У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
10 невероятных научно-технических применений звука
Когда мы думаем о технологиях будущего, мы часто не замечаем поле, в котором происходят невероятные достижения: акустику. Звук на поверку оказывается одним из фундаментальных строительных блоков будущего. Наука использует его, чтобы творить невероятные вещи, и можете быть уверены, в будущем мы услышим и увидим намного больше.
Охлаждение
Команда ученых из Университета Пенсильвании при поддержке Ben and Jerry’s создала холодильник, который охлаждает еду с помощью звука. В его основе лежит принцип того, что звуковые волны сжимают и расширяют воздух вокруг себя, что нагревает и охлаждает его соответственно. Как правило, звуковые волны меняют температуру не больше чем на 1/10000 градуса, но если газ будет под давлением в 10 атмосфер, эффекты будут значительно сильнее. Так называемый термоакустический холодильник сжимает газ в охлаждающей камере и взрывает его с помощью 173 децибел звука, генерируя тепло. Внутри камеры серия металлических пластин на пути звуковых волн поглощает тепло и возвращает его в теплообменную систему. Тепло удаляется, а содержимое холодильника охлаждается.
Эта система была разработана как более экологичная альтернатива современным холодильникам. В отличие от традиционных моделей, которые используют химические хладагенты в ущерб атмосфере, термоакустический холодильник отлично работает с инертными газами вроде гелия. Поскольку гелий просто покидает атмосферу, если вдруг оказывается в ней, новая технология будет экологичнее любой другой на рынке. По мере развития этой технологии, ее дизайнеры надеются, что термоакустические модели в конечном счете обойдут традиционные холодильники по всем пунктам.
Ультразвуковая сварка
Ультразвуковые волны используются для сварки пластмасс с 1960-х годов. В основе этого метода лежит сжимание двух термопластичных материалов на вершине особого приспособления. Через раструб затем подаются ультразвуковые волны, которые вызывают вибрации в молекулах, что, в свою очередь, приводит к трению, генерирующему тепло. В конечном итоге два куска свариваются вместе равномерно и прочно.
Как и многие технологии, эта была обнаружена случайно. Роберт Солофф работал над ультразвуковой технологией герметизации и случайно коснулся зондом диспенсера скотча на столе. В итоге две части диспенсера спаялись вместе, а Солофф понял, что звуковые волны могут огибать углы и бока жесткого пластика, достигая внутренних частей. После открытия Солофф и его коллеги разработали и запатентовали метод ультразвуковой сварки.
С тех пор ультразвуковая сварка нашла широкое применение во многих отраслях промышленности. От подгузников до автомобилей, этот метод повсеместно используется для соединения пластмасс. В последнее время экспериментируют даже с ультразвуковой сваркой швов на специализированной одежде. Компании вроде Patagonia и Northface уже используют сварные швы в своей одежде, но только прямые, и выходит очень дорого. В настоящее время самым простым и универсальным методом по-прежнему остается ручное шитье.
Кража информации о кредитках
Ученые нашли способ передавать данные с компьютера на компьютер, используя только звук. К сожалению, этот способ также оказался эффективным в передаче вирусов.
Специалисту по безопасности Драгошу Руйу пришла эта идея после того, как он заметил нечто странное со своим MacBook Air: после установки OS X его компьютер спонтанно загрузил кое-что еще. Это был весьма мощный вирус, который мог удалять данные и вносить изменения по собственному желанию. Даже после удаления, переустановки и перенастройки всей системы проблема оставалась. Наиболее правдоподобное объяснение бессмертия вируса было таковым, что он проживал в BIOS и оставался там, несмотря на любые операции. Другая, менее вероятная теория была таковой, что вирус использовал высокочастотные передачи между динамиками и микрофоном для управления данным.
Эта странная теория казалась невероятной, но была доказана хотя бы в плане возможности, когда Германский институт нашел способ воспроизвести этот эффект. На основе разработанного для подводной связи программного обеспечения ученые разработали прототип вредоносной программы, которая передавала данные между неподключенными к Сети ноутбуками, используя их динамики. В тестах ноутбуки могли сообщаться на расстоянии до 20 метров. Диапазон можно было расширить, связав зараженные устройства в сеть, подобно ретрансляторам Wi-Fi.
