超聲與次聲波分解

會(huì)計(jì)學(xué)1超聲與次聲波分解一、超聲波1、簡(jiǎn)介：所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)通過(guò)空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。即當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音。每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。

第1頁(yè)/共40頁(yè)我們?nèi)祟惗淠苈?tīng)到的聲波頻率為20～20000赫茲。當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時(shí)，我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。頻率小于20Hz的聲波叫做次聲波。

第2頁(yè)/共40頁(yè)另一種分法是：聲波，指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當(dāng)聲波的頻率低于16Hz時(shí)就叫做次聲波，高于20KHz則稱為超聲波。第3頁(yè)/共40頁(yè)2、超聲波的產(chǎn)生研究超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收，以及各種超聲效應(yīng)和應(yīng)用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機(jī)械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動(dòng)超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。第4頁(yè)/共40頁(yè)3、超聲效應(yīng)：當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：①機(jī)械效應(yīng)。超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。

第5頁(yè)/共40頁(yè)比如，當(dāng)超聲波在流體介質(zhì)中時(shí),懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時(shí)，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化。第6頁(yè)/共40頁(yè)②空化作用。超聲波作用于液體時(shí)可產(chǎn)生大量小氣泡。一個(gè)原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來(lái)溶于液體的氣體過(guò)飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開(kāi)”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會(huì)隨周圍介質(zhì)的振動(dòng)而不斷運(yùn)動(dòng)、長(zhǎng)大或突然破滅。第7頁(yè)/共40頁(yè)破滅時(shí)周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。③熱效應(yīng)。由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時(shí)能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。④化學(xué)效應(yīng)。超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。

第8頁(yè)/共40頁(yè)4、超聲波的特點(diǎn)研究表明,在振幅相同的條件下,一個(gè)物體振動(dòng)的能量與振動(dòng)頻率成正比,超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的頻率很高,因而能量很大。1）超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量。第9頁(yè)/共40頁(yè)2）超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質(zhì)中有效傳播，在傳播時(shí)，方向性強(qiáng)，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。3）超聲與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息（診斷或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生效應(yīng)），可以作為探測(cè)與負(fù)載信息的載體。第10頁(yè)/共40頁(yè)4）超聲波會(huì)產(chǎn)生反射、干涉、疊加和共振現(xiàn)象。5）當(dāng)其強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，它就可以通過(guò)與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。第11頁(yè)/共40頁(yè)超聲波依其波傳送方向的波動(dòng)方式可分為縱波,橫波,表面波,藍(lán)姆波四種。其在一種物質(zhì)中傳送,或由一種物質(zhì)傳入另一種物質(zhì)時(shí),由于受到衰減,反射及折射的作用,其能量必然愈來(lái)愈弱;但是在材料密度較大的部分,音壓卻會(huì)增大，即音量減小，能量減少；反之在疏松的部分,其音量變大。第12頁(yè)/共40頁(yè)5、超聲波的應(yīng)用1）因?yàn)槟芰亢艽?，在我?guó)北方干燥的冬季,如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動(dòng)會(huì)使罐中的水破碎成許多小霧滴,再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi),就可以增加室內(nèi)空氣濕度。超聲波加濕器的原理。第13頁(yè)/共40頁(yè)2）利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結(jié)石做劇烈的受迫振動(dòng)而破碎，從而減緩病痛，達(dá)到治愈的目的。還可應(yīng)用于牙科、癌癥等的治療。3）雖然說(shuō)人類聽(tīng)不出超聲波，但不少動(dòng)物卻有此本領(lǐng)。它們可以利用超聲波“導(dǎo)航”、追捕食物，或避開(kāi)危險(xiǎn)物。第14頁(yè)/共40頁(yè)大家可能看到過(guò)夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來(lái)回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊](méi)有光亮的情況下飛翔而不會(huì)迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出2～10萬(wàn)赫茲的超聲波，這好比是一座活動(dòng)的“雷達(dá)站”。蝙蝠正是利用這種“聲吶”判斷飛行前方是昆蟲(chóng)，或是障礙物的。

