Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 1
Значительные пси-
хотропные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц,
созвучной альфа-ритму природных колебаний мозга, причем лю-
бая умственная работа в этом случае делается невозможной, по-
скольку кажется, что голова вот-вот разорвется на мелкие кусочки.
Звук малой интенсивности вызывает тошноту и звон в ушах, а так-
Же Ухудшение зрения и безотчетный страх. Звук средней интен-
сивности расстраивает органы пищеварения и мозг, порождая па-
ралич, общую слабость, а иногда и слепоту. Упругий мощный ин-
ФРазвук способен повредить и даже полностью остановить сердце,
бычно неприятные ощущения начинаются с уровня звукового
Давления 120 дБ, травмирующие — со 130дБ. Инфрачастоты око-
0 12 Гц в 85—110 дБ наводят приступы морской болезни и голово-
РУжение, а колебания частотой 15—18 Гц при той же интенсивно-
и внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, па-
нического страха.
о Начале 1950-х годов французский исследователь Гавро, изу-
щий влияние инфразвука на организм человека, установил, что
4^023 ,. . . . 49
при колебаниях порядка 6 Гц у добровольцев, участвовавших i
опытах, возникало сначала ощущение усталости, затем беспокой
ства, переходящего в безотчетный ужас. По мнению Гавро, npt
инфрачастоте 7 Гц возможен паралич сердца и нервной системы.
Ритмы, характерные для большинства систем организма чело-
века, лежат в инфразвуковом диапазоне:
• сокращение сердца — 1—2 Гц;
• дельта-ритм мозга (состояние сна) — 0,5—3,5 Гц;
• альфа-ритм мозга (состояние покоя) — 8—13 Гц;
• бета-ритм мозга (умственная работа) — 14—35 Гц.
Изменяя интенсивность инфразвука от внешних источников
на этих частотах, можно существенно изменить условия функцио-
нирования соответствующих органов, вызывая в них как лечеб-
ный эффект, так и эффект заболевания в зависимости от режима
облучения.
Звуковой диапазон — колебательное движение частиц упругой
среды, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и
животных. Основной характеристикой звука является его спектр,
получаемый в результате разложения на простые гармонические
колебания. Основная частота определяет при этом воспринимае-
мую на слух высоту звука, а набор гармонических составляю-
щих — тембр звука. Энергетической характеристикой является
интенсивность звука (Вт/м2), которая зависит от амплитуды звуко-
вого давления, свойств среды и формы волны. Физиологической
характеристикой звука, связанной с его интенсивностью законом
Вебера — Фехнера, является громкость звука. Наибольшей чувст-
вительностью человеческое ухо обладает в области частот 1—5 кГц.
Рассмотрим последовательность событий при восприятии
звука. Звуковая волна, пройдя наружное ухо, наталкивается на
туго натянутую барабанную перепонку, приводя ее в движение
(рис. 1.14). Барабанная перепонка связана с системой слуховых
косточек среднего уха, которые передают звуковые колебания во
внутреннее ухо — улитку. Слуховые косточки приводят в движе-
ние овальное окно, отделяющее перилимфу внутреннего уха от
воздушного пространства среднего уха. Движение жидкости в вес-
тибулярном и базилярном каналах внутреннего уха заставляет ко-
лебаться базилярную мембрану, следуя частоте и силе звука. Дви-
жение базилярной мембраны стимулирует рецепторные клетки. В
результате появляются потенциальные действия, передаваемые
звуковыми слуховыми нервами в кору головного мозга.
При пороговых значениях звукового давления стремечко (сМ-
рис. 1.14) колеблется как поршень. Абсолютные значения смеше-
50 ..-•¦-¦,¦.¦
17
Рис. 1.14. Схема строения органа слуха человека
I — наружный слуховой проход; 2 — барабанная перепонка; 3 — мышца, натягивающая бара-
банную перепонку; 4 — молоточек; 5 — связки; 6— наковальня; 7— стремечко, давящее на
овальное окно; 8 — вестибулярная часть внутреннего уха; 9 — мембрана Рейнслера; 10,
II — вестибулярный и барабанный каналы (соответственно), заполненные перилимфой;
12 — геликотрема; 13 — улитковый канал, заполненный эндолимфой; 14 — базилярная мем-
брана; 15— улитка (развернута); 16— круглое окно внутреннего уха; 17— евстахиева труба;
18 — среднее ухо; 19 — овальное окно внутреннего уха
ния очень малы и повторяют движения барабанной перепонки.
