesť intenzitu na SI: I = 1 W/cm 2 = 10 4 W/m 2 .
Nahradením číselných hodnôt do posledného vzorca nájdeme:
Takýto malý posun molekúl pri prechode ultrazvuku naznačuje, že jeho účinok sa prejavuje na bunkovej úrovni. odpoveď: A = 0,023 um.
3. Kvalita oceľových dielov sa kontroluje pomocou ultrazvukového detektora chýb. V akej hĺbke h v diele bola zistená trhlina a aká je hrúbka dielu d, ak po vyslaní ultrazvukového signálu boli prijaté dva odrazené signály s 0,1 ms a 0,2 ms? Rýchlosť šírenia ultrazvukovej vlny v oceli je rovná v= 5200 m/s.
Riešenie
2h = tv →h = tv/2. odpoveď: h = 26 cm; d = 52 cm.
Ultrazvuk je zvuk v rozsahu nad hranicou ľudskej počuteľnosti, t.j. s frekvenciou zvukových vĺn nad 20 kHz.
Infrazvuk je zvuk v rozsahu pod hranicou ľudskej počuteľnosti, t.j. s frekvenciou zvukových vĺn menšou ako 20 Hz.
V poslednom čase sa vo výrobe čoraz viac rozširujú technologické postupy založené na využití ultrazvukovej energie. Ultrazvuk našiel uplatnenie aj v medicíne. V dôsledku zvyšovania výkonov jednotiek a rýchlostí rôznych jednotiek a strojov sa zvyšuje hladina hluku, a to aj v oblasti ultrazvukovej frekvencie.
Ultrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti -20 kHz. Jednotkou hladiny akustického tlaku je dB. Jednotkou merania intenzity ultrazvuku je watt na štvorcový centimeter (W/cm2).
Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostrediami, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie. Ultrazvukové vibrácie generované ultrazvukovými nízkofrekvenčnými priemyselnými zariadeniami majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Dlhodobé systematické vystavenie vzdušným ultrazvukom spôsobuje zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchových a vestibulárnych analyzátoroch. Najcharakteristickejšia je prítomnosť vegetatívno-vaskulárnej dystónie a astenického syndrómu.
Stupeň závažnosti zmien závisí od intenzity a trvania vystavenia ultrazvuku a zvyšuje sa v prítomnosti vysokofrekvenčného šumu v spektre, pričom sa pridáva výrazná strata sluchu. Ak kontakt s ultrazvukom pokračuje, tieto poruchy sa stávajú pretrvávajúcimi.
Pod vplyvom lokálneho ultrazvuku sa vyskytujú javy vegetatívnej polyneuritídy rúk (menej často nôh) rôzneho stupňa závažnosti až po rozvoj parézy rúk a predlaktí a vegetatívno-vaskulárnej dysfunkcie.
Povaha zmien, ktoré sa vyskytujú v tele pod vplyvom ultrazvuku, závisí od dávky expozície.
Malé dávky - hladina zvuku 80-90 dB - poskytujú stimulačný účinok - mikromasáž, zrýchlenie metabolických procesov. Veľké dávky - hladina zvuku 120 dB alebo viac - majú škodlivý účinok.
Základom predchádzania nepriaznivým účinkom ultrazvuku na osoby obsluhujúce ultrazvukové zariadenia sú hygienické predpisy.
V súlade s GOST 12.1.01-89 "Ultrazvuk. Všeobecné bezpečnostné požiadavky", "Sanitárne normy a pravidlá pre prácu na priemyselných ultrazvukových zariadeniach" (č. 1733-77) hladiny akustického tlaku vo vysokofrekvenčnej oblasti počuteľných zvukov a ultrazvuk na pracoviskách je obmedzený (od 80 do 110 dB pri geometrických stredných frekvenciách tretinoktávových pásiem od 12,5 do 100 kHz).
Ultrazvuk prenášaný kontaktom sa riadi „Sanitárnymi normami a pravidlami pre prácu so zariadeniami, ktoré vytvárajú ultrazvuk prenášaný kontaktom do rúk pracovníkov“ č. 2282-80.
Opatrenia na predchádzanie nepriaznivým účinkom ultrazvuku na organizmus prevádzkovateľov technologických zariadení a personálu liečebných a diagnostických miestností spočívajú predovšetkým vo vykonávaní opatrení technického charakteru. Patrí medzi ne vytvorenie automatizovaných, diaľkovo ovládaných ultrazvukových zariadení; používanie nízkoenergetických zariadení vždy, keď je to možné, čo pomáha znižovať intenzitu hluku a ultrazvuku na pracovisku o 20-40 dB; umiestnenie zariadení do zvukovo izolovaných miestností alebo miestností s diaľkovým ovládaním; vybavenie zvukovoizolačných zariadení, plášte, zásteny z oceľového plechu alebo duralu, potiahnuté gumou, protihlukovým tmelom a inými materiálmi.