Хорошие новости в том, что эта акустическая передача происходит крайне медленно, достигая скорости в 20 бит в секунду. Хотя этого недостаточно для передачи больших пакетов данных, этого достаточно, чтобы передавать информацию вроде нажатия клавиш, паролей, номеров кредитных карт и ключей шифрования. Поскольку современные вирусы умеют делать все это быстрее и лучше, маловероятно, что новая акустическая система станет популярной в ближайшем будущем.
Акустические скальпели
Врачи уже используют звуковые волны для медицинских процедур вроде УЗИ и разрушения камней в почках, но ученые из Университета штата Мичиган создали акустический скальпель, точность которого позволяет отделять даже одну клетку. Современные ультразвуковые технологии позволяют создать луч с фокусом в несколько миллиметров, однако новый инструмент обладает точностью уже в 75 на 400 микрометров.
Общая технология была известна с конца 1800-х, однако новый скальпель стал возможным, благодаря использованию линзы, обернутой в углеродные нанотрубки и материал под названием полидиметилсилоксан, которая конвертирует свет в звуковые волны высокого давления. При должном фокусе, звуковые волны создают ударные волны и микропузырьки, которые оказывают давление на микроскопическом уровне. Технологию протестировали, отделив одну клетку рака яичников и просверлив 150-микрометровую дыру в искусственном почечном камне. Авторы технологии считают, что ее можно будет наконец использовать для доставки лекарств или удаления малых раковых опухолей или бляшек. Ее можно даже использовать для проведения безболезненных операций, поскольку такой ультразвуковой луч сможет избегать нервные клетки.
Подзарядка телефона голосом
С помощью нанотехнологий ученые пытаются извлекать энергию из самых разных источников. Одна из таких задач — создание устройства, которое не нужно будет заряжать. Nokia даже запатентовала устройство, которое поглощает энергию движения.
Поскольку звук — это всего лишь сжатие и расширение газов в воздухе, а значит движение, он может стать жизнеспособным источником энергии. Ученые экспериментируют с возможностью зарядки телефона прямо во время использования — пока вы звоните, например. В 2011 году ученые из Сеула взяли наностержни из оксида цинка, зажатые между двух электродов, чтобы добыть электричество из звуковых волн. Эта технология могла вырабатывать 50 милливольт просто из шума движения машин. Этого недостаточно, чтобы зарядить большинство электрических устройств, но в прошлом году лондонские инженеры решили создать устройство, вырабатывающее 5 вольт — и этого уже хватает, чтобы подзарядить телефон.
Хотя зарядка телефонов с помощью звуков может быть хорошей новостью для любителей поболтать, она может оказать серьезное влияние на развивающийся мир. Та же технология, которая обеспечила существование термоакустического холодильника, может быть использована для преобразования звука в электричество. Score-Stove — это плита и холодильник, которая извлекает энергию в процессе приготовления на топливной биомассе для производства небольших объемов электричества, порядка 150 ватт. Это немного, но достаточно, чтобы обеспечить 1,3 миллиарда людей на Земле, не имеющих доступа к электричеству, энергией.
Превратить тело человека в микрофон
Ученые из Disney сделали устройство, которое превращает человеческое тело в микрофон. Названное «ишин-ден-шин» в честь японского выражения, означающего общение через негласное взаимопонимание, оно позволяет кому-либо передать записанное сообщение, просто коснувшись уха другой персоны.
Это устройство включает микрофон, прикрепленный к компьютеру. Когда кто-то говорит в микрофон, компьютер сохраняет речь в виде записи на повторе, которая затем преобразуется в едва слышный сигнал. Этот сигнал передается по проводу от микрофона к телу любого, кто его держит, и производит модулированное электростатическое поле, которое вызывает крошечные вибрации, если человек чего-то касается. Вибрации могут быть услышаны, если человек коснется чужого уха. Их даже можно передавать от человека к человеку, если группа людей находится в физическом контакте.