Для барабанной перепонки величину смещения легко рассчитать.
Толщина барабанной перепонки очень мала по сравнению с дли-
ной звуковых волн, и скорость ее перемещения совпадает со ско-
ростью частиц в плоской волне в воздухе. Средняя скорость сме-
щения частиц в волне (и) связана со значением звукового давле-
ния (р)г скоростью распространения волны (с) и плотностью воз-
ДУха (р) выражением
и = -?-. • (L28)
р-с\"
» свою очередь скорость смещения связана с амплитудой сме-
Щения (I) выражением
/ = -
где
частота звуковой волны.
A.29)
51
Подставив в A.28) численные значения: р=1,3 мг/м3
с = 3,4 • 102 м/с и порогового значения звукового давления р =
= 2 • 10~5 Па, получим скорость смещения перепонки: и = 5 • 10~8 м/с,
Отсюда смещение (/) перепонки при пороговом звуковом давле-
нии равно 10~п м. Это смещение меньше радиуса атома. Если силу
звука увеличить до 130 дБ, то появляется ощущение боли, а при
155—160 дБ барабанная перепонка разрушается. Если /= 160 дБ,
то р ~ 20 гПа (среднее атмосферное давление равно примерно
1000 гПа). Расчет показывает, что смещения барабанной перепон-
ки при этом достигают 1 мм.
Другие особенности физических и биологических звуковых
колебаний изложены в § 4.5.
В общем случае распространение звуковой волны характеризу-
ется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдает-
ся дисперсия скорости звука, то есть зависимость скорости от часто-
ты. При распространении волн большой амплитуды происходит
постепенное искажение синусоидальной формы волны, которая
представляет собой скачок уплотнения вещества, распространяю-
щегося со сверхзвуковой скоростью, и является тонкой переход-
ной областью в среде, где происходит резкое увеличение плотно-
сти и давления.
Ультразвук удобно подразделять на три диапазона: 2 • 104—105 Гц
(низкие частоты); 105—107 Гц (средние частоты); 107—109 Гц (вы-
сокие частоты). Каждый из этих диапазонов характеризуется спе-
цифическими особенностями генерации, приема, распростране-
ния и применения. По физической природе ультразвук, также как
и звук, представляет собой упругие волны. Однако благодаря более
высоким частотам он имеет ряд особенностей распространения. В
частности, ввиду малой длины волны характер распространения
ультразвука в первую очередь определяется молекулярной струк-
турой среды; поэтому, оценивая скорость ультразвука и коэффи-
циент затухания, можно судить о молекулярных свойствах веще-
ства.
Основными излучателями ультразвука являются электромеха-
нические сигналы, преобразующие электрические колебания в
механические. В диапазоне низких частот возможно применение
электродинамических и электростатических излучателей. Широ\'
кое применение в этом диапазоне частот нашли магнитострикцй-
онные преобразователи, использующие эффект магнитострикций-
Для излучения средних и высоких частот ультразвука применяют
пьезоэлектрические преобразователи, использующие явлений
пьезоэлектричества.
52
Ультразвук различных диапазонов применяется в биологии и
медицине. В частности, при действии ультразвука на биологиче-
ские объекты происходит его поглощение и преобразование аку-
сТйческой энергии в тепловую. Локальный нагрев тканей на деся-
тые доли градуса способствует активизации жизнедеятельности
объектов, повышая интенсивность процессов обмена веществ.
Однако более интенсивные и длительные воздействия могут при-
вести к перегреву биологических структур и их разрушению.
Способность ультразвука без существенного поглощения про-
никать в мягкие ткани организма и отражаться от акустических не-
однородностей используется для диагностики внутренних орга-
нов. Микромассаж тканей, активизация процессов обмена и ло-
кальное нагревание тканей под действием ультразвука использу-
ются для неразрушающих терапевтических целей. С другой
стороны, ультразвуковая хирургия предусматривает разрушение
тканей собственно звуковыми колебаниями.
Гиперзвук — высокочастотная часть спектра упругих волн; по
физической природе не отличается от ультразвука, Однако благо-
даря более высоким частотам по сравнению с ультразвуком значи-
тельно более существенными становятся взаимодействия гипер-
звука с электронами проводимости, тепловыми фононами и дру-
гими квазичастицами в среде.
