Материал: kompendium_po_fizike

21

сосуды

, 

улучшает

обмен

веществ

, 

что

способствует

восстановлению

равновесного

состояния

организма

. 

Дозированным

пучком

УЗ

можно

провести

мягкий

массаж

сердца

, 

легких

и

других

органов

и

тканей

. 

Фонофорез

 – 

введение

с

помощью

УЗ

в

ткани

через

поры

кожи

лекарственных

веществ

. 

Этот

метод

аналогичен

электрофорезу

, 

однако

, 

в

отличие

от

электрического

поля

, 

УЗ

поле

перемещает

не

только

ионы

, 

но

и

незаряженные

частицы

. 

Аутогемотерапия

 – 

внутримышечное

введение

человеку

собственной

крови

, 

взятой

из

вены

. 

Эта

процедура

оказывается

более

эффективной

, 

если

взятую

кровь

перед

вливанием

облучить

УЗ

. 

Сваривание

мягких

тканей

. 

Если

сложить

два

разрезанных

кровеносных

сосуда

и

прижать

их

друг

к

другу

, 

то

после

облучения

образуется

сварной

шов

.  

Сваривание

костей

  (

ультразвуковой

остеосинтез

). 

Область

перелома

заполняют

измельченной

костной

тканью

, 

смешанной

с

жидким

полимером

 (

циакрин

), 

которые

под

действием

УЗ

быстро

полимеризуются

, 

образуя

прочный

сварной

шов

, 

который

постепенно

рассасывается

и

заменяется

костной

тканью

.  

Стерилизация

.

Губительное

действие

УЗ

на

микроорганизмы

используется

для

стерилизации

. 

УЗ

можно

рассекать

ткань

, 

для

чего

хирургические

инструменты

  (

скальпели

, 

пилки

, 

иглы

) 

соединяют

с

источником

ультразвуковых

колебаний

. 

Амплитуда

колебаний

режущего

инструмента

при

частоте

 20-50 

кГц

составляет

 10-50 

мкм

. 

Преимущества

этого

метода

: 

снижение

усилия

резания

, 

уменьшение

болевого

ощущения

, 

кровоостанавливающий

и

стерилизующий

эффекты

. 

УЗ

скальпели

позволяют

проводить

операции

без

вскрытия

грудной

клетки

в

дыхательных

органах

, 

пищеводе

, 

на

кровеносных

сосудах

. 

Вводя

длинный

и

тонкий

УЗ

скальпель

в

вену

, 

можно

разрушить

холестериновые

утолщения

в

этих

сосудах

. 

Существуют

разные

методы

, 

в

которых

УЗ

используется

в

диагностических

целях

. 

Эхоэнцефалография

 – 

определение

опухолей

и

отека

головного

мозга

.  

Ультразвуковая

кардиография

 – 

измерение

размеров

сердца

в

22

динамике

.  

Эходоплерография

 – 

измерение

скорости

движения

кровотока

, 

клапанов

сердца

.  

Ультразвуковая

локация

 – 

определение

размеров

глазных

сред

, 

применение

УЗ

для

ориентации

слепых

в

пространстве

.  

Отражение

УЗ

волн

  (

эхо

-

метод

) 

на

границе

раздела

различных

сред

используется

в

УЗ

диагностике

. 

Этим

методом

можно

обследовать

состояние

внутренних

органов

. 

Направляемые

на

тело

исследуемого

больного

ультразвуковые

импульсы

отражаются

от

поверхностей

раздела

, 

например

, 

передней

и

задней

границ

расположенной

неоднородности

, – 

«

эхо

» 

звука

на

экране

прибора

сравнивается

с

посланным

импульсом

, 

что

дает

возможность

не

только

обнаружить

эту

неоднородность

, 

но

и

определить

ее

размеры

. 

Обнаруживаются

внутренние

дефекты

, 

отражающие

 3-5% 

падающей

звуковой

энергии

.  

С

помощью

ультразвука

можно

регистрировать

изменение

объема

сердца

, 

размеры

полости

желудочка

, 

амплитуду

сокращений

и

толщину

сердечной

мышцы

. 