Шпионаж
Иногда наука создает что-то, о чем даже Джеймс Бонд мог только мечтать. Ученые из Массачусетского технологического института, Microsoft и Adobe разработали алгоритм, который может считывать пассивные звуки от неодушевленных объектов на видео. Их алгоритм анализирует незаметные колебания, которые звуковые волны создают на поверхностях, и делает их слышимыми. В ходе одного эксперимента удалось считать внятную речь с пакета картофельных чипсов, лежащих на расстоянии 4,5 метра за звуконепроницаемым стеклом.
Для достижения наилучших результатов алгоритм требует, чтобы число кадров в секунду на видео было выше частоты аудиосигнала, для чего необходима высокоскоростная камера. Но, на худой конец, можно взять и обычную цифровую камеру, чтобы определить, к примеру, число собеседников в комнате и их пол — возможно, даже их личности. Новая технология обладает очевидными применениями в судебно-медицинской экспертизе, правоохранительных органах и шпионских войнах. Обладая такой технологией, можно узнать, что происходит за окном, просто достав цифровую камеру.
Акустическая маскировка
Ученые сделали устройство, которое может прятать объекты от звука. Оно похоже на странную дырявую пирамиду, но ее форма отражает траекторию звука так, будто бы он отражается от плоской поверхности. Если вы разместите эту акустическую маскировку на объекте на плоской поверхности, он будет неуязвим для звука вне зависимости от того, под каким углом вы будете звук направлять.
Хотя, возможно, эта накидка и не предотвратит прослушивание разговора, она может пригодиться в местах, где объект нужно спрятать от акустических волн, например, концертный зал. С другой стороны, военные уже положили глаз на эту маскировочную пирамиду, поскольку у нее есть потенциал прятать объекты от сонара, например. Поскольку под водой звук путешествует почти так же, как по воздуху, акустическая маскировка может сделать подводные лодки невидимыми к обнаружению.
Притягивающий луч
Долгие годы ученые пытались воплотить в жизнь технологии из «Звездного пути», в том числе и тяговый луч, с помощью которого можно захватывать и притягивать те или иные вещи. В то время как весьма много исследований фокусируется на оптическом луче, который использует тепло для передвижения объектов, эта технология ограничена размером объектов в несколько миллиметров. Ультразвуковые тяговые лучи, однако, доказали, что могут двигать большие объектов — до 1 сантиметра шириной. Возможно, это все еще мало, но у нового луча сила в миллиарды раз превосходит старые наработки.
Сосредоточив два ультразвуковых луча на цели, объект можно подтолкнуть по направлению к источнику луча, рассеивая волны в противоположном направлении (объект будет словно подпрыгивать на волнах). Хотя ученым пока не удалось создать лучший вид волны для своей техники, они продолжают работу. В будущем эту технологию можно будет использовать непосредственно для управления объектами и жидкостями в теле человека. Для медицины она может оказаться незаменимой. К сожалению, в космическом вакууме звук не распространяется, поэтому едва ли технология будет применима для управления космическими кораблями.
Тактильные голограммы
Наука также работает над другим творением «Звездного пути» — голодеком. Хотя в технологии голограммы нет ничего нового, на данный момент нам доступны не такие хитроумные ее проявления, как показывают фантастические фильмы. Правда, важнейшей чертой, отделяющей фантастические голограммы от реальных, остаются тактильные ощущения. Оставались, если быть точным. Инженеры из Университета Бристоля разработали так называемую технологию UltraHaptics, которая в состоянии передавать тактильные ощущения.
Изначально технология разрабатывалась для оказания силы на вашу кожу, чтобы облегчить жестовое управление определенными устройствами. Механик с грязными руками, например, мог бы пролистать руководство по эксплуатации. Технология должна была придать сенсорным экранам ощущение физической страницы.