хотропные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц,
созвучной альфа-ритму природных колебаний мозга, причем лю-
бая умственная работа в этом случае делается невозможной, по-
скольку кажется, что голова вот-вот разорвется на мелкие кусочки.
Звук малой интенсивности вызывает тошноту и звон в ушах, а так-
Же Ухудшение зрения и безотчетный страх. Звук средней интен-
сивности расстраивает органы пищеварения и мозг, порождая па-
ралич, общую слабость, а иногда и слепоту. Упругий мощный ин-
ФРазвук способен повредить и даже полностью остановить сердце,
бычно неприятные ощущения начинаются с уровня звукового
Давления 120 дБ, травмирующие — со 130дБ. Инфрачастоты око-
0 12 Гц в 85—110 дБ наводят приступы морской болезни и голово-
РУжение, а колебания частотой 15—18 Гц при той же интенсивно-
и внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, па-
нического страха.
о Начале 1950-х годов французский исследователь Гавро, изу-
щий влияние инфразвука на организм человека, установил, что
4^023 ,. . . . 49
при колебаниях порядка 6 Гц у добровольцев, участвовавших i
опытах, возникало сначала ощущение усталости, затем беспокой
ства, переходящего в безотчетный ужас. По мнению Гавро, npt
инфрачастоте 7 Гц возможен паралич сердца и нервной системы.
Ритмы, характерные для большинства систем организма чело-
века, лежат в инфразвуковом диапазоне:
• сокращение сердца — 1—2 Гц;
• дельта-ритм мозга (состояние сна) — 0,5—3,5 Гц;
• альфа-ритм мозга (состояние покоя) — 8—13 Гц;
• бета-ритм мозга (умственная работа) — 14—35 Гц.
Изменяя интенсивность инфразвука от внешних источников
на этих частотах, можно существенно изменить условия функцио-
нирования соответствующих органов, вызывая в них как лечеб-
ный эффект, так и эффект заболевания в зависимости от режима
облучения.
Звуковой диапазон — колебательное движение частиц упругой
среды, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и
животных. Основной характеристикой звука является его спектр,
получаемый в результате разложения на простые гармонические
колебания. Основная частота определяет при этом воспринимае-
мую на слух высоту звука, а набор гармонических составляю-
щих — тембр звука. Энергетической характеристикой является
интенсивность звука (Вт/м2), которая зависит от амплитуды звуко-
вого давления, свойств среды и формы волны. Физиологической
характеристикой звука, связанной с его интенсивностью законом
Вебера — Фехнера, является громкость звука. Наибольшей чувст-
вительностью человеческое ухо обладает в области частот 1—5 кГц.
Рассмотрим последовательность событий при восприятии
звука. Звуковая волна, пройдя наружное ухо, наталкивается на
туго натянутую барабанную перепонку, приводя ее в движение
(рис. 1.14). Барабанная перепонка связана с системой слуховых
косточек среднего уха, которые передают звуковые колебания во
внутреннее ухо — улитку. Слуховые косточки приводят в движе-
ние овальное окно, отделяющее перилимфу внутреннего уха от
воздушного пространства среднего уха. Движение жидкости в вес-
тибулярном и базилярном каналах внутреннего уха заставляет ко-
лебаться базилярную мембрану, следуя частоте и силе звука. Дви-
жение базилярной мембраны стимулирует рецепторные клетки. В
результате появляются потенциальные действия, передаваемые
звуковыми слуховыми нервами в кору головного мозга.
При пороговых значениях звукового давления стремечко (сМ-
рис. 1.14) колеблется как поршень. Абсолютные значения смеше-
50 ..-•¦-¦,¦.¦
17
Рис. 1.14. Схема строения органа слуха человека
I — наружный слуховой проход; 2 — барабанная перепонка; 3 — мышца, натягивающая бара-
банную перепонку; 4 — молоточек; 5 — связки; 6— наковальня; 7— стремечко, давящее на
овальное окно; 8 — вестибулярная часть внутреннего уха; 9 — мембрана Рейнслера; 10,
II — вестибулярный и барабанный каналы (соответственно), заполненные перилимфой;
12 — геликотрема; 13 — улитковый канал, заполненный эндолимфой; 14 — базилярная мем-
брана; 15— улитка (развернута); 16— круглое окно внутреннего уха; 17— евстахиева труба;
18 — среднее ухо; 19 — овальное окно внутреннего уха
ния очень малы и повторяют движения барабанной перепонки.