5. 

Эффект

Доплера

и

его

применение

для

неинвазивного

измерения

скорости

кровотока

Эффект

Доплера

заключается

в

том

, 

что

воспринимаемая

приемником

частота

ν

отличается

от

излучаемой

источником

частоты

ν

0

вследствие

движения

источника

и

приемника

волн

. 

В

случае

, 

когда

источник

и

приемник

неподвижны

, 

частота

волны

, 

регистрируемой

приемником

, 

совпадает

с

частотой

волны

, 

испускаемой

источником

 (

ν

=

ν

0

). 

При

взаимном

сближении

источника

и

приемника

частота

волны

, 

регистрируемой

приемником

, 

оказывается

больше

частоты

испускаемой

источником

волны

 (

ν

>

ν

0

). 

Это

обусловлено

тем

, 

что

приемник

регистрирует

большее

число

волн

в

единицу

времени

. 

При

взаимном

удалении

источника

и

приемника

все

происходит

наоборот

. 

23

Частота

волны

, 

воспринимаемая

приемником

: 

ист

ист

пр

пр

V

V

V

V











, 

где

V

 – 

скорость

распространения

волны

в

среде

, 

V

пр

и

V

ист

 – 

скорости

движения

источника

и

приемника

, 

ν

ист

 – 

частоты

волны

, 

испускаемой

источником

. 

Эффект

Доплера

используется

для

определения

скорости

движения

крови

. 

Для

этого

нужно

направить

пучок

ультразвуковых

волн

на

кровеносный

сосуд

. 

Некоторый

движущийся

объем

крови

будет

отражать

ультразвуковые

волны

в

разных

направлениях

, 

в

том

числе

и

в

направлении

приемника

. 

Т

.

е

. 

этот

объем

крови

становится

вторичным

источником

ультразвука

, 

частота

принимаемой

волны

будет

отличаться

от

частоты

испускаемой

. 

Если

определить

доплеровский

сдвиг

частоты

, 

можно

будет

вычислить

линейную

скорость

крови

, 

а

также

направление

. 

6. 

Инфразвук

и

его

воздействие

на

человека

Инфразвук

 – 

это

механические

колебания

и

волны

с

частотой

менее

 16 

Гц

. 

На

человека

инфразвук

оказывает

, 

как

правило

, 

отрицательное

действие

: 

вызывает

угнетающее

настроение

, 

усталость

, 

головную

боль

, 

раздражение

. 

При

небольших

интенсивностях

возникает

расстройство

органов

зрения

, 

общая

слабость

. 

При

средней

интенсивности

 (140-155 

дБ

) 

могут

проявляться

обмороки

, 

временная

потеря

зрения

. 

При

больших

интенсивностях

  (

порядка

 180 

дБ

) 

может

наступить

паралич

со

смертельным

исходом

. 

Это

связано

с

тем

, 

что

в

инфразвуковой

области

лежат

частоты

собственных

колебаний

некоторых

органов

и

частей

тела

человека

 (

частота

собственных

колебаний

грудной

клетки

 5-8 

Гц

, 

брюшной

полости

 3-4 

Гц

, 

сердца

 6-7 

Гц

). 

Это

вызывает

нежелательные

резонансные

явления

. 

 
 

24

АКУСТИКА

1. 

Акустика

. 

Физические

характеристики

звука

В

широком

смысле

акустика

 – 

область

физики

, 

изучающая

упругие

колебания

и

волны

. 

В

узком

смысле

под

акустикой

понимают

учение

о

звуке

 – 

упругих

колебаниях

и

волнах

  (

в

средах

), 

воспринимаемых

человеческим

ухом

, 

т

.

е

. 

имеющих

частоты

от

 20 

Гц

до

 20 

кГц

. 

К

физическим

  (

объективным

) 

характеристикам

звука

относятся

: 

1.

Частота

 – 

количество

колебаний

за

единицу

времени

в

звуковой

волне

. 

2.

Интенсивность

 – 

количество

энергии

, 

переносимой

звуковой

волной

через

единичную

площадь

тела

за

единицу

времени

. 