第15頁(yè)/共40頁(yè)而使用的雷達(dá)的質(zhì)量有幾十,幾百,幾千千克,并且在一些重要性能上的精確度、抗干擾能力等,蝙蝠遠(yuǎn)優(yōu)與現(xiàn)代無(wú)線電定位器。深入研究動(dòng)物身上各種器官的功能和構(gòu)造,將獲得的知識(shí)用來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備,這是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門新學(xué)科,叫做仿生學(xué)。第16頁(yè)/共40頁(yè)4）第一次世界大戰(zhàn)才學(xué)會(huì)利用超聲波，這就是利用“聲吶”的原理來(lái)探測(cè)水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時(shí)人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計(jì)出探測(cè)物的距離、形態(tài)及其動(dòng)態(tài)改變。聲吶與雷達(dá)的區(qū)別：聲吶通過(guò)超聲波；雷達(dá)通過(guò)無(wú)線電波。第17頁(yè)/共40頁(yè)6）玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事,如果把這些物品放入清洗液中,再通入超聲波,清洗液的劇烈振動(dòng)沖擊物品上的污垢,能夠很快清洗干凈。清洗的超聲波應(yīng)用原理就是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，通過(guò)換能器轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳播到介質(zhì)，超聲波在清洗液中疏密相間的向前輻射。第18頁(yè)/共40頁(yè)二、次聲波1、次聲的特征頻率小于20Hz的聲波。次聲波的傳播速度和可聞聲波相同。第19頁(yè)/共40頁(yè)由于次聲波頻率很低，不易被水和空氣吸收，不容易衰減。當(dāng)次聲波傳播幾千千米時(shí)，大氣對(duì)其吸收還不到萬(wàn)分之幾，所以它傳播的距離較遠(yuǎn)，能傳到幾千米至十幾萬(wàn)千米以外。某些次聲波能繞地球2至3周。第20頁(yè)/共40頁(yè)1883年8月，南蘇門答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發(fā)，產(chǎn)生的次聲波繞地球三圈，全長(zhǎng)十多萬(wàn)公里，歷時(shí)108小時(shí)。1961年，蘇聯(lián)在北極圈內(nèi)新地島進(jìn)行核試驗(yàn)激起的次聲波繞地球轉(zhuǎn)了35圈。第21頁(yè)/共40頁(yè)次聲波的波長(zhǎng)往往很長(zhǎng)，因此能繞開(kāi)某些大型障礙物發(fā)生衍射。次聲波還具有很強(qiáng)的穿透能力，可以穿透建筑物、掩蔽所、坦克、船只等障礙物。7000Hz的聲波用一張紙即可阻擋，而7Hz的次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土。第22頁(yè)/共40頁(yè)雖然次聲波看不見(jiàn)，聽(tīng)不見(jiàn)，可它卻無(wú)處不在．地震、火山爆發(fā)、風(fēng)暴、海浪沖擊、槍炮發(fā)射、熱核爆炸等都會(huì)產(chǎn)生次聲波，科學(xué)家借助儀器可以“聽(tīng)到”它。

第23頁(yè)/共40頁(yè)地震或核爆炸所產(chǎn)生的次聲波可將岸上的房屋摧毀。次聲如果和周圍物體發(fā)生共振，能放出相當(dāng)大的能量，以至于使周圍物體受損。第24頁(yè)/共40頁(yè)某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動(dòng)頻率相近，容易和人體器官產(chǎn)生共振，對(duì)人體有很強(qiáng)的傷害性，危險(xiǎn)時(shí)可致人死亡。例如，1948年初，一艘荷蘭貨船在通過(guò)馬六甲海峽時(shí)，一場(chǎng)風(fēng)暴過(guò)后全船海員莫名其妙地死光；在匈牙利鮑拉得利山洞入口，3名旅游者齊刷刷地突然倒地，停止了呼吸......第25頁(yè)/共40頁(yè)1890年，一艘名叫“馬爾波羅號(hào)”帆船在從新西蘭駛往英國(guó)的途中，突然神秘地失蹤了。20年后，人們?cè)诨鸬貚u海岸邊發(fā)現(xiàn)了它。奇怪的是：船上的物體原封未動(dòng)，完好如初。船長(zhǎng)航海日記的字跡仍然依稀可辨；就連那些死已多年的船員，也都“各在其位”，保持著當(dāng)年在崗時(shí)的“姿勢(shì)”；