Для барабанной перепонки величину смещения легко рассчитать.
Толщина барабанной перепонки очень мала по сравнению с дли-
ной звуковых волн, и скорость ее перемещения совпадает со ско-
ростью частиц в плоской волне в воздухе. Средняя скорость сме-
щения частиц в волне (и) связана со значением звукового давле-
ния (р)г скоростью распространения волны (с) и плотностью воз-
ДУха (р) выражением
и = -?-. • (L28)
р-с\"
» свою очередь скорость смещения связана с амплитудой сме-
Щения (I) выражением
/ = -
где
частота звуковой волны.
A.29)
51
Подставив в A.28) численные значения: р=1,3 мг/м3
с = 3,4 • 102 м/с и порогового значения звукового давления р =
= 2 • 10~5 Па, получим скорость смещения перепонки: и = 5 • 10~8 м/с,
Отсюда смещение (/) перепонки при пороговом звуковом давле-
нии равно 10~п м. Это смещение меньше радиуса атома. Если силу
звука увеличить до 130 дБ, то появляется ощущение боли, а при
155—160 дБ барабанная перепонка разрушается. Если /= 160 дБ,
то р ~ 20 гПа (среднее атмосферное давление равно примерно
1000 гПа). Расчет показывает, что смещения барабанной перепон-
ки при этом достигают 1 мм.
Другие особенности физических и биологических звуковых
колебаний изложены в § 4.5.
В общем случае распространение звуковой волны характеризу-
ется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдает-
ся дисперсия скорости звука, то есть зависимость скорости от часто-
ты. При распространении волн большой амплитуды происходит
постепенное искажение синусоидальной формы волны, которая
представляет собой скачок уплотнения вещества, распространяю-
щегося со сверхзвуковой скоростью, и является тонкой переход-
ной областью в среде, где происходит резкое увеличение плотно-
сти и давления.
Ультразвук удобно подразделять на три диапазона: 2 • 104—105 Гц
(низкие частоты); 105—107 Гц (средние частоты); 107—109 Гц (вы-
сокие частоты). Каждый из этих диапазонов характеризуется спе-
цифическими особенностями генерации, приема, распростране-
ния и применения. По физической природе ультразвук, также как
и звук, представляет собой упругие волны. Однако благодаря более
высоким частотам он имеет ряд особенностей распространения. В
частности, ввиду малой длины волны характер распространения
ультразвука в первую очередь определяется молекулярной струк-
турой среды; поэтому, оценивая скорость ультразвука и коэффи-
циент затухания, можно судить о молекулярных свойствах веще-
ства.
Основными излучателями ультразвука являются электромеха-
нические сигналы, преобразующие электрические колебания в
механические. В диапазоне низких частот возможно применение
электродинамических и электростатических излучателей. Широ\'
кое применение в этом диапазоне частот нашли магнитострикцй-
онные преобразователи, использующие эффект магнитострикций-
Для излучения средних и высоких частот ультразвука применяют
пьезоэлектрические преобразователи, использующие явлений
пьезоэлектричества.
52
Ультразвук различных диапазонов применяется в биологии и
медицине. В частности, при действии ультразвука на биологиче-
ские объекты происходит его поглощение и преобразование аку-
сТйческой энергии в тепловую. Локальный нагрев тканей на деся-
тые доли градуса способствует активизации жизнедеятельности
объектов, повышая интенсивность процессов обмена веществ.
Однако более интенсивные и длительные воздействия могут при-
вести к перегреву биологических структур и их разрушению.
Способность ультразвука без существенного поглощения про-
никать в мягкие ткани организма и отражаться от акустических не-
однородностей используется для диагностики внутренних орга-
нов. Микромассаж тканей, активизация процессов обмена и ло-
кальное нагревание тканей под действием ультразвука использу-
ются для неразрушающих терапевтических целей. С другой
стороны, ультразвуковая хирургия предусматривает разрушение
тканей собственно звуковыми колебаниями.
Гиперзвук — высокочастотная часть спектра упругих волн; по
физической природе не отличается от ультразвука, Однако благо-
даря более высоким частотам по сравнению с ультразвуком значи-
тельно более существенными становятся взаимодействия гипер-
звука с электронами проводимости, тепловыми фононами и дру-
гими квазичастицами в среде.