Pri navrhovaní ultrazvukových inštalácií je vhodné použiť prevádzkové frekvencie, ktoré sú najďalej od počuteľného rozsahu – nie nižšie ako 22 kHz.
Aby sa eliminovalo vystavenie ultrazvuku pri kontakte s tekutými a pevnými médiami, je potrebné nainštalovať systém na automatické vypínanie ultrazvukových meničov počas operácií, počas ktorých je možný kontakt (napríklad nakladanie a vykladanie materiálov). Na ochranu rúk pred kontaktným pôsobením ultrazvuku sa odporúča použiť špeciálny pracovný nástroj s rukoväťou izolujúcou vibrácie.
Ak z výrobných dôvodov nie je možné znížiť hladinu hluku a intenzitu ultrazvuku na prijateľné hodnoty, je potrebné používať osobné ochranné pracovné prostriedky - protihluková ochrana, gumené rukavice s bavlnenou podšívkou a pod.
Rozvoj techniky a vozidiel, zdokonaľovanie technologických procesov a zariadení je sprevádzané zvyšovaním výkonu a rozmerov strojov, čo podmieňuje tendenciu zvyšovania nízkofrekvenčných komponentov v spektrách a vzniku infrazvuku, ktorý je relatívne nový, nie úplne preštudovaný faktor vo výrobnom prostredí.
Infrazvuk je názov pre akustické vibrácie, ktoré sa vyskytujú často! pod 20 Hz. Tento frekvenčný rozsah leží pod prahom počuteľnosti a ľudské ucho nie je schopné vnímať vibrácie týchto frekvencií.
Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako šum počuteľných frekvencií. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré majú veľké plochy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu).
Maximálne hladiny nízkofrekvenčných akustických vibrácií z priemyselných a dopravných zdrojov dosahujú 100-110 dB.
Štúdie biologických účinkov infrazvuku na organizmus ukázali, že pri úrovniach od 110 do 150 dB a viac môže u ľudí vyvolať nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny, medzi ktoré patria zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme, vestibulárny analyzátor. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách. Závažnosť týchto zmien závisí od úrovne intenzity infrazvuku a trvania faktora.
V súlade s Hygienickými normami pre infrazvuk na pracoviskách (č. 2274-80) sa na základe charakteru spektra infrazvuk delí na širokopásmový a harmonický. Harmonický charakter spektra je v oktávových frekvenčných pásmach stanovený prevýšením úrovne v jednom pásme nad susednými aspoň o 10 dB.
Podľa časových charakteristík sa infrazvuk delí na konštantný a nekonštantný.
Normalizovanou charakteristikou infrazvuku na pracoviskách sú hladiny akustického tlaku v decibeloch v oktávových frekvenčných pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 2, 4, 8, 16 Hz.
Prijateľné hladiny akustického tlaku sú 105 dB v oktávových pásmach 2, 4, 8, 16 Hz a 102 dB v oktávovom pásme 31,5 Hz. V tomto prípade by celková hladina akustického tlaku nemala presiahnuť 110 dB Lin.
Pre nekonštantný infrazvuk je normalizovanou charakteristikou celková hladina akustického tlaku.
Najúčinnejším a prakticky jediným prostriedkom boja proti infrazvuku je jeho redukcia pri zdroji. Pri výbere dizajnov by sa mali uprednostňovať malé stroje s vysokou tuhosťou, pretože v konštrukciách s plochými povrchmi veľkej plochy a nízkou tuhosťou sú vytvorené podmienky na generovanie infrazvuku. Boj proti infrazvuku pri jeho zdroji je potrebné vykonávať v smere zmeny prevádzkového režimu technologického zariadenia - zvýšenie jeho rýchlosti (napríklad zvýšenie počtu pracovných zdvihov kovacích a lisovacích strojov tak, aby hlavná frekvencia výkonových impulzov leží mimo dosahu infrazvuku).
Je potrebné prijať opatrenia na zníženie intenzity aerodynamických procesov – obmedzenie rýchlosti vozidiel, zníženie prietokov kvapalín (letecké a raketové motory, spaľovacie motory, systémy odvodu pary tepelných elektrární a pod.).
V boji proti infrazvuku pozdĺž ciest šírenia majú určitý účinok rušičky typu rušenia, zvyčajne v prítomnosti diskrétnych zložiek v infrazvukovom spektre.
