[4]
РАДУГА УЛЬТРАЗВУКА?
К читателям
Известно, что звуки, окружающие нас, очень разнообразны и подразделяются на слышимые (шум, музыка, речь) и неслышимые (гиперзвук, ультразвук, инфразвук). Физическая сущность слышимых и неслышимых звуков одна и та же. Почему же именно ультразвуковой диапазон привлек внимание ученых самых различных специальностей? Дело в том, что ультразвуки имеют некоторые особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвукового поля на определенном участке. Распространение ультразвука в газах, жидкостях и твердых телах сопровождается новыми интереснейшими явлениями, многие из которых нашли практическое применение в различных областях науки и техники.
Ультразвук приобрел теперь множество профессий. Ультразвук строит и разрушает, режет и сверлит, штампует и паяет, очищает, сортирует, стерилизует, разведывает. Он помогает текстильщикам шлифовать основы и красить ткани, пищевикам экономить жиры, высокоэффективными способами осветлять виноградный сок, намного ускорять созревание духов, рыбакам обнаруживать косяки рыб, военным морякам — подводные лодки, машиностроителям определять в деталях скрытые дефекты. Его взяли на вооружение геологоразведчики и нефтяники. Довольны и химики, получая с помощью ультразвука тонкие краски и различные эмульсии. Применение ультразвука в металлургии привело к разработке принципиально новой технологии. Благодаря ультразвуку стало возможным синтезирование дисперсных сплавов и создание антифрикционных материалов, значительно интенсифицировался процесс обогащения руды. Ультразвуковые устройства нашли применение в радиоэлектронике и при исследовании состава и свойств вещества. Ультразвук стал незаменимым в диагностике и лечении заболеваний. Для этой цели созданы многие ультразвуковые медицинские приборы. И это еще не весь перечень, его можно продолжить.
Все большую роль ультразвук начинает играть в научных исследованиях. Успешно проведены теоретические и экспериментальные последования в области ультразвуковой кавитации и акустических течений, позволившие разработать новые технологические процессы. Формируется новое направление в химии — ультразвуковая химия, то есть химия, использующая ультразвук для ускорения химико-технологических процессов. Научные исследования в области физики способствовали зарождению нового раздела акустики — молекулярной акустики, изучающей молекулярное взаимодействие звуковых волн с веществом. Возникли новые области применения ультразвука — интроскопия, голография, квантовая акустика, ультразвуковая фазометрия, акустоэлектроника и др.
Одновременно с теоретическими и экспериментальными исследованиями выполнено много практических работ. Разработаны и внедрены в производство универсальные и специальные ультразвуковые приборы, станки, агрегаты, установки. Созданы и уже применяются ультразвуковые автоматы, включенные в поточные линии, они позволяют значительно повысить производительность труда, эффективность производства и улучшить качество продукции.
УЛЬТРАЗВУК И ЖИЗНЬ
Ученые-биологи провели простой, но чрезвычайно важный опыт. Под микроскопом — две капли воды. Одна облучена ультразвуком, в ней нет живых организмов. В другой капле мечутся гидры. Теперь исследователи аккуратно соединяют иглой капли, чтобы озвученная вода проникла к неозвученной. Гидры немедленно реагируют на это: их щупальца начинают беспорядочно двигаться. Через некоторое время кончики щупалец отмирают и распадаются, на пятнадцатой примерно минуте гидры превращаются в бесформенные мертвые комочки. Почему? Оказывается, в озвученной воде образуются сотые доли процента азотной кислоты. Ни на вкус, ни по запаху обнаружить такую ничтожную примесь невозможно. Однако изменение кислотности воды оказывается достаточным, чтобы нарушить процессы обмена веществ в микроорганизме. Уничтожающее действие на бактерии оказывают и кавитационные пузырьки, вблизи которых возникают импульсы очень высоких давлений.
Были проведены и другие опыты, которые показали, что ультразвук отрицательно влияет на многие простейшие живые организмы. Например, большие дозы ультразвука разрывают и уничтожают инфузории, и даже такие стойкие микроорганизмы, как туберкулезные палочки. Под действием ультразвука в течение одного часа снижается активность вирусов гриппа в тысячи раз, а такие бактерии, как стафилококки, стрептококки, вирусы энцефалита и некоторые другие, уничтожаются полностью. Разрушение микроорганизмов наблюдается только при повышенной интенсивности излучения. При малой же интенсивности ультразвука, наоборот, происходит стимулирование роста бактерий и вирусов. Способность ультразвука уничтожать микроорганизмы и бактерии ученые-медики использовали в своей практике. — Так, например, ультразвуком начали стерилизовать препараты сыворотки крови из плазмозаменяющих растворов, что повысило их качество и увеличило срок хранения.
