Предмет физики. Ее задачи. Звук, его характеристики.

Предмет физики. Ее задачи. Звук, его характеристики.

I. Физика - наука о свойствах и формах существования материи.

Биофизика - медико-биологическая наука, изучающая физические процессы и явления в живых системах, в том числе при различных внешних воздействиях.

I. Звук, его характеристика.

Акустика - это наука о получении, распространении и свойствах механических волн и взаимодействии этих волн с физическими и биофизическими объектами.

Виды акустики:

1. Техническая — исследует получение и распределение звука, разрабатывает методы звуковых исследований.

2. Архитектурная - исследует вопросы получения хорошей слышимости или зашиты помещений (например, от шумов).

3. Биологическая - исследует получение и применение звука живыми организмами.

4. Медицинская - исследует физику и биофизику слуха и речи, возможности применения звука для диагностики и лечения. При этом следует различать применение слышимого звука и ультразвука.

Основные задачи медицинской акустики:

- разработка гигиенических норм использования звука в науке и промышленности;

- разработка звуковых методов диагностики и лечения;

- разработка ультразвуковых методов диагностики и лечения.

Звук как физическое явление.

Звук - разновидность механических колебаний, распространяемых в упругих средах преимущественно в виде продольных волн. В вакууме звук не распространяется.

Звуковая волна - механическое возмущение, распространяемое в упругой среде.

Звуковые колебания - механические колебания условных частиц среды.

Условные частицы - объемы среды, которые достаточно малы по сравнению с длинной волны.

Звуковое поле - часть пространства, в котором распространяется звуковая волна.

Классификация звуковых волн:

1. По частоте

- инфразвук (v < 16Гц)

- слышимый звук (16Гц < v < 20000Гц)

- ультразвук (20000Гц < v < 100МГц)

- гиперзвук (v > 100МГц)

(все границы условны)

Инфразвук, ультразвук и гиперзвук не воспринимаются слуховым анализатором.

1. По направлению смещения частиц среды:

- Продольные - это волны, у которых колебания частиц среды происходят вдоль направления распространения волны.

- Поперечные — это волны, в которых колебания частиц среды происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.

В жидкостях и газах упругие силы возникают только при изменении объема, в них образуются только продольные волны.

В твердых телах упругие силы возникают как при изменении объема, так и при изменении формы, в них образуются как продольные, так и поперечные волны, причем скорость продольных волн больше скорости поперечных волн примерно в половину.

3. По форме колебаний:

-
гармонические - графиком является периодическая синусоидальная кривая.

-
негармонические - график - периодическая несинусоидальная кривая.

Особенностью негармонических спектров является то, что их можно представить математически и графически в виде суммы конечного или бесконечного числа простых по частоте синусоид, колеблющихся с равной амплитудой – гармонический спектр.

II. Основные характеристики звуковой волны.

1. Амплитуда (А или X_max[м]) - это максимальное отклонение колеблющейся точки то положения равновесия.

2. Период (Т [с]) - время одного полного колебания частиц среды.

3. Частота (v [ Гц]) - число полных колебаний за единицу времени, это величина обратная периоду.

n - число колебаний;

t - время колебаний.

4.
Длина волны (λ [м]) - расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющихся в одинаковой фазе, или расстояние, на которое распространяется волна за один период.

5. Скорость звуковой волны (υ [м/с]) - это отношение пути, пройденного звуковой волной ко времени прохождения этого пути. Скорость зависит от агрегатного состояния среды и от температуры.

υ = S/t = λ /T = λ ·ν

IV. Виды физического воздействия УЗ

И их характеристика.

1. Тепловое – обусловлено поглощением УЗ в среде, в результате чего выделяется тепло, то есть механическая энергия УЗ волны переходит в тепловую. Это обусловлено:

– периодическим сжатием участков среды;

– трением частиц среды, особенно выраженном на границе раздела;

– поглощением УЗ средой;

Так как поглощение УЗ различно различными средами, то и выделение тепла не будет одинаковым. При j_УЗ = 5 Вт/см² и t = 1 мин. Температура мышц повышается на 1 ⁰С, а костного мозга на 5 ⁰С.

Сравнительно много тепла выделяется на границе мягких тканей и кости. Ткани со сложной структурой более чувствительны, чем однородные.Локальный нагрев ткани на доли градусов увеличивает жизнедеятельность биологических объектов, интенсивность процессов обмена. Длительное воздействие приводит к перегреву.

2. Механическое – обусловлено переменным давлением, возникающим в среде при прохождении УЗ.Перепады давления приводят в колебательное движение частицы среды, что обуславливает его «дробящее» действие и более равномерное распределение частиц по всему объёму (приготовление эмульсий, аэрозолей и т.п.).При распространении УЗ высокой интенсивности в жидкости в момент разрежения (УЗ – продольная волна) происходит микроразрыв жидкости – то есть образуется полость, в которую устремляются растворённые в жидкости газы и пары самой жидкости (образуется кавитационный пузырёк). В момент сжатия происходит захлопывание пузырьков. При этом создаются кратковременные (t » 10^-6 с) импульсы давления (r » 10⁸ Па и более). Они способны разрушить весьма прочные материалы (применяется в хирургии для резки и сварки тканей). Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатным нагревом газа в пузырьке и его ионизацией. Кавитация происходит при j ³ 8 кВт/м².

Ещё одно механическое воздействие УЗ волн – возникновение

акустических потоков – звуковой ветер. С их помощью перемешиваются

жидкости.

3. Физико-химическое – тесно связано с явлением кавитации, так как в кавитационных пузырьках кроме больших давлений возникают электрические потенциалы, что приводит, в частности, к образованию свободных радикалов и атомарного водорода в воде.Под действием УЗ происходят процессы окисления в некоторых растворах, а также ускоряются различные химические процессы (звуковая химия).

Предмет физики. Ее задачи. Звук, его характеристики.

I. Физика - наука о свойствах и формах существования материи.

12 Следующая ⇒