Поскольку эта технология использует звук для производства вибраций, которые воспроизводят ощущение прикосновения, уровень чувствительности можно изменять. 4-герцевые вибрации похожи на тяжелые капли дождя, а 125-герцевые напоминают прикосновения к пене. Единственным недостатком на данный момент остается то, что эти частоты могут быть услышаны собаками, но дизайнеры говорят, что это поправимо.
Сейчас же они дорабатывают свое устройство для производства виртуальных форм вроде сфер и пирамид. Правда, это не совсем виртуальные формы. В основе их работы лежат сенсоры, которые следуют за вашей рукой и соответственно образуют звуковые волны. В настоящее время этим объектам не хватает детализации и некоторой точности, но дизайнеры говорят, что однажды технология будет совместима с видимой голограммой, а человеческий мозг будет в состоянии сложить их в одну картинку.
По материалам listverse.com
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
Где применяются звуковые волны
Звуковые волны – это механические колебания, перемещающиеся в упругих средах. Таковыми становятся газы, жидкости и твёрдые тела. Среда передачи звука имеет важное значение, в её отсутствие ничего услышать невозможно.
Принцип распространения звуков
Распространение звуковых волн осуществляется с использованием таких элементов:
- Источник (голос человека, струны, динамики, движение воздуха);
- Упругая среда (газ, жидкость или твёрдые предметы);
- Приёмник (ухо, микрофон).
Звуковые волны не распространяются без упругой среды. Доказательством этого становится простой эксперимент. Под колокол воздушного насоса помещается акустический динамик, проигрывающий музыку. В начале звук будет слышен хорошо, но по мере откачивания воздуха он становится тише. Когда воздух будет полностью откачен из-под колокола, никаких звуков слышно.
О хорошей проводимости звука в твёрдых телах можно также убедиться при помощи эксперимента. Надо взять деревянную линейку, на один конец положить наручные часы, а другой поднести к уху. Тиканье часов станет превосходно слышно, хотя до них довольно большое расстояние. Когда в качестве среды выступает воздух, человек не сможет услышать тиканье часов на таком же расстоянии.
Цунами – катастрофическое природное явление 1201 4.75 14
Человеческий слух умеет улавливать звуковые волны с частотой от 16 до 20 000 колебаний в секунду (Гц). Люди не могут слышать инфразвук (0,1 – 16 Гц), ультразвук (20 000 Гц — 109 ГГц) и гиперзвук (109 ГГц — 1013 ГГц). Не слышимые человеком звуки находят широкое применение во множестве областей человеческой деятельности.
Физические характеристики
Изучением звуковых волн занимается раздел физики, который называется акустика. Она выделяется физические и физиологические свойства звука. К физическим свойствам относятся характеристики источника звука, их можно назвать объективными параметрами. Важной характеристикой является форма звуковых колебаний. Самой простой формой обладают гармонические колебания, их можно изобразить в виде синусоиды. Колебания имеют следующие характеристики – амплитуда, длина волны и частота.
Частота звука является физической величиной, которая равна отношению количества колебаний ко времени, когда они были зафиксированы. Этот показатель позволяет увидеть, какое количество колебания произошло за ту или иную единицу времени.
Длиной волны называют расстояние между двумя точками, в которых колебание принимает одинаковое значение. Измерение волны осуществляется в метрах. Амплитуда представляет собой половину разницы между наиболее высоким и низким значением плотности. Этот показатель легко найти на графике, он будет представлять расстояние от горизонтальной оси графика до самой отдалённой от неё точки.
Ещё одной характеристикой звуковых волн становится период звуковых колебаний. Он показывает отношение времени полных колебаний к их числу, в результате можно узнать, сколько времени потребуется для совершения одного колебания.
Скорость распространения звука показывает, какое расстояние преодолевает звуковая волна в той или иной среде за определённую единицу времени. Ниже всего скорость звука в газе, наибольший показатель у водорода (1 284 м/с), наименьший – у хлора (206 м/с). В воздухе звук распространяется со скоростью 331 м/с. В жидкости звук распространяется чуть быстрее, в воде со скоростью 1 403 м/с, в ртути – 1 383 м/с. Наибольших показателей скорость звука достигает в твёрдых телах, для алмаза этот показатель равен 12 000 м/с.