Ультразвук действует и на более сложные живые организмы, такие как головастики, лягушки, рыбы и пр. При облучении ультразвуком эти организмы парализуются или погибают. Сразу же после начала облучения эти организмы проявляют сильное беспокойство, а через минуту полностью прекращают двигаться. Рыбы при этом переворачиваются на бок или даже вверх брюшком, а некоторые из них всплывают на поверхность. Если прекратить облучение, рыбы становятся вновь подвижными, а если облучение продолжить, то они погибают. При интенсивном облучении на теле рыб возникают небольшие кровотечения. В поле мощной ультразвуковой сирены в течение короткого времени погибают многие мелкие животные и насекомые.
Создано ультразвуковое устройство УЗГ, предназначенное для защиты от грызунов на площади до 200 м2. Ультразвуковые сигналы дезориентируют грызунов, подавляя их способности в ориентации. Мыши покидают помещения через три дня, а крысы — через одну-две недели. Другое ультразвуковое устройство «Заслон» тоже используется для борьбы с мышами и крысами. Они не выдерживают определенной (ультразвуковой) частоты и разбегаются в разные стороны, покидая это помещение. Один ультразвуковой генератор обслуживает 8 излучателей. Для этих же целей применяется ультразвуковой прибор «Радаркан», но он рассчитан еще и на отпугивание тараканов и комаров.
Японской фирмой «Кобе» создан ультразвуковой генератор, работающий на частоте 19,5 кГц. При воздействии на крыс в течение некоторого времени ультразвуковыми волнами было замечено, что они становятся нервными, пугливыми, а иногда, наоборот, агрессивными и нападают друг на друга. Если ультразвуковой прибор повесить в амбаре или на складе, где водятся крысы, то через некоторое время они либо погибнут, либо будут вынуждены убежать в другое место. Зона эффективного действия прибора 225 м2.
Всем известно, что дятлы — полезные птицы. Ведь они уничтожают насекомых, питающихся древесной массой, и тем самым сохраняют лес. Однако иногда они наносят и вред, разрушая своими мощными клювами деревянные строения, в стенах которых они разыскивают свое лакомство. Как бороться с птицами в этом случае, не уничтожая их? Японские инженеры и для этой цели применили специальный ультразвуковой генератор. Он работает на частоте 20–50 кГц, отпугивая дятлов в радиусе 50 м. Подобным методом можно бороться и с термитами, которые превращают деревянные сооружения в труху.
А как ультразвуковые колебания воздействуют на человека? Ведь с введением новых технологических процессов, современных машин и оборудования, связанных с применением ультразвуковых колебаний, все большее число людей подвергается воздействию ультразвука. В Московском институте гигиены имени Ф. Эрисмана были произведены многочисленные исследования по изучению влияния ультразвука на состояние рабочих, непосредственно связанных с ним в своей работе. Ученые установили, что на человека оказывают действие ультразвуковые колебания только большой интенсивности. Те, кто попал в зону сильного ультразвукового излучения, жалуются на недомогание и легкое головокружение, у них появляется тошнота. Если при ультразвуковых колебаниях большой силы держать рот открытым, то в нем ощущается покалывание, в носу появляется неприятное ощущение. Люди, работающие вблизи реактивных самолетов, а также с кузнечными и пневматическими молотами и другими машинами, производящими шум, быстрее утомляются, снижается их слуховая чувствительность. Ученые объясняют это тем, что некоторые механизмы наряду со слышимыми звуками излучают ультразвук.
В Институте охраны труда разработали меры борьбы с воздействием ультразвука на человека и совместно с Научно-исследовательским институтом технологии машиностроения определили предельно допустимые уровни звуковых давлений, вызываемых ультразвуковыми колебаниями в воздухе. Если же превышение допустимого уровня шума избежать по условиям технологии невозможно, специалисты института рекомендуют применять индивидуальные средства защиты — заглушки или противошумные наушники, противошумные экраны. Наиболее радикальная мера защиты — это размещение технологических агрегатов ультразвуковых установок в отдельных помещениях, куда рабочие могут заходить по мере надобности лишь на короткое время, используя средства индивидуальной защиты. Значительного ослабления шума можно добиться, если при конструировании ориентироваться на более высокие ультразвуковые частоты. Конструкторы уже разработали установки рабочей частотой 40–44 кГц вместо 18–22 кГц. Такие установки выпускаются промышленностью серийно.
При обслуживании ультразвуковых установок необходимо избегать контактного воздействия ультразвуковых колебаний через жидкость, детали или инструменты. При кратковременном контакте с деталями и жидкостью рекомендуется применять две пары перчаток из разнородного материала. Воздушная прослойка между перчатками способствует лучшему отражению и поглощению ультразвуковых волн.