Ультразвук и инфразвук: их применение в науке и технике
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Полоса частот, воспринимаемых нашим ухом (примерно от 20 герц до 16—20 килогерц), далеко не охватывает всего диапазона акустических колебаний. Выше этой полосы лежит область ультразвука, ниже — инфразвука. Первая из них достаточно широко известна и хорошо освоена.
Трудно рассказать обо всех применениях ультразвука. Получение однородных эмульсионных смесей при производстве лаков, красок, косметических изделий, лекарств; прочные гальванические покрытия; осаждение пыли в цехах; атомизация (распыление) топлива в нефтяных горелках; прорезание отверстий любой, самой невероятной формы в стекле и керамике; обнаружение дефектов в отливках и прокате; катализ химических реакций.
Кстати, о последнем. Есть гипотеза, что ультразвук несет всю полноту ответственности за возникновение жизни на Земле. Грохот бушующих волн Мирового океана, грохот, который тогда еще некому было слушать, сопровождался, как сопровождается и сейчас, ультразвуковым излучением и, следовательно, кавитацией («схлопывание» пузырьков, возникающих при прохождении ультразвуковой волны). А кавитация — это достоверно установлено — инициирует химические реакции, в частности разложение молекулы воды на водород и чрезвычайно активный радикал гидроксила. А далее следовала полимеризация — соединение осколков молекул в цепочки, и возникали первые гигантские органические молекулы, прародители живой материи. Эта гипотеза не может пока считаться доказанной, но она ничуть не хуже теории метеоритного или, скажем, вулканического происхождения жизни.
Ультразвук внедряется сейчас в самое сердце электронного царства — в микроэлектронику. В современных микроминиатюрных схемах электрический сигнал часто преобразуется в акустический (используются поверхностные ультразвуковые волны), с ним производятся нужные манипуляции, а затем он вновь преобразуется в электрический сигнал. Такие приборы — усилители, фильтры, делители частоты — могут быть размером с песчинку.
Нельзя, наконец, не упомянуть о применении ультразвука в медицине, где он диагностирует опухоли, обнаруживает смещения участков мозга при сильной травме, определяет размеры глаза и положение хрусталика, контролирует работу сердца при кардиохирургической операции, следит за развитием плода в утробе матери, заменяет скальпель, проникая в глубинные участки мозга…
Но всякое благо может обернуться и во вред человеку. Установлено, что ультразвук вызывает повреждения в молекулах ДНК и в хромосомах, то есть воздействует непосредственно на наследственный аппарат живого организма.
Еще более опасным оказался инфразвук, находящийся на противоположном краю акустических волн, в области частот ниже 20 герц. Под действием инфразвука люди ощущают резкую боль в ушах, испытывают тошноту, теряют работоспособность, у них нарушается вестибулярный аппарат, а по некоторым данным, происходит расстройство психики.
Инфразвук, как правило, является аккомпанементом обычного шума. Он рождается при работе авиационных и судовых двигателей, при движении автомобилей на высоких скоростях, в металлургических и прочих шумных цехах. Возникает инфразвук и в природе, сопровождая извержения вулканов, землетрясения, сильные штормы и смерчи. Вероятно, именно инфразвуковые волны предупреждают животных о надвигающейся опасности стихийного бедствия. Не исключено, что они, а не колебания давления и прочие метеорологические факторы вызывают недомогание у человека при резких колебаниях погоды. Здесь обширное поле для совместных исследований физиков, геофизиков, метеорологов, медиков, психологов…
Автор: Г. Чедд.