Физика без формул

Человек к ультразвуку ну совершенно глух. Однако многие животные свободно его воспринимают. Это, в том числе, так хорошо знакомые нам собаки. Но «лаять» ультразвуком собаки, увы, не могут. А вот летучие мыши и дельфины обладают удивительной способностью и испускать и принимать ультразвук.

Поль Ланжевен (1872–1946) — французский физик. Разработал методы получения ультразвуковых волн при помощи пьезокварца. Первым применил этот метод в подводной сигнализации и ультраакустическом эхолоте. Значительный вклад внес в теорию магнетизма, электродинамику. Активно участвовал в развитии квантовой механики и теории относительности.

Летучая мышь выглядит довольно неприятно. Не украшают ее и огромные, по сравнению с телом, уши. А необходимы они ей для улавливания звука, который она сама же издает. Несущийся с такой же, как и обычный звук, скоростью — более 300 метров в секунду, — ультразвук за мгновение успевает дойти до препятствия и вернуться, как эхо, обратно к мыши. Так она «прощупывает» этими сигналами пространство вокруг себя — словно прожектором светит в темноте и видит отраженный от предметов свет.

Разве не похожа «работа» летучей мыши на действие радиолокатора? Вопрос не праздный, ведь сегодня люди научились делать искусственную «летучую мышь».

Это эхолот, или ультразвуковой гидролокатор. Посылая с днища корабля сигналы в толщу воды, такой прибор может «прощупать» морское или океанское дно. Все неровности будут замечены, и отраженный сигнал сообщит о них приемнику на корабле.

Ультразвуковую информацию непрерывно преобразуют. И она предстает в виде линии на бумажной ленте, вычерчивающей контур дна прямо в капитанской рубке.

Как говорят дельфины?

Можно ли говорить под водой? Нам, конечно, это не удастся — мы не привыкли к тому, что рот и нос заполнены водой. Дышать-то невозможно. А вот дельфины вполне могут обмениваться между собой сигналами, несущими необходимую им информацию. При этом они используют как обычный, так и ультразвук.

Дело в том, что для обнаружения препятствия нужны высокочастотные колебания. Они хорошо отражаются от различных предметов и возвращаются к приемнику. Так, летучая мышь, испуская ультразвук с частотой 30 000 герц, создает колебания с очень маленькой, короче сантиметра, длиной волны. Для такого звука уже и мошка будет заметным препятствием и отразит сигнал. Обычные же, «слышимые» волны имеют длину около одного метра. Такая волна мошки «не заметит» и распространится дальше.

Вот и дельфины для связи между собой пользуются низкочастотными или длинноволновыми звуками. Те, легко огибая препятствия, могут разойтись довольно далеко и быть услышаны. А для определения расстояний, например, до прибрежной скалы, стаи рыб или сородича, дельфин испускает высокочастотный ультразвук и действует в этом случае как гидролокатор.

Особенность ультразвука заключается еще и в том, что его легче, чем обычный звук, сфокусировать. Вы, может быть, замечали, как усиливается звук, когда пользуются рупором. Так и ультразвук можно сделать мощнее, если «собирать» его в узкий лучик, как свет от прожектора или карманного фонарика.

Ультразвуки — мастера на все руки

Где пригодился человеку ультразвук? Возможность его «сгущения», концентрации позволяет достичь такой мощности, что он сможет проделать отверстие даже в металле. Это так называемое ультразвуковое сверло. Вызывая в различных предметах высокочастотную вибрацию, он может очистить их от загрязнений. Ультразвук способен даже «соскоблить» ржавчину с металла или тонким и ровным слоем, лучше любой кисти, нанести на поверхность краску.

Попробуйте смешать две жидкости, которые не смачивают друг друга, например, масло с водой. Можно, разумеется, встряхивать сосуд с ними руками. Так готовят в шейкере коктейли — вы, наверное, видели, как это делают бармены. Ну, миксер можно включить. Но ничто не выполнит эту задачу лучше, чем ультразвук. Он быстро раздробит жидкости на мельчайшие капельки и перемешает их.

Ультразвук, как выяснилось, обрабатывая растворы, уничтожает в них микробов. Не могут они, бедные, вынести таких вибраций. Это хорошая подмога медикам — дезинфицировать воду без каких-либо химических добавок и без кипячения.

Нашел свое место ультразвук в терапии и диагностике. Отличных результатов добиваются, применяя ультразвуковой массаж. Не столь давно у врачей появилось мощное средство исследования внутренних органов — УЗИ. Подбирая частоту излучателя, направляя его с разных сторон на наш организм, можно будто высветить и разглядеть почки, печень, желчный пузырь и другие органы, «не залезая» внутрь. Эти ультразвуковые картины стали сейчас не меньшими помощниками врачей, чем рентгеновские снимки.