Ультразвук та інфразвук: їх застосування в науці і техніці

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Смуга частот, які сприймаються нашим вухом (приблизно від 20 герц до 16-20 кілогерц), далеко не охоплює всього діапазону акустичних коливань. Вище цієї смуги лежить область ультразвуку, нижче – інфразвуку. Перша з них досить широко відома і добре освоєна.

Важко розповісти про всі застосуваннях ультразвуку. Отримання однорідних емульсійних сумішей при виробництві лаків, фарб, косметичних виробів, ліків; міцні гальванічні покриття; осадження пилу в цехах; атомізація (розпорошення) палива в нафтових пальниках; прорізання отворів будь-якої, найнеймовірнішої форми в склі та кераміці; виявлення дефектів у виливках і прокаті; каталіз хімічних реакцій.

До речі, про останнє. Є гіпотеза, що ультразвук несе всю повноту відповідальності за виникнення життя на Землі. Гуркіт бурхливих хвиль Світового океану, гуркіт, який тоді ще не було кому слухати, супроводжувався, як супроводжується і зараз, ультразвуковим випромінюванням і, отже, кавітацією («схлопування» бульбашок, що виникають при проходженні ультразвукової хвилі). А кавітація – це достовірно встановлено – ініціює хімічні реакції, зокрема розкладання молекули води на водень і надзвичайно активний радикал гідроксилу. А далі йшла полімеризація – з’єднання осколків молекул в ланцюжки, і виникали перші гігантські органічні молекули, прабатьки живої матерії. Ця гіпотеза не може поки вважатися доведеною, але вона нітрохи не гірше теорії метеоритного або, скажімо, вулканічного походження життя.

Ультразвук впроваджується зараз в саме серце електронного царства – в мікроелектроніку. В сучасних мікромініатюрних схемах електричний сигнал часто перетворюється в акустичний (використовуються поверхневі ультразвукові хвилі), з ним проводяться потрібні маніпуляції, а потім він знову перетвориться в електричний сигнал. Такі прилади – підсилювачі, фільтри, подільники частоти – можуть бути розміром з піщинку.

Не можна, нарешті, не згадати про застосування ультразвуку в медицині, де він діагностує пухлини, виявляє зміщення ділянок мозку при сильній травмі, визначає розміри ока і положення кришталика, контролює роботу серця при кардіохірургічній операції, стежить за розвитком плоду в утробі матері, замінює скальпель, проникаючи в глибинні ділянки мозку…

Але будь-яке благо може обернутися і на шкоду людині. Встановлено, що ультразвук викликає ушкодження в молекулах ДНК і в хромосомах, тобто впливає безпосередньо на спадковий апарат живого організму.

Ще більш небезпечним виявився інфразвук, що знаходиться на протилежному краю акустичних хвиль, в області частот нижче 20 герц. Під дією інфразвуку люди відчувають різкий біль у вухах, відчувають нудоту, втрачають працездатність, у них порушується вестибулярний апарат, а за деякими даними, відбувається розлад психіки.

Інфразвук, як правило, є акомпанементом звичайного шуму. Він народжується при роботі авіаційних і суднових двигунів, при русі автомобілів на високих швидкостях, в металургійних та інших гучних цехах. Виникає інфразвук і в природі, супроводжуючи виверження вулканів, землетруси, сильні шторми і смерчі. Ймовірно, саме інфразвукові хвилі попереджають тварин про небезпеку стихійного лиха, що насувається. Не виключено, що вони, а не коливання тиску та інші метеорологічні чинники викликають нездужання у людини при різких коливаннях погоди. Тут велике поле для спільних досліджень фізиків, геофізиків, метеорологів, медиків, психологів…

Автор: Г. Чедді.