Важное значение для человека имеет интенсивность звука. Она демонстрирует, какое количество энергии перенесено звуковой волной через определённую площадь за определённый временной промежуток. Самый маленький уровень интенсивности, различаемой человеческим ухом, составляет 1 децибел (дБ).
Нормой для человеческого слуха в спокойных условиях является уровень громкости, составляющий 20 дБ. При интенсивности 50 децибел у человека начинаются головные боли, при 60 и выше повышается утомляемость. Человек с большой долей вероятности может встретиться со следующими источниками шумового давления:
- 10 дБ – шелест листвы, тиканье часов;
- 30 дБ – тихий разговор;
- 50 дБ – громкий разговор;
- 80 дБ – работающий мотор крупного грузового автомобиля;
- 100 дБ – автомобильная сирена (на этом уровне начинается шумовая болезнь);
- 140 дБ – аварийный газовый фонтан.
Уровень шума 140 дБ представляет собой болевой порог, после которого происходит разрыв барабанной перепонки. Громкость 170 дБ приводит к глухоте, 180 дБ – к смерти.
Физиологические характеристики
Физиологические характеристики представляют собой субъективные показатели, они описывают приёмник звука. Одной из таких характеристик является громкость звука, она показывает ощущение силы звука, которое возникает у слушателя. Она зависит от амплитуды колебаний, громкость повышается по мере её увеличения. На громкость оказывают влияние условия распространения звука и продолжительность времени, когда слушатель находится под его воздействием.
Громкость становится абсолютной величиной, её единицей измерения становится 1 сон. 1 сон составляет громкость чистого тона частотой 1 кГц, создающее звуковое давление 2 мПа. Уровень громкости является относительной величиной. Его единицей измерения становится 1 фон, он представляет собой уровень давления, которое создаётся тоном частотой 1 кГц громкости, как замеряемый звук. На частоте 1000 Гц громкость (в фонах) соответствует уровню интенсивности (в дБ).
Ещё одной субъективной характеристикой является частота звука. На неё влияет частота основного тона, также влияние оказывают интенсивность и сложность волны. Ухо человека воспринимает частоту, если основной тон характеризуется определённой периодичностью. Примером звука, у которого невозможно оценить высоту, является выстрел. Единицей измерения является мел, он соответствует ощущениям при частоте 1000 Гц и уровне шума 40 дБ.
Особым параметром музыкального звука является тембр, представляющий собой обертоновую окраску звука. На тембр звука влияет наличие в нём частичных тонов, то есть обертонов. В нём может отсутствовать основной тон, то есть звук определённой высоты. Важной характеристикой является длительность звука. Обычно она составляет от 0,015 секунд до нескольких минут. Наиболее длительным звуком характеризуется органная педаль.
Особенности работы слухового аппарата
Ухо человека улавливает упругие волны, которые создаются в результате колебаний источника звука. Восприятие звука слуховым аппаратом осуществляется в несколько этапов. Сначала звуковая волна касается наружного уха, где действует на барабанную перепонку. В результате барабанная перепонка вырабатывает колебания той же частоты, что были у источника звука.
Следующим шагом становится передача колебаний с барабанной перепонки на слуховые косточки среднего уха, после этого колебания поступают во внутреннее ухо. Там присутствует специальная улитка, на ней находятся волосковые клетки. Они необходимы для преобразования механических колебаний в нервные импульсы. На этом этапе колебания превращаются в нечто понятное для головного мозга.
Передача сформированных улиткой электрических нервных импульсов в головной мозг осуществляется при помощи слухового нерва. В головном мозге происходит обработка поступающего сигнала – распознавание, сравнивание, интерпретация. В этот момент человек начинает осознавать получение слуховой информации.
Применение звуковых волн
Звуковые волны характеризуются широкое применение. Чаще всего в обыденной жизни люди встречаются с вещами, которые используют слышимый диапазон (от 16 до 20 000 Гц). К таким изобретениям относятся гитары, пианино, скрипка и другие инструменты, громкоговорители, различные средства связи, развлекательные системы. Сюда можно отнести любое оборудование, использующее способность людей слышать.