Так

как

человеческое

ухо

воспринимает

звук

в

очень

широком

диапазоне

интенсивностей

: (

на

частоте

в

 1 

кГц

) 

от

12

min

10





I

Вт

/

м

2

до

10

max



I

Вт

/

м

2

, 

то

удобнее

для

описания

интенсивности

использовать

логарифмическую

шкалу

. 

Уровень

интенсивности

в

этой

шкале

находится

по

формуле

: 





min

/

lg

I

I

L

B



в

Б

  (

белах

) 

или





min

/

lg

10

I

I

L

dB



в

дБ

(

децибелах

) 

3.

Звуковое

давление

 – 

дополнительное

давление

, 

создаваемое

звуковой

волной

, 

падающей

на

тело

. 

Минимальное

значение

звукового

давления

, 

воспринимаемое

ухом

  (

порог

слышимости

), 

равно

5

min

10

2







p

Па

, 

максимальное

 – 

60

max



p

Па

. 

Уровни

звукового

давления

определяются

в

логарифмической

шкале

по

формулам

: 





min

/

lg

2

p

p

L

B



в

Б

или





min

/

lg

20

p

p

L

dB



в

дБ

. 

Звуковое

давление

связано

с

интенсивностью

соотношением

: 

2

2

)

2

(

c

I

p







, 

где



 – 

плотность

среды

, 

c

 – 

скорость

звука

в

среде

. 

4.

Спектр

  (

если

колебание

не

описывается

гармонической

функцией

) – 

зависимость

интенсивности

колебаний

в

звуковой

волне

от

частоты

. 

25

Все

звуки

подразделяются

на

: 



Тон

 – 

звук

, 

являющийся

периодическим

процессом

. 

Тон

, 

в

свою

очередь

, 

делится

на

: 



Простой

  (

чистый

) 

тон

 – 

колебание

в

таких

звуковых

волнах

описывается

гармоническими

функциями

. 

Характеризуется

частотой

тона

и

его

интенсивностью

. 



Сложный

тон

 – 

колебание

в

такой

звуковой

волне

описывается

ангармоническими

функциями

. 

Однако

, 

согласно

теореме

Фурье

, 

любой

сложный

тон

может

быть

разложен

в

гармонический

спектр

, 

т

.

е

. 

может

быть

представлен

суммой

простых

тонов

. 

Минимальная

частота

в

спектре

сложного

тона

называется

основной

; 

частоты

, 

кратные

основной

 – 

дополнительными

. 

Гармоническое

колебание

, 

соответствующее

основной

частоте

, 

называется

основным

тоном

; 

гармонические

колебания

, 

соответствующие

дополнительным

гармоникам

, – 

обертонами

. 

Характеризуется

сложный

тон

акустическим

спектром

 – 

зависимостью

интенсивностей

гармоник

от

их

частот

. 

Для

сложного

тона

спектр

является

линейчатым

. 



Шум

 – 

звук

, 

не

имеющий

повторяющейся

временной

зависимости

. 

Характеризуется

сплошным

широким

спектром

, 

часто

неустойчивым

во

времени

. 



Звуковой

удар

 – 

кратковременное

звуковое

воздействие

. 

2. 

Характеристики

слухового

ощущения

и

их

связь

с

физическими

характеристиками

звука

. 

Закон

Вебера

–

Фехнера

. 

Уровни

интенсивности

, 

уровни

громкости

звука

и

единицы

их

измерения

Из

-

за

особенностей

строения

аппарата

слуха

и

специфических

механизмов

звукового

восприятия

человек

воспринимает

звук

иначе

, 

чем

он

есть

на

самом

деле

. 

Выделяют

следующие

субъективные

характеристики

слухового

восприятия

: 



Высота

 – 

характеристика

, 

обусловленная

, 

в

первую

очередь

, 

частотой

звука

: 

чем

больше

частота

звука

, 

тем

он

выше

при

восприятии

. 

Кроме

того

, 

звуки

большой

интенсивности

воспринимаются

как

более

низкие

.