

超声波及其应用
人耳最高只能感觉到大约20000Hz的声波,频率更高的声波就是超声波了。超声波广泛地应用在多种技术中。
理论研究表明,在振幅相同的情况下,一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比,超声波在介质中传播时,介质点振动的频率很高,因而能量很大,在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气的湿度。这就是超声波加湿器的原理,对于咽喉炎、气管炎等疾病,药力很难达到患病的部位,利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够增进疗效,利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎。
金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事,如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波,清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢,能够很快清洗干净。
俗话说“隔墙有耳”,这说明声波能够绕过障碍物。但是,波越短,这种绕射现象越不明显,因此,超声波基本上是沿直线传播的,可以定向发射,如果渔船载有水下超声波发生器,它旋转着向各个方向发射超声波,超声波遇到鱼群会反射回来,渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了,这种仪器叫做声呐,声呐也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇,测量海水的深度。
根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷、混凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。
人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的,健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样,平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影,帮助医生分析体内的病变。
有趣的是,很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官,以昆虫为食的蝙蝠,视觉很差,飞行中不断发出超声波的脉冲,依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声呐”系统,使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。现代的无线电定位器——雷达,质量有几十、几百、几千千克,蝙蝠的超声波定位系统只有几分之一克,而在一些重要性能上,如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代无线电定位器。深入研究动物身上各种器官的功能和构造,将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备,这是近几年来发展起来的一门新科学,叫做仿生学。
雪花落水也有声
生活中的很多现象都是有科学道理的,但是却缺少发现它们的眼睛。一般的常识告诉我们,雪花落水静悄悄,毫无声响。不过,雪花落水真的发生声波,在3月份一期的《自然》杂志上,几个科学家联名发表文章,宣布了他们的上述结论。
首先要说明的是,雪花落水发出的声波频率在50000Hz到2×105Hz之间,高于人们能听见的声波频率。但是,海里的鲸鱼就能听到雪花落水所产生的声响,并且这些声响令鲸鱼异常烦躁。然而,请不要想当然,这些声音不是雪花与水面撞击发出的,而是……
冷战时期,当时美国海军要监视苏联潜水艇的活动,他们发现,在下雨的时候,水下声呐工作效果不好,常有噪声干扰,甚至干脆无法监听。
著名的约翰·霍甫金斯大学机械工程系的普罗斯佩勒提教授是个奇才。普罗斯佩勒提断定,这些声音不是雨滴撞击水面发出,而是含在雨滴中的气泡振动发出的。克拉姆有一个设备:一个每秒可拍摄1000张照片的高速水下摄影机。利用这台摄影机,他们确实在下雨时发现水中产生气泡,这些气泡还在不断地收缩、膨胀、振动。普罗斯佩勒提的理论基础和数学能力也很高,他通过计算得出,下雨时那些噪声的频率和衰减情况确实与气泡的振动状况协调一致,从而证实他们的理论完全正确。他还发现,大气泡振动产生低频声波,小气泡振动产生高频声波。普罗斯佩勒提通过理论分析指出,气泡是要将自己的体积与水的密度相适应,才不断收缩和膨胀的。
事情还没有结束,人们告诉他们,渔民常抱怨,在下雪时他们的声呐也常常侦听不到鱼群。一开始,他们也不信,因为雪花中含有90%以上的水,空气不多。但是,他们不是简单否认,而是要用实验来验证。在一个风雪的夜晚,他们在一个汽车旅馆的游泳池找到了证据,雪花落水时也产生气泡,同样,这些气泡也振动,从而发出声波。其实,无论是人们打水漂时所听到的细微声响,还是瀑布的隆隆震响,都不是(或主要不是)来自石块及岩石与水的碰撞,而是由于气泡。你看,大自然是何等奇妙,而从事科研的人们在发现真理的时候又是多么幸福。
A.归纳分析B.进行实验C.提出假设D.得出结论。
①太空中宇航员能对话,说明声音可在真空中传播
②倒车雷达是利用次声波定位探测车后的障碍物
③手在小提琴上不同位置按弦,主要目的是改变音调
④为了免受环境噪声对学生的干扰,老师讲话声音大一些,可减弱噪声
⑤人们可用灵敏声学仪器接收超声波以确定台风的方位和强度
⑥用大小不同的力拨动紧按在桌边的钢尺能探究响度与振幅的关系
钢尺振动频率越高,响度越大
B .
鼓面的振动幅度越大,音调越高
C .
抽气过程中钟罩内铃声变小,说明真空可以传声
D .
对着点燃的蜡烛火焰敲击橡皮膜,火焰会熄灭,说明声音可以传递能量