Земные катастрофы — землетрясения 1201 4.21 8
Типичным примером инфразвука (0,1 – 16 Гц) является вибрация. В природе она возникает в результате бурь, лавин, извержений вулканов и других опасных явлений. Люди научились использовать во благо её разрушительную силу, она применяется для разрушения различных объектов, дробления почвы и руды. Установки для выполнения этих задач способны оказывать негативное влияние на человека, работающего за ними, поэтому при работе используются определённые меры предосторожности.
Ультразвук (20 000 Гц — 109 ГГц) широко применяется в медицине для выполнения диагностических и лечебных процедур. Ультразвук используется в приборах, которые определяют глубину. С помощью него можно обеззаразить и очистить детали и ювелирные украшения. С помощью ультразвука выполняется гомогенизация молока и другие процедуры по измельчению твёрдых веществ в жидкостях. Ультразвук помогает обнаружить дефекты швов сварки в различных отраслях промышленности (автомобилестроение, авиастроение).
Гиперзвук (109 ГГц — 1013 ГГц) используется в меньшем количестве областей, но всё же обладает большой востребованностью. С помощью него исследуется состояние вещества, часто это касается твердых тел. Гиперзвук позволяет создавать линии задержки в микроволновом излучении. Гиперзвук применяется для создания устройств акустоэлектроники.
Звуковые волны играют важную роль в жизни. Люди научились применять их для решения массы практических задач, используя те или иные свойства и характеристики звука.
Red Nuts / Александр Строганов
Сайт про музыканта, его музыку и музыкальные проекты.
10 неожиданных возможностей использования звука
Продолжаю неделю интересностей и полезностей на сайте, сегодня чуть больше слов и примеров о вариантах использования и возможностях применения звука, в том числе и самых невероятных.
Пока читаете данную публикацию — слушайте параллельно хорошую музыку. Нажмите кнопку play в плеере (если аккаунта в Яндекс Плюс у вас нет – вы можете сделать его и получить 60 дней бесплатно – здесь):
Акустические колебания среды позволяют производить удивительные вещи, находящие использование на практике. С перечнем десяти из них вы можете познакомиться в этой статье.
1. Уничтожение звуковых колебаний
В Миннеаполисе существует фирма под названием «Орфилд Лэбс», построившая комнату, которую причисляют к самым беззвучным в мире. Ее применяют для тестов с низкими шумами, скажем, для тестирования звука, издаваемого лампочкой во время работы. Стеновые поверхности абсолютно поглощают звук, уровень которого 9 децибел.
Это так тихо, что дает возможность воспринимать звуки, издаваемые органами внутри человека в процессе его деятельности. Недостаточность впечатлений восприятия приводит к обострению всех чувств, определяя появление своеобразных ощущений в организме.
Длительное нахождение в подобном помещении несет в себе опасность появления психических заболеваний, например, шизофрении или возникновение необычных и странных способностей, скажем, ощущение вкусовых качеств оттенков цвета.
В такой беззвучной комнате человек в нормальном состоянии не выдерживает более трех четвертей часа из-за акустического «голода», затем у него начинают развиваться галлюцинации.
Не знаю как Вы, а я бы там хотел побывать =)
2. Возможность спрятаться от звука
Каждый замечал, что во время лесной прогулки днем и вечером звуки слышатся, несколько различаясь. В то время как днем они как будто сливаются, поздним вечером или ночью любой шорох или треск ветки под ногами слышится явственно и пугающе.
Это происходит, когда происходит преломление акустических волн из-за суточных температурных колебаний. Днем акустические волны направлены вверх, поскольку там температура воздушного пространства ниже, то есть в основном распространение звука происходит поверх головы человека, что позволяет говорить о таком явлении, как «акустическая тень».
Этот эффект востребован военными: в водной стихии они скрываются от гидролокаторов неприятеля в акустической тени.
