Infrazvuk a Ultrazvuk

1. Infrazvuk a Ultrazvuk Denisa Nováková , Sexta A

2. Aby sme si mohli vysvetliť čo to infrazvuk a ultrazvuk je musíme si povedať niečo o tom čo to je zvuk. • Zvuk je každé mechanické vlnenie ktoré vyvoláva v sluchovom orgáne zvukový vnem. Najjednoduchším zdrojom zvuku sú sirény. Zo zdroja zvuku sa zvukove vlnenie šíri do okolitého prostredia. V kvapalinách a plynoch sa zvuk šíri ako postupné pozdĺžne vlnenie, v pevných látkach ako postupné vlnenie pozdĺžne aj priečne.

3. Nevyhnutnou podmienkou šírenia zvuku je pružné prostredie. • V nepružnom prostredí vlna, korok, plsť... sa zvuk zle šíri. Takéto látky používame ako zvukové izolanty. Zvukové vlnenie možno charakterizovať výškou, farbou, intenzitou a hlasitosťou. Výšku jednoduchého tónu udáva jeho frekvencia. Čím vyššia je frekvencia chvenia zdroja zvuku, tým má zvuk väčšiu výšku. Počuteľné zvukové vlnenie má frekvenciu od 16Hz do 20 000 Hz. Pre nás je momentálne najzaujímavejšia frekvencia vlnenia zvuku. Zvuk nižšej frekvencie akú je naše ucho schopné zachytiť sa nazýva infrazvuk.Mechanické vlnenie frekvencie vyššej ako 20kHz sa nazýva ultrazvuk.

4. Zdroj zvukového vlnenia sa nazýva zdroj zvuku a prostredie, v ktorom sa vlnenie šíri je vodičom zvuku.Vodič zvuku, obvykle je to vzduch, je sprostredkovateľom spojenie medzi zdrojom zvuku a prijímačom, ktorý nazývame aj detektor. To je obvykle ucho alebo technické zariadenia (mikrofón). Podľa schopnosti látky viesť, prípadne pohlcovať, zvuk hovoríme o dobrých a zlých vodičoch zvuku. Zdrojom zvuku je kmitajúce teleso. Tieto telesá delíme na: • telesá s vlastným kmitaním • telesá s vynúteným kmitaním (reproduktor, hlasivky a pod.)

5. O vlnení v okolí zdroja zvuku, ale nerozhoduje len jeho chvenie ale aj okolnosti, či je tento predmet dobrým, alebo zlým žiaričom zvuku. Tato vlastnosť závisí od geometrického tvaru. Struna napnutá medzi dvomi pevnými bodmi telesa s veľkou hmotnosťou nie je dobrým žiaričom zvuku, pretože pri chvení struny vzniká pretlak v smere jej pohybu a súčasne na opačnej strane podtlak. • Tím sa najbližšie okolie struny stáva druhotným zdrojom dvoch vlnení, ktoré sa šíria na všetky strany prakticky s opačnou fázou, pretože priečne rozmery struny sú vzhľadom na vlnovú dĺžku zvukového vlnenia vždy veľmi malé, a tieto dve vlnenia sa interferenciou rušia.

6. Zvuky, ako ich vníma človek, môžeme rozdeliť na: • • hudobné (tóny) • • nehudobné (hluk) • Tóny- vznikajú pri pravidelnom v čase periodicky prebiehajúcom kmitaní. Pri jeho počúvaní vzniká v uchu vnem zvuku určitej výšky, preto sa tóny využívajú v hudbe. Zdrojom hudobných zvukov môžu byt napríklad ľudské hlasivky, rôzne hudobné nástroje. • Hluky - vznikajú pri nepravidelnom vlnení, ako zložité nepravidelné kmitanie telesa, alebo krátke nepravidelné rozruchy (zrážka dvoch telies, výstrel, preskočenie elektrickej iskry a pod.) tiež sú využívané v hudbe, lebo k nim môžeme priradiť aj zvuky rôznych hudobných nástrojov, predovšetkým bicích.