第26頁(yè)/共40頁(yè)上述慘案，引起了科學(xué)家們的普遍關(guān)注，其中不少人還對(duì)船員的遇難原因進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究。船員們是怎么死的？是死于天火或是雷擊的嗎？不是，因?yàn)榇蠜](méi)有絲毫燃燒的痕跡；是死于海盜的刀下的嗎？不！遇難者遺骸上看到死前打斗的跡象；是死于饑餓干渴的嗎？也不是！船上當(dāng)時(shí)貯存著足夠的食物和淡水。第27頁(yè)/共40頁(yè)至于前面提到的第一樁和第二樁慘案，是自殺還是他殺？死因何在？?jī)词质钦l(shuí)？檢驗(yàn)的結(jié)果是：在所有遇難者身上，都沒(méi)有找到任何傷痕，也不存在中毒跡象。顯然，謀殺或者自殺已不成立。那么是一類心腦血管疾病的突然發(fā)作致死的嗎？法醫(yī)的解剖報(bào)告表明，死者生前個(gè)個(gè)都很健壯！第28頁(yè)/共40頁(yè)經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”，是一種為人們所不很了解的次聲波。第29頁(yè)/共40頁(yè)次聲波會(huì)干擾人的神經(jīng)系統(tǒng)正常功能，危害人體健康。一定強(qiáng)度的次聲波，能使人頭暈、惡心、嘔吐、喪失平衡感甚至精神沮喪。有人認(rèn)為，暈車、暈船就是車、船在運(yùn)行時(shí)伴生的次聲波引起的。住在十幾層高的樓房里的人，遇到大風(fēng)天氣，往往感到頭暈、惡心，這也是因?yàn)榇箫L(fēng)使高樓搖晃產(chǎn)生次聲波的緣故。更強(qiáng)次聲波還能使人耳聾等。第30頁(yè)/共40頁(yè)次聲穿透人體時(shí)，不僅能使人產(chǎn)生頭暈、煩躁、耳鳴、惡心、心悸、視物模糊，吞咽困難、胃痛、肝功能失調(diào)、四肢麻木，還可能破壞大腦神經(jīng)系統(tǒng)，造成大腦組織的重大損傷。次聲波對(duì)心臟影響最為嚴(yán)重，最終可導(dǎo)致死亡。第31頁(yè)/共40頁(yè)人體內(nèi)臟固有的振動(dòng)頻率和次聲頻率相近似（0.01～20赫），如果外來(lái)的次聲頻率與體內(nèi)臟的振動(dòng)頻率相似或相同，就會(huì)引起人體內(nèi)臟的“共振”，從而使人產(chǎn)生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等等一系列癥狀。特別是當(dāng)人的腹腔、胸腔等固有的振動(dòng)頻率與外來(lái)次聲頻率一致時(shí)，更易引起人體內(nèi)臟的共振，使人體內(nèi)臟受損而喪命。第32頁(yè)/共40頁(yè)前面開(kāi)頭提到的發(fā)生在馬六甲海峽的那樁慘案，就是因?yàn)檫@艘貨船在駛近該海峽時(shí)，恰遇上海上起了風(fēng)暴．風(fēng)暴與海浪摩擦，產(chǎn)生了次聲波。次聲波使人的心臟及其它內(nèi)臟劇烈抖動(dòng)、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡。第33頁(yè)/共40頁(yè)次聲時(shí)刻在產(chǎn)生并威脅著人類的安全。在自然界，太陽(yáng)磁暴、海峽咆哮、雷鳴電閃、氣壓突變；在工廠，機(jī)械的撞擊、摩擦；軍事上的原子彈、氫彈爆炸試驗(yàn)等等，都可以產(chǎn)生次聲波。第34頁(yè)/共40頁(yè)二、次聲波的應(yīng)用1.由于次聲波具有極強(qiáng)的穿透力，因此，國(guó)際海難救助組織就在一些遠(yuǎn)離大陸的島上建立起“次聲定位站”，監(jiān)測(cè)著海潮的洋面。一旦船只或飛機(jī)失事附海，可以迅速測(cè)定方位，進(jìn)行救助。

第35頁(yè)/共40頁(yè)2.近年來(lái)，一些國(guó)家利用次聲能夠“殺人”這一特性，致力次聲武器—次聲炸彈的研制。盡管眼下尚處于研制階段，但科學(xué)家們預(yù)言；只要次聲炸彈一聲爆炸，瞬息之間，在方圓十幾公里的地面上，所有的人都將被殺死，且無(wú)一能幸免。第36頁(yè)/共40頁(yè)次聲武器能夠穿透15米的混凝土和坦克鋼板。人即使躲到防空洞或鉆進(jìn)坦克的“肚子”里，也還是一樣地難逃殘廢的厄運(yùn)。次聲炸彈和中子彈一樣，只殺傷生物而無(wú)損于建筑物。但兩者相比，次聲彈殺傷力遠(yuǎn)比中子彈強(qiáng)得多。第37頁(yè)/共40頁(yè)3．研究自然次聲的特性和產(chǎn)生機(jī)制，預(yù)測(cè)自然災(zāi)害性事件。例如臺(tái)風(fēng)和海浪摩擦產(chǎn)生的次聲波，由于它的傳播速度遠(yuǎn)快于