Страница 4 из 14
Рис. 9. В полной темноте летучая мышь ориентируется совершенно свободно, она обнаруживает на своем пути даже очень маленькие препятствия.
Для объяснения этой удивительной способности летучей мыши были проведены специальные опыты. Было замечено, что если на пути летучей мыши попадались мягкие предметы (ковер, бархатные шторы и т. п.), то она наталкивалась на них, потому что мягкие предметы, поглощая ультразвуковые импульсы, слабо отражают их. Поэтому летучая мышь «не видела» этих предметов и натыкалась на них.
Опыты продолжали. Поочередно лишали летучую мышь зрения, обоняния, осязания, вкуса и слуха. И что же выяснилось? Оказывается, лишенная зрения летучая мышь продолжала свободно ориентироваться среди предметов. При лишении обоняния, осязания и вкуса ничего не изменилось. Но когда мышь лишили слуха, она стала совершенно беспомощной и ничего «не видела».
Для большей убедительности проделали еще один опыт. Летучая мышь издает звуки ртом. А что если лишить ее голоса или закрыть рот? Исследования показали, что это равноценно тому, что лишить летучую мышь слуха.
Итак, загадка летучих мышей была раскрыта, проводимые исследования навели на мысль применить ультразвук для пользы человека.
Так, например, были созданы специальные ультразвуковые излучатели, которые устанавливались у водоемов пресной воды. Это было сделано для отпугивания чаек, которые загрязняли водоемы. Ультразвуковые колебания являлись как бы бдительными сторожами, не допускающими чаек к водоему.
Много интересного об ультразвуке можно узнать, изучая некоторых животных. Морская свинка, сова, серая мышь, барсук воспринимают ультразвуковые колебания с частотой до 100 000 герц. А белые мыши не только подают и воспринимают, но и «разговаривают» между собой ультразвуковыми сигналами.
Морские млекопитающие — киты и дельфины — обладают чрезмерно хорошим слухом. Дельфины издают и воспринимают звуки в широком диапазоне с частотой от 150 до 150 000 герц, а киты до 30 000 герц. Эти животные переговариваются между собой, а дельфины очень болтливы и даже имеют свой «словарь».
Многочисленные наблюдения показали, что дельфины используют звук не только для переговоров, но, как и летучие мыши, для обнаружения рыб и препятствий (рис. 10).
Рис. 10. Морские животные и рыбы пользуются ультразвуком.
Недавно изобрели любопытный прибор для борьбы с мышами и крысами. Стало известно, что кошка издает ультразвуки, которые хорошо слышат мыши и крысы, но не слышат люди. Если прибор, издающий «кошачьи» звуки, установить в квартире, то мыши и крысы в панике разбегаются в разные стороны.
Неслышимые звуки действуют на организмы
Многочисленные опыты показали, что ультразвук не только оказывает действие на органы слуха, но, например, действует на простейшие живые существа губительно. Так, например, инфузории погибают, если в воде установить источник ультразвука. Уничтожаются ультразвуком многие микроорганизмы, даже такие стойкие, как туберкулезные палочки. Вирусы гриппа под действием ультразвука в течение одного часа понижают свою активность в тысячи раз.
Ультразвук действует и на более сложные организмы. Поместите в аквариум мощный источник ультразвука и вы заметите, что рыбки становятся малоподвижными, а через некоторое время вообще теряют способность двигаться, переворачиваются вверх брюшками и всплывают на поверхность (рис. 11).
Рис. 11. Рыбы проявляют большое беспокойство под действием ультразвука.
Но стоит только убрать источник ультразвука, как рыбки становятся подвижными, как и до начала опыта. Если же увеличить мощность ультразвука, то рыбки погибнут.
Человек, попавший в зону сильного ультразвукового излучения, теряет равновесие и ощущает неприятную тошноту. Если поднести руку к источнику ультразвука, то чувствуется постепенное согревание тела, а через некоторое время кисть руки нагревается настолько, что невозможно терпеть. При малой мощности ультразвук может благоприятно действовать на организм человека. В настоящее время при лечений некоторых заболеваний ультразвук применяется как лечебное средство.
Совсем недавно ученые научно обосновали давно известное явление. Многие больные ревматизмом предсказывают плохую погоду, ссылаясь на боль в суставах.
Ученые провели ряд наблюдений за больными на берегу Черного моря и сделали вывод, что при надвигающемся шторме или урагане издалека приходят инфразвуковые волны, которые и действуют на больного человека.
Эти волны воспринимаются и некоторыми животными. Медузы, например, перед штормом устремляются дальше от берега в открытое море, а ракообразные живые организмы прячутся в песок подальше от воды, чтобы не погибнуть от ударов волн.
Чем создать ультразвук?
Для того чтобы ультразвук стал помощником человека, нужно прежде всего знать, как его создать искусственно.
Замечено, что кристаллы кварца и сегнетовой соли обладают удивительным свойством. Если пластинку, вырезанную из кристалла кварца, сжимать и разжимать, то на ее гранях возникнут электрические заряды, противоположные по знаку (рис. 12).
Рис. 12. Если пластину кварца сжимать и разжимать, то на ее гранях возникнут электрические заряды.
Чем сильнее сжимать пластинку, тем больший заряд возникает на ее гранях. И наоборот, если к этой пластинке подвести напряжение, то она изменит свой размер. Чем больше напряжение, тем больше изменится размер.
При изменении знака приложенного напряжения кварцевая пластинка будет то сжиматься, то разжиматься, иными словами, она будет колебаться в такт с изменением знаков приложенного напряжения. Чем чаще будут изменяться знаки подводимого напряжения, тем быстрее будет колебаться пластинка.
Возникновение электрических зарядов на гранях кварцевой пластинки при механическом воздействии получило название прямого пьезоэлектрического эффекта (рис. 13, а), а изменение размеров пластинки под действием электрических зарядов — обратного пьезоэлектрического эффекта (рис. 13, б).
Рис. 13. Пьезоэлектрический эффект: а — прямой; б — обратный.
Это замечательное свойство кристаллов кварца и сегнетовой соли легло в основу создания источника ультразвуковых колебаний. В чем же физический смысл пьезоэлектричества? В основе пьезоэлектричества лежит явление поляризации диэлектриков, в результате которого под действием электрического поля внутри вещества возникают электрические диполи.
Электрические диполи представляют собой частицы вещества с двумя разноименными зарядами, находящимися один от другого на некотором расстоянии. Электрический диполь можно сравнить с маленьким заряженным конденсатором с разноименными полюсами.
Существуют естественные диэлектрики, которые имеют дипольную структуру и без электрического поля, к ним относятся пьезокристаллы.
В природе кварцы встречаются небольших размеров. Излучатель, сделанный из маленькой кварцевой пластинки, имеет небольшую мощность, в то время как нам необходим мощный источник ультразвука.
Ланжевен предложил маленькие пластинки кварца составлять в виде мозаики (рис. 14), чтобы увеличить площадь излучателя.