7. Hladina intenzity zvuku sa meria v decibeloch (dB), čo je v podstate len desatina skutočnej fyzikálnej veličiny, ktorou je bel (B). Začiatkom stupnice je 0 dB. To je prah počuteľnosti pre tón o frekvencii 1000 Hz. Úplná nula však neexistuje. • Ucho a mozog si vytvárajú vlastný šum a tak reagujú aj na najmenšie zmeny akustického tlaku. Zvuky presahujúce intenzitu 130 dB sú už pre človeka „bolestivé“ a môžu poškodiť sluch. • Zvukové spektrum je rozdelené na niekoľko frekvenčných pásiem, pričom hranice nie sú pevne dané.

8. Nízke tóny nazývané aj basové sú: zvuky hromu a výstrelov, údery na bubon, atď. Ich frekvencie je 16 Hz – 3kHz. • Stredné tóny sú : reč, ruchy ulice, atď. Ich frekvencie je 300 Hz – 11 kHz. • Medzi vysoké tónypatrí aj zvuk píšťaly. Frekvencie týchto tónov je 11 kHz až 20 kHz.

9. Špecifickým druhom zvuku je ozvena. • Tá je spôsobená odrazom zvuku od pevnej prekážky. • Ak zvuk, ktorý sa šíri vzduchom narazí na prekážku, prekážka ho z časti pohltí. Časť sa ale odrazí a šíri sa vzduchom späť. Pri malej prekážke sa zvuk šíri aj za ňu a tým nastáva ohyb. • Naše ucho je schopné rozoznať dva po sebe nasledujúce zvukové signály, ak medzi nimi uplynie doba najmenej 0,1 sekundy. Po tomto časovom období už oba zvuky splynú. Ak chceme počuť úplnú ozvenu nášho hlasu, musíme byť od odrážajúcej steny aspoň tak ďaleko, aby zvuk prešiel dráhu k stene a späť za 0,1 sekundu. Teda naša vzdialenosť od steny musí byť aspoň 17 metrov. Pri menších vzdialenostiach počujeme iba odrážaný zvuk, ktorý nazývame dozvuk. Je to len predĺženie pôvodného zvuku.

10. Náuka o zvuku sa nazýva akustika • je odbor zaoberajúci sa fyzikálnymi dejmi, ktoré sú spojené so vznikom zvukového vlnenia, jeho šírenia a vnímania zvuku sluchom. • dá sa rozdeliť do niekoľkých častí: • fyzikálna akustika - študuje spôsob vzniku a šírenia zvuku. Ďalej sa zaoberá jeho odrazom, pohlcovaním v rôznych materiáloch • hudobná akustika – skúma zvuky a jej kombinácie so zreteľom na potreby hudby • fyziologická akustika – zaoberá sa vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka a jeho vnímaním v uchu • stavebná akustika – skúma dobré a nenarušené podmienky počúvateľnosti hudby areči v obytných miestnostiach • elektroakustika – zaoberá sa záznamom, alebo reprodukciou a šírením zvuku s využitím elektrického prúdu

11. Infrazvuk • je zvuk s frekvenciou nižšou ako je ľudské ucho schopné vnímať, teda pod 16 či 20 Hz. • Takúto frekvenciu majú napr. seizmické vlny pri zemetrasení či nízkofrekvenčné vibrácie strojov. • Zvuk vo frekvenčnom rozsahu nad 20kHz ľudský sluch nevníma a ani ľudské telo negatívne neovplyvňuje. Z fyziologického hľadiska je neškodný. • Dlhotrvajúce pôsobenie infrazvuku na ľudský organizmus je škodlivé.

12. Pretože infrazvuk je druh akustickej energie, založený na šírení tlakových vĺn, z výskumu sa javí pravdepodobné, že pôsobí na orgány, ktoré sú v kontakte s atmosférou.

13. Infrazvuk predstavuje vážny rizikový faktor najmä pre človeka. Zvlášť nebezpečné sú infrazvuky (vibrácie) s frekvenciou 7 - 8 Hz, pri ktorých rezonujú tkanivá a mechanicky sa poškodzujú najmä bunky vo svaloch a v nervovom tkanive. • Hygienické normy obmedzujú, až zakazujú prácu mladistvých a žien v takomto prostredí. Na infrazvuk sú zvlášť citliví aj reumatici. Ďalšie účinky infrazvuku sa prejavujú ako pulzovanie v hlave a úplne znemožňujú akúkoľvek intelektuálnu prácu. Aj pri pomerne nízkych intenzitách vyvoláva u živých organizmov únavu, podráždenie, závrate, aj zvracanie. Spôsobuje závraty, pocity panického strachu a pri frekvencii 7 Hz dokonca smrť. • Teda infrazvuky s veľmi vysokou energiou môžu zabíjať ľudí i živočíchy na väčšie vzdialenosti.