Nedávne teoretické zdôvodnenie toku nelineárnych procesov v absorbéroch rezonančného typu otvára skutočné spôsoby navrhovania panelov a plášťov absorbujúcich zvuk, ktoré sú účinné v oblasti nízkych frekvencií.
Ako osobné ochranné prostriedky sa odporúča používať slúchadlá a štuple do uší, ktoré chránia ucho pred nepriaznivými účinkami sprievodného hluku.
Organizačné preventívne opatrenia by mali zahŕňať dodržiavanie rozvrhu práce a odpočinku a zákaz práce nadčas. Pri kontakte s ultrazvukom viac ako 50 % pracovného času sa odporúčajú prestávky 15 minút každých 1,5 hodiny práce. Významný účinok sa dosahuje komplexom fyzioterapeutických procedúr - masáž, UT-ožarovanie, vodné procedúry, vitaminizácia atď.
To, že delfíny majú nezvyčajne vyvinutý sluch, je známe už desaťročia. Objemy tých častí mozgu, ktoré riadia sluchové funkcie, sú desaťkrát (!) väčšie ako u ľudí (napriek tomu, že celkový objem mozgu je približne rovnaký). Delfín je schopný vnímať frekvencie zvukových vibrácií 10-krát vyššie (do 150 kHz) ako ľudia (do 15-18 kHz) a počuje zvuky, ktorých sila je 10-30-krát nižšia ako u zvukov prístupných ľudskému sluchu, ako napríklad Bez ohľadu na to, aký dobrý má delfín zrak, jeho schopnosti sú obmedzené kvôli nízkej priehľadnosti vody. Preto delfín dostáva základné informácie o svojom okolí sluchom. Zároveň využíva aktívnu polohu: počúva ozvenu, ktorá vzniká, keď sa zvuky, ktoré vydáva, odrážajú od okolitých predmetov. Echo mu dáva presné informácie nielen o polohe predmetov, ale aj o ich veľkosti, tvare a materiáli. Inými slovami, sluch umožňuje delfínovi vnímať svet okolo seba o nič horšie alebo dokonca lepšie ako zrak.
>>Fyzika: Infrazvuk a ultrazvuk
Zvukové vlny sa vyznačujú frekvenciou v rozsahu od 16 Hz do 20 kHz. Elastické vlny s frekvenciou 16 Hz sú tzv a s frekvenciou y>20 kHz- ultrazvuk(obr. 56).
Infrazvuk. Ľudské ucho nedokáže vnímať infrazvukové vlny. Napriek tomu sú schopné prejavovať určité fyziologické účinky na človeka. Tieto akcie sú vysvetlené rezonanciou. Vnútorné orgány nášho tela majú pomerne nízke prirodzené frekvencie: brušná dutina a hrudník - 5-8 Hz, hlava - 20-30 Hz. Priemerná rezonančná frekvencia pre celé telo je 6 Hz. Infrazvukové vlny, ktoré majú frekvencie rovnakého rádu, spôsobujú vibrácie našich orgánov a pri veľmi vysokej intenzite môžu viesť k vnútorným krvácaniam.
Špeciálne experimenty ukázali, že ožarovanie ľudí dostatočne intenzívnym infrazvukom môže spôsobiť stratu rovnováhy, nevoľnosť, mimovoľné otáčanie očných buliev atď. Napríklad pri frekvencii 4-8 Hz človek cíti pohyb vnútorných orgánov a pri frekvencii 12 Hz - záchvat morskej choroby.
Hovorí sa, že jedného dňa americký fyzik R. Wood (ktorý bol medzi kolegami známy ako veľký originál a veselý chlapík) priniesol do divadla špeciálny prístroj vyžarujúci infrazvukové vlny a po zapnutí ho nasmeroval na javisko. Nikto nepočul žiaden zvuk, no herečka začala byť hysterická.
Rezonančný účinok nízkofrekvenčných zvukov na ľudský organizmus vysvetľuje aj stimulačný účinok modernej rockovej hudby, presýtenej opakovane zosilnenými nízkymi frekvenciami bicích, basgitár a pod.
Infrazvuk ľudské ucho nevníma, no niektoré zvieratá ho môžu počuť. Napríklad medúzy s istotou vnímajú infrazvukové vlny s frekvenciou 8-13 Hz, ktoré vznikajú počas búrky v dôsledku interakcie prúdov vzduchu s hrebeňmi morských vĺn. Po dosiahnutí medúzy ich tieto vlny vopred (15 hodín vopred!) „varujú“ pred blížiacou sa búrkou.