3. Звук как оружие
Человечество способно изо всего сделать оружие. «The Long Range Acoustic Device» — устройство, представляющее собой своеобразное акустическое оружие. Аппарат похож на затемненный прожектор, дальность выстрела из которого звуковым «лучом» с уровнем шума до 150 дБ составляет десятки метров.
Такое оружие может быть использовано для прекращения беспорядков: его свойства позволяют наносить ущерб человеческому здоровью, вызывая при этом острую боль.
На европейских судах в последние годы такие акустические пушки уже применяются для защиты от пиратов Сомали.
4. Потенциал звуковых колебаний для искусства
Акустические волны способны быть видимыми, этот эффект был назван «киматика». Скажем, если бы люди могли видеть действие акустических колебаний на резервуар с песком, то песок двигался бы и образовывал фигуры разнообразных очертаний.
Первым обнаружившим этот эффект видимого звука и вибрации был Галилей. Он обратил внимание на то, что при проведении ножом по тарелке с мелкими крупицами, эти частицы приобретают из-за сопровождающих процесс звуковых колебаний вид параллельно идущих линий.
Лучше один раз увидеть, как говорится, поэтому посмотрите эти два коротких видео по теме и все сразу станет ясно. На самом деле — завораживает…
5. Звуковые колебания среды могут убить
Теория говорит, что можно умертвить живое существо акустическим давлением. Следствием сильного взрыва является сверхдавление. Отдельные взрывы приводят к мощному шумовому эффекту, который невозможно услышать, поскольку при значении в 160 дБ лопаются барабанные перепонки, служащие для передачи звуковых колебаний. Зато 200 дБ хватит, чтобы вызвать нарушения в целостности внутренних органов, разорвать легкие.
В германскую войну подобные смерти приводили людей в недоумение: поскольку на убитом отсутствовали визуальные повреждения, даже незначительные, невозможно было определить причину смерти.
Можно сделать вывод о неправдоподобии сцен в кинофильмах, где герой, отброшенный взрывной волной, с легкостью встает и продолжает свои действия. В реальности он должен оказаться мертвым.
6. Свойства звука на службе закона
Представители деловых и властных кругов в отдельных городах США придумали транслировать классическую музыку на станциях метрополитена тех районов, где превышен уровень преступности.
Оказалось, что музыкальная классика способна рассредоточить хулиганье и проявляющих агрессивное поведение подростков из общественных мест: она в них создает ощущение неудобства и вынуждает искать более тихое место.
В Лондоне полтора года, начиная с 2003 года, транслировали классику. Факты варварства и грабежа граждан за этот период снизились на 1/3.
Не пора ли подобные эксперименты проводить и у нас? Хотя чтото подобное вроде как было пару лет назад в Москве, правда ночью, если мне память не изменяет, но с живым оркестром =)
7. Превращение акустических колебаний
Лазер характеризуется сверхузким лучом света, способным распространяться в вакууме, в то время как акустическая волна требует наличие посреднической среды. Применение такого метода может выглядеть непродуктивным, однако в Японии в 2010 году было создано акустическое устройство, которое может испускать звуковой луч.
Оно получило наименование «фазер». Работает фазер на частоте, восьмикратно превосходящей предельный порог, который способен воспринимать человек. Однако он может применяться в медицине.
8. Лечение звуком
Аппарат «HIFU Transducer» фокусирует энергию звука и выделяет значительный объем тепла; этот процесс можно сравнивать с действием солнечного света на увеличительное стекло.
По словам профессора хирургии из вашингтонского университета, с таким аппаратом можно производить те же действия, что и при применении ультразвука. Скажем, устройство за 180 секунд может «запечатать» проколотое легкое свиньи.
Такое оборудование – это серьезный прорыв в современной хирургии, исключающей нарушение целостности тканей.
9. Возвращение звукового прошлого
Археоакустика – один из примечательных разделов науки, связанных с применением акустики в археологии. Скажем, любое помещение, где бы оно ни находилось, имеет особенное звучание, на которое оказывают влияние размеры, наличие мебели и т. д.
Исследователи из Салфолда (Великобритания