14. Zdrojmi infrazvuku v prírode sú : zemetrasenia, erupcie vulkánov, víchrice, vetry búrky, vodopády, morský príboj. • Z technických prostriedkov sú to napríklad: motory lietadiel (dokážu vybudiť rezonancie priestorov medzi blokmi domov), najčastejšími zdrojmi infrazvuku sú točivé vibrujúce stroje, ktoré vyvolávajú rezonanciu miestnosti, hál, v ktorých sú umiestnené (napr. ventilátory, kompresory), turbíny, pohybujúce sa dopravné prostriedky, lietadlá, vykurovacie a klimatizačné zariadenia, priemyselné pracoviská a iné..

15. Zaujímavosti: • Ryby počujú len infrazvuk. O ich príjme a spracovaní zvuku toho veľa nevieme. V každom prípade, naše bežné zvuky nepočujú - ak sa vám to zdá - tak potom reagujú na vlnenie, ale náš rozhovor určite nepočujú. Kosatka vysiela infrazvuky ( biele čiary ) Červené čiary zobrazujú odraz infrazvuku, ktoré kosatka zachytáva v hlave a tak dokáže určiť polohu koristi.

16. Slony na dorozumievanie využívajú tóny s frekvenciou nižšou ako 16 Hz, tzv. infrazvuk, ktorý je takisto nepočuteľný pre ľudské ucho. • Trúbenie na lastúru sa aj v našich krajoch v stredoveku používalo k odvráteniu búrky. Trúbenie na lastúru skutočne vydáva nám nepočuteľný tón (infrazvuk), ktorý dokáže rozvibrovať jemné kvapky vody v mrakoch a tým spustiť dážď skôr ako zasiahne polia a zničí úrodu.

17. Ultrazvuk

18. je zvuk s frekvenciou vyššou ako je ľudské ucho schopné počuť, teda nad 20 kHz (20 000 Hz). Nad 109 kHz sa označuje aj ako hyperzvuk. • Získava sa generátormi využívajúcimi prúdenie vzduchu z trysiek vysokými rýchlosťami, alebo elektroakustickými meničmi využívajúcimi piezoelektrický alebo magnetostrikčný jav. • V praxi sa využíva vlastnosť ultrazvuku ohýbať sa a odrážať na materiálových prechodoch (teda tam, kde dochádza k zmene materiálu a teda aj ku zmene rýchlosti šírenia zvuku). Táto vlastnosť sa využíva napr. pri detekcii trhlín a hľadaní vnútorných dislokácií a porúch v materiáloch a technických výrobkoch nedeštruktívnym spôsobom tzv. defektoskopia.

19. Ultrazvuk vedia produkovať a používať rôzne živočíchy - napr. netopiere ho využívajú na orientáciu v priestore a lov, podobne delfíny ultrazvuk využívajú na orientáciu a lov. Ultrazvuk využívajú aj niektoré druhy hmyzu napr. moskyty a mory. Viacero druhov živočíchov síce nevie ultrazvuk vyrobiť, ale počuje ho napr. pes, mačka alebo myš.

20. Ultrazvuk sa využíva aj na čistenie, kde sa využíva kavitácia - mechanické odstránenie nečistôt rýchlymi nárazmi kvapaliny rozkmitanej ultrazvukom na čistený predmet. Technológia sa používa na čistenie zložitých tvarových dielov napr. ložísk, šperkov, optického skla, chirurgických a dentálnych nástrojov a pod. • Ďalšou možnosťou technického využitia je zvlhčovanie zvuku, kedy sa voda "rozpráši" ultrazvukovým generátorom na malé čiastočky, ktoré sú schopné sa vznášať vo vzduchu. Pretože voda nebola zahrievaná, vytvára sa vodná hmla bez pár. Táto technológia sa využíva aj pri inhaláciách, kde v inhalačnom prístroji sa "rozprašuje" voda, resp. liečivo vo forme kvapaliny bez jeho ohrevu. • Ultrazvuk sa využíva aj pre presné obrábanie a rezanie materiálov, kedy sa rezný nástroj rozkmitá ultrazvukom. • V chemických laboratóriách na miešanie malých objemov látok.