Zdrojmi infrazvuku môžu byť výboje blesku, výstrely z pištole, sopečné erupcie, výbuchy atómových bômb, zemetrasenia, prevádzka prúdových motorov, vietor prúdiaci cez hrebene morských vĺn atď.
Infrazvuk sa vyznačuje nízkou absorpciou v rôznych médiách, v dôsledku čoho sa môže šíriť na veľmi veľké vzdialenosti. To umožňuje určiť miesto silných výbuchov, polohu palebnej pištole, sledovať podzemné jadrové výbuchy, predpovedať cunami atď.
Ultrazvuk. Ultrazvuk tiež ľudské ucho nevníma. Niektoré zvieratá ho však dokážu vyžarovať a vnímať. Napríklad vďaka tomu sa delfíny s istotou pohybujú v kalnej vode. Vysielaním a prijímaním ultrazvukových impulzov, ktoré sa vracajú, sú schopné detekovať aj malú peletu opatrne spustenú do vody na vzdialenosť 20-30 m. Ultrazvuk pomáha aj netopierom, ktoré zle vidia alebo nevidia vôbec nič. Vysielaním ultrazvukových vĺn (až 250-krát za sekundu) pomocou svojho načúvacieho prístroja sú schopné navigovať počas letu a úspešne chytiť korisť aj v úplnej tme. Je zvláštne, že u niektorých druhov hmyzu sa v reakcii na to vyvinula špeciálna obranná reakcia: ukázalo sa, že niektoré druhy molí a chrobákov tiež dokážu vnímať ultrazvuk vyžarovaný netopiermi, a keď ich počujú, okamžite zložia krídla, spadnú a mrznúť na zemi.
Ultrazvukové signály využívajú aj niektoré zubaté veľryby. Tieto signály im umožňujú loviť chobotnice pri úplnej absencii svetla.
Tiež sa zistilo, že ultrazvukové vlny s frekvenciou vyššou ako 25 kHz spôsobujú vtákom bolesť. To sa používa napríklad na odpudzovanie čajok zo zásobníkov pitnej vody.
Ultrazvuk je široko používaný vo vede a technike, kde sa získava pomocou rôznych mechanických (napríklad siréna) a elektromechanických zariadení.
Zdroje ultrazvuku sú inštalované na lodiach a ponorkách. Vyslaním krátkych impulzov ultrazvukových vĺn môžete zachytiť ich odrazy od dna alebo niektorých iných predmetov. Na základe času oneskorenia odrazenej vlny je možné posúdiť vzdialenosť k prekážke. Používa sa v tomto prípade echoloty A sonary umožňujú merať hĺbku mora (obr. 57), riešiť rôzne navigačné problémy (plávanie v blízkosti skál, útesov atď.), vykonávať rybársky prieskum (zisťovať húfy rýb) a tiež riešiť vojenské problémy (hľadanie nepriateľa ponorky, torpédové útoky bez periskopov atď.). 
V priemysle sa odraz ultrazvuku od trhlín v kovových odliatkoch používa na posúdenie defektov vo výrobkoch.
Ultrazvuky rozdrvujú tekuté a pevné látky, pričom vznikajú rôzne emulzie a suspenzie.
Pomocou ultrazvuku je možné spájkovať hliníkové výrobky, čo nie je možné vykonať inými metódami (pretože na povrchu hliníka je vždy hustá vrstva oxidového filmu). Špička ultrazvukovej spájkovačky sa nielen zahrieva, ale aj vibruje s frekvenciou asi 20 kHz, čím sa zničí oxidový film na hliníku.
Premena ultrazvuku na elektrické vibrácie a potom na svetlo umožňuje zvukové videnie. Pomocou zvukového videnia môžete vidieť predmety vo vode, ktorá je pre svetlo nepriepustná.
V medicíne sa ultrazvuk používa na zváranie zlomených kostí, detekciu nádorov, vykonávanie diagnostických testov v pôrodníctve atď. Biologický účinok ultrazvuku (vedúci k smrti mikróbov) umožňuje jeho použitie na sterilizáciu mlieka, liečivých látok, atď. a lekárske nástroje.
1. Čo je infrazvuk? 2. Uveďte príklady zdrojov infrazvukových vĺn. 3. Čo vysvetľuje fyziologický účinok infrazvuku na človeka? 4. Čo je ultrazvuk? 5. Uveďte príklady využitia ultrazvukových vĺn predstaviteľmi živočíšneho sveta. 6. Kde a na čo sa využívajú infra- a ultrazvuky?
Zaslané čitateľmi z internetových stránok
základy fyziky, hodiny fyziky, fyzikálny program, abstrakty z fyziky, učebnice fyziky, fyzika v škole, testy z fyziky, osnovy fyziky
Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok, metodické odporúčania, diskusný program Integrované lekcieUltrazvuk je mechanické kmitanie elastického média s frekvenciou presahujúcou hornú hranicu počuteľnosti - 20 kHz.
Ultrazvuk, podobne ako hluk, možno charakterizovať hladinou akustického tlaku dB alebo intenzitou W/m2.
Ultrazvuk má na telo hlavne lokálny účinok, pretože sa prenáša priamym kontaktom s ultrazvukovým prístrojom, obrobkami alebo prostredím, kde sú excitované ultrazvukové vibrácie (kontaktný ultrazvuk).
dlhodobé systematické vystavenie ultrazvuku,
šíriace sa vzduchom (vzdušný ultrazvuk), príčiny
zmeny v nervovom, kardiovaskulárnom a endokrinnom systéme, sluchovom a
vestibulárne analyzátory. Stupeň vplyvu závisí od intenzity a trvania vystavenia ultrazvuku a je posilnený prítomnosťou vysokofrekvenčného šumu v spektre, ktorý môže viesť k strate sluchu.
Povaha zmien, ktoré sa vyskytujú v tele pod vplyvom ultrazvuku, závisí od dávky expozície.
Malé dávky - hladina zvuku 80 - 90 dB - poskytujú stimulačný účinok - mikromasáž, zrýchlenie metabolických procesov. Veľké dávky - hladina zvuku - viac ako 120 dB - majú škodlivý účinok.
Základom predchádzania nepriaznivým účinkom ultrazvuku na pracovníkov je hygienická regulácia.
Predpisy:
GOST 12.1.01-89 SSBT. Ultrazvuk. Všeobecné bezpečnostné požiadavky;
SanPiN 2.2.4/2.1.8.582-96. Hygienické požiadavky pri práci so zdrojmi vzduchu a kontaktným ultrazvukom pre priemyselné, lekárske a domáce účely.
Tieto regulačné dokumenty obmedzujú hladiny akustického tlaku vo vysokofrekvenčnej oblasti počuteľných zvukov a ultrazvukov na pracovisku: (od 80 do 110 dB pri geometrických stredných frekvenciách tretinových oktávových pásiem od 12,5 do 100 kHz)
Opatrenia na predchádzanie nepriaznivým účinkom ultrazvuku na organizmus operátorov technologických zariadení, personál liečebných a diagnostických miestností:
Vytvorenie automatizovaného ultrazvukového zariadenia s diaľkovým ovládaním;
Používanie zariadení s nízkou spotrebou energie, kedykoľvek je to možné, čo pomáha znižovať intenzitu hluku a ultrazvuku na pracovisku;
Umiestňovanie zariadení do zvukotesných miestností alebo miestností s diaľkovým ovládaním;
Zariadenia pre zvukotesné zariadenia: plášte, clony z oceľového plechu alebo duralu, potiahnuté gumou, protihlukovým tmelom a inými materiálmi;
Pri navrhovaní ultrazvukových inštalácií sa odporúča použiť prevádzkové frekvencie, ktoré sú najviac vzdialené od počuteľného rozsahu, nie nižšie ako 22 kHz.
Aby sa eliminovalo vystavenie ultrazvuku pri kontakte s tekutými a pevnými médiami, je potrebné nainštalovať systém na automatické vypínanie ultrazvukových meničov počas operácií, počas ktorých je možný kontakt (napríklad nakladanie a vykladanie materiálov).
Ak z výrobných dôvodov nie je možné znížiť úroveň intenzity hluku a ultrazvuku na prijateľné hodnoty, je potrebné použiť osobné ochranné prostriedky- ochrana proti hluku, gumené rukavice s bavlnenou podšívkou, špeciálne pracovné nástroje s rukoväťou izolujúcou vibrácie.
Infrazvuk- oblasť vibrácií, ktorá je pre ľudí nepočuteľná. Typicky sa horná hranica infrazvukovej oblasti považuje za 16-25 Hz. Dolná hranica infrazvuku nebola stanovená.
Zdrojom infrazvuku je hrom, výstrely a zemetrasenia. Infrazvuk sa vyznačuje nízkou absorpciou. Preto sa infrazvukové vlny vo vzduchu, vode a v zemskej kôre môžu šíriť na veľmi veľké vzdialenosti. Táto vlastnosť infrazvuku sa využíva ako predzvesť prírodných katastrof a na štúdium vlastností atmosféry a vodného prostredia.
Priemyselný infrazvuk vzniká v dôsledku rovnakých procesov ako hluk pri počuteľných frekvenciách. Najväčšiu intenzitu infrazvukových vibrácií vytvárajú stroje a mechanizmy, ktoré vykonávajú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie (infrazvuk mechanického pôvodu) alebo turbulentné prúdenie plynov a kvapalín (infrazvuk aerodynamického alebo hydrodynamického pôvodu)
Štúdie biologických účinkov infrazvuku na telo ukázali, že pri úrovniach od 110 do 150 dB a viac môže spôsobiť nepríjemné subjektívne pocity a početné reaktívne zmeny v centrálnom nervovom, kardiovaskulárnom a dýchacom systéme a vestibulárnom analyzátore. Existujú dôkazy, že infrazvuk spôsobuje stratu sluchu predovšetkým pri nízkych a stredných frekvenciách.
Na základe charakteru spektra sa infrazvuk delí na širokopásmové a harmonické. Harmonický charakter spektra je v oktávových frekvenčných pásmach stanovený prevýšením úrovne v jednom pásme nad susednými aspoň o 10 dB. Podľa časových charakteristík sa infrazvuk delí na konštantné a nestály.
Normalizované charakteristiky infrazvuku na pracoviskách podľa SN 2.2.4/2.1.8.583-96 „Infrazvuk na pracoviskách, v obytných a verejných priestoroch a v obytných priestoroch“ sú hladiny akustického tlaku v decibeloch v oktávových pásmach s geometrickými strednými frekvenciami 2,4. 8,16 Hz.
Prijateľné hladiny akustického tlaku sú 105 dB v oktávach
pásmach 2, 4, 8, 16 Hz a 102 dB v oktávovom pásme 31,5 Hz. V tomto prípade by celková hladina akustického tlaku nemala presiahnuť 110 dB. Pre nekonštantný infrazvuk je normalizovanou charakteristikou celková hladina akustického tlaku.
Najúčinnejší a prakticky jediný prostriedok boja
infrazvuk je jeho redukcia pri zdroji. Pri výbere dizajnu by sa mali uprednostňovať malé stroje s vysokou tuhosťou,
keďže v konštrukciách s plochými povrchmi veľkých plôch a malých
tuhosť vytvára podmienky pre vznik infrazvuku. Znížte infrazvuk
zdroj výskytu je možné dosiahnuť zmenou prevádzkového režimu
technologické vybavenie. Je potrebné prijať opatrenia na zníženie
intenzita aerodynamických procesov - obmedzenie rýchlosti pohybu
doprava, zníženie prietokov kvapalín (letectvo a rakety
motory, spaľovacie motory, tepelné parné výfukové systémy
elektrárne a pod.)
V boji proti infrazvuku pozdĺž ciest šírenia majú určitý účinok rušičky typu rušenia, zvyčajne v prítomnosti diskrétnych zložiek v infrazvukovom spektre.
Ako osobné ochranné prostriedky sa odporúča používať slúchadlá a štuple do uší, ktoré chránia ucho pred nepriaznivými účinkami sprievodného hluku.
Organizačné preventívne opatrenia by mali zahŕňať dodržiavanie rozvrhu práce a odpočinku a zákaz práce nadčas. Pri kontakte s ultrazvukom viac ako 50 % pracovného času sa odporúčajú prestávky 15 minút každých 1,5 hodiny práce. Významný účinok sa dosahuje komplexom fyzioterapeutických procedúr - masáž, UV ožarovanie, vodné procedúry, vitaminizácia atď.
Infrazvuk je nízkofrekvenčné zvukové vlny, ktoré ľudia nepočujú. Keďže ľudský sluch dokáže vnímať zvuky vo frekvenciách od 16 do 20 tisíc, za hornú úroveň infrazvukových frekvencií sa považuje 16 Hz. Najnižšia úroveň tohto rozsahu sa nachádza na 0,001 Hz. V praxi sú však zaujímavé oscilácie desatiny alebo stotiny hertzov.
Infrazvukové vlny predstavujú nízkofrekvenčné mechanické vibrácie menšie ako 16 Hz. Jeho zdrojom môžu byť prírodné objekty v podobe výbojov blesku či zemetrasenia, ale aj umelé objekty v podobe obrábacích strojov, áut, výbuchov či špeciálnych zariadení. Vlny môžu sprevádzať hluk aj pri prevádzke dopravných a priemyselných zariadení. Typickým príkladom takýchto nízkofrekvenčných oscilácií sú vibrácie.
Keďže infrazvukové vibrácie sú slabo absorbované rôznymi médiami, môžu prejsť na veľmi veľké vzdialenosti po povrchu zeme, vody a vzduchu. Vďaka tejto vlastnosti je možné určiť miesto epicentra zemetrasenia, silného výbuchu, či strieľajúceho dela. Keďže vibrácie v oceáne sa šíria na veľké vzdialenosti, záznamové zariadenie môže za určitý čas získať údaje o výskyte prírodnej katastrofy, napríklad cunami.
Povaha výskytu infrazvukových vibrácií je podobná počuteľnému zvuku, v dôsledku čoho sa vyznačujú rovnakými fyzikálnymi princípmi ako bežný zvuk. Infrazvuk má pomerne dlhú vlnovú dĺžku, v dôsledku čoho vykazujú výraznú difrakciu. Vo všeobecnosti je dosah dôležitou vlastnosťou ultra nízkeho zvuku. Vďaka svojej odrazivosti a dosahu sú infrazvukové vlny široko používané v širokej škále oblastí vedy a techniky.
Infrazvuk dokáže vytvoriť akékoľvek teleso, ktoré má určitý kmitavý pohyb. Keďže frekvencia prirodzených vibrácií klesá s rastúcou veľkosťou objektu, vo väčšine prípadov sa pri vibráciách alebo rýchlych pohyboch objavujú infrazvukové vlny. Napríklad doma môžu byť spôsobené nárazom do napnutej látky alebo prudkým zatvorením dverí atď. Zdrojom takýchto výkyvov môžu byť aj prírodné javy: búrky, zemetrasenia a pod.
Generátory kontinuálnych vĺn sú zariadenia, ktoré pripomínajú píšťalky. Ak má potrubie uzavretý koniec, potom vlnová dĺžka zodpovedá 1/4 stojatej vlny. Keďže vlnová dĺžka je dlhá, mala by sa vziať veľká trubica. Pomocou píšťaliek môžete získať veľmi významnú silu. Napríklad infrazvuková „píšťalka“, ktorú vytvoril francúzsky vedec Gavreau, mala najvyšší výkon 2 kW a priemer 1,5 m. Pri použití sa objavili vlny, ktoré viedli k vzniku trhlín na stenách. Ak by bol zapnutý na plný výkon, vlny by mohli zničiť celú budovu.
Infrazvukové vlny prenikajú miestnosťami oveľa lepšie ako zvukové vlny. Okrem toho majú nepriaznivý vplyv na človeka. Pri dlhšej expozícii ľudia pociťujú podráždenie, bolesti hlavy a únavu. Vplyv vĺn na človeka sa vysvetľuje ich rezonančnou povahou. Keď sa frekvencie kmitov tela priblížia frekvenciám vonkajšej infrazvukovej vlny, pozoruje sa rezonančný efekt.
Ak človek leží, tak jeho telesná frekvencia je 4 Hz, v stoji sa pohybuje od 5 do 12 Hz. Navyše, každý ľudský orgán má svoju vlastnú vibračnú frekvenciu. Pre brušnú dutinu je frekvencia 3-4 Hz, pre hrudník - v rozmedzí 6-8 Hz atď. Keď sa vlny zhodujú s týmito frekvenciami, dochádza k rezonancii, ktorá spôsobuje nepríjemné pocity a v niektorých prípadoch vedie k veľmi vážnym následkom. To je dôvod, prečo priemysel, doprava a domácnosti podnikajú kroky na zníženie ich vystavenia infrazvukovým vibráciám.
Keď dôjde k rezonancii, človeku sa zdá, že jeho vnútorné orgány začnú vibrovať. Infrazvuk určitej frekvencie môže dokonca spôsobiť poruchy mozgu, viesť k slepote a dokonca spôsobiť smrť. Na rovnakom princípe ovplyvňujú infrazvukové vlny iné objekty. Z histórie je napríklad známy prípad, keď oddiel vojakov pochodoval po kamennom moste a značil si kroky. V dôsledku toho vznikli oscilácie, ktoré sa zhodovali s vnútornou frekvenciou mosta. Došlo k rezonancii, ktorá viedla k zničeniu mosta.
Infrazvuk nie je len nežiaducim a nebezpečným javom, často sa využíva aj na užitočné účely. Infrazvukové vibrácie sa teda využívajú na štúdium oceánov a atmosféry vrátane hľadania miest, kde dochádza k výbuchom alebo sopečným erupciám. Používajú sa na predpovedanie cunami a monitorovanie podzemných jadrových výbuchov. Na záznam infrazvukových vĺn sa používajú geofóny, hydrofóny alebo mikrofóny.
Dnes sa infrazvukové vlny pomaly, ale úspešne využívajú na medicínske účely. Používajú sa najmä na odstraňovanie nádorov pri liečbe rakoviny, liečbe ochorení rohovky, ako aj v rade iných oblastí. U nás boli infrazvukové vibrácie prvýkrát použité na ošetrenie rohovky v detskej klinickej nemocnici. Na tento účel bola vytvorená a použitá infrazvuková fonoforéza.
V súčasnosti sa vyvíjajú rôzne fyzioterapeutické technológie, ktoré využívajú infrazvukové vlny. Takúto liečbu však používajú len určití odborníci a úzko. Pri liečbe rakoviny sa používajú len určité typy prístrojov, ktoré fungujú na základe infrazvukových vibrácií. Majú veľkú perspektívu, avšak vývoj takýchto metód zastavuje škodlivé účinky infrazvukových vĺn na živý organizmus. Tieto problémy však treba v budúcnosti vyriešiť.
Dnes americkí, ruskí a iní zahraniční špecialisti vyvíjajú infrazvukové zbrane. Každá krajina chce v tejto veci uspieť, pretože jej to umožní získať lacný, ale účinný prostriedok nápravy, ktorý bude môcť tajne pôsobiť na mnohých ľudí. V závislosti od frekvencie použitej na bojisku spôsobí infrazvuk nepriateľa paniku, spôsobí šialenstvo, strach, zlé zdravie a smrť. Majiteľovi takejto zbrane bude stačiť namieriť ju smerom k vojakom, aby utiekli.
Proti davom sa už používajú infrazvukové zbrane. Podobné zbrane boli použité v Gruzínsku proti demonštrantom. Ľudia pod vplyvom vĺn cítili neuveriteľný strach, chceli sa skryť. Zdalo sa im, že sa zbláznili a dokonca umierali. Niektorí ľudia stratili kontrolu a na chvíľu úplne zabudli, kto sú a čo sa okolo nich deje. Vtedy sa ľudia spamätali, no nechápali, ako sa ocitli na tom či onom mieste. Po týchto udalostiach mali mnohí ľudia pretrvávajúci strach z účasti na zhromaždeniach alebo akýchkoľvek iných masových podujatiach.
Hoci infrazvukové zbrane preukázali svoju hodnotu, dôsledky, ktoré môžu mať na ľudí, ešte neboli riadne preskúmané. Ďalším problémom je, že infrazvuk v mestskom prostredí sa láme a odráža a pôsobí opačným smerom. Fenomén rezonancie sa dá využiť aj pri obliehaní budovy, kde sa nachádzajú teroristi. Ale je tu aj dosť veľa „bielych“ miest.
Vynálezcovia však majú historický príklad úplne úspešného použitia infrazvukových zbraní. Takto Biblia opisuje incident, keď Židia zničili múry Jericha pomocou zvuku posvätných trúb. Pomocou tohto príkladu sa „Nemci“ pokúsili vytvoriť svoje vlastné infrazvukové zbrane na zničenie nepriateľských lietadiel. To však neviedlo k úspechu.
„Nemci“ sa pokúsili vykonať sabotáž proti Britom. Do Veľkej Británie poslali špeciálne gramoplatne, na ktoré boli nahraté melódie. Pri zapnutom nahrávaní mali záznamy vydávať infrazvuk. Neúspech však čakal aj tu nemeckú armádu.
Nemeckí vedci však svoju vynálezcovskú prácu nezastavili. Richard Wallauschek pokračoval vo vytvorení zariadenia, ktoré by mohlo viesť k smrti nepriateľa. V roku 1944 predviedol inštaláciu Schallkanone, ktorý pripomínal parabolický reflektor, vo vnútri ktorého sa nachádzal vstrekovač so zapaľovaním. Bol zásobovaný horľavou látkou a kyslíkom.
Keď sa zmes zapálila, zariadenie v určitých intervaloch vytváralo vlny požadovanej frekvencie. Výsledkom bolo, že ľudia, ktorí boli do 60 metrov od zariadenia. Padli mŕtvi a zomreli. Inštalácia ukázala účinnosť, ale to už bol koniec vojny, nedalo sa úplne otestovať a uviesť do výroby. Po porážke „Nemcov“ bola samotná inštalácia prevezená do Ameriky, rovnako ako mnoho iných typov akustických zbraní.
Dnes sa rozvinuli myšlienky „Nemcov“. Nie je to tak dávno, čo americká armáda demonštrovala zariadenie, ktoré generuje „akustické guľky“. Experti z Ruska tiež predviedli svoju inštaláciu, ktorá vytvára infrazvukové „akustické guľky“, ktoré zasiahnu nepriateľa stovky metrov ďaleko.