21. Odrazy sa využívajú napr. na meranie vzdialeností (ultrazvukový diaľkomer), pre zistenie polohy a vzdialenosti telies v homogénnom prostredí sonar, echolot používaný postup sa volá echolokácia. Využitie v ponorkách a pri rybolove pri vyhľadavaní rýb. • V medicíne sa používa napríklad pri lekárskom vyšetrení, pretože ultrazvukové vlny prechádzajú telom a odrážajú sa od jednotlivých orgánov. Odrazené vlny možno počítačovo previesť do formy obrazu (sonografia). Najbežnejším príkladom je vyšetrenie ľudského plodu v tele matky.

22. Ultrazvukom sa však aj spájajú drobné telieska ktoré obsahuje vzduch a plyn (častice prachu a dymu) do väčších celkov, a tie potom klesajú k zemi. Ultrazvuk odstraňuje ťažkosti pri spájkovaní niektorých kovov napríklad hliníka , pretože odstraňuje z hliníka z oxidovanú povrchovú vrstvu oxidu hlinitého, a tým umožnuje dokonalý kontakt kovu so spájkovačkou. Ultrazvukové vlny pri vhodnej voľbe ožarovanej doby dokonca podporujú klíčenie a rast poľnohospodárskych plodín. Na živočích naopak ultrazvu pôsobí nepriaznivo najme pri veľkej intenzite.

23. Echolokácia • Termín echolokácia zaviedol v roku 1944 Donald R. Griffin. • Používanie echolokácie umožňuje niektorým zvieratám efektívne loviť korisť alebo vidieť v tme. • korisť alebo vidieť v tme.

24. Echolokácia je používanie ozven zvukov produkovaného určitými zvieratami. Vysoké frekvencie zabezpečia lepšiu rozpoznateľnosť cieľov ako nízke frekvencie.

25. Sonár

26. Slovo sonar je odvodené z angličtiny zo slov SOund NAvigation Ranging - Zvuková navigácia. • Zariadenia Sonar pracujú na princípe odrazu zvukových vĺn od objektov

27. Sonár - Sonár je elektronické zariadenie s mikroprocesorom, ktoré slúži na identifikáciu predmetov a dna vo vodnom prostredí. • Bežný sonár používa sondu, ktorá vysiela do vody zvukové signály. Tie sa odrážajú odo dna a od všetkého, na čo narazia pri šírení, a vracajú sa späť do sondy.

28. Rozlišujeme dva hlavné druhy sonárov : • - s pohľadom do hĺbky • - s bočným pohľadom • Ďalej rozlišujeme aj sonáre : • - s vyššou frekvenciou • - s nižšou frekvenciou • Sonár s pohľadom do hĺbky vysiela a prijíma zvukové vlny do hĺbky jedným smerom.

29. Tie s vyššou frekvenciou sa používajú na hľadanie v plytkých vodách. Lepšie zabraňujú neželaným odrazom a rozlíšenie predmetu je při nich dokonalejšie. • Sonáre s nižšou frekvenciou sa používajú na hľadanie v hĺbkach, lepšie preniknú do hĺbok jako vyššie frekvencie. Je to v dôsledku prirodzenej schopnosti vody absorbovať zvukové vlny. Stupeň absorpcie je vyšší pri vysokých frekvenciách.

30. Najnovšie sonáre vysielajú signály v intenzite 215 decibelov, čo je porovnateľné so státím hneď vedľa štartujúcej stíhačky F-15. Dosah sonaru je niekoľko sto kilometrov. • Sonáre sa využívajú : • - v námorníctve na identifikáciu nepriateľských ponoriek • - v lekárskej diagnostike • - na navigáciu • - detekciu chýb

31. Proti najnovším sonarom protestujú aj ochrancovia prírody, pretože nízkofrekvenčné sonáre môžu veľrybám a delfínom spôsobiť vážne zranenia alebo dokonca smrť. Veľryby sú závislé od zvukových signálov, ktoré používajú na dorozumievanie, pri kŕmení, párení a migrácii. Už zvuky hlasnejšie ako 110 decibelov ich dráždia, pri 180 decibeloch im praskajú ušné bubienky. Toto môže znamenať vyhubenie týchto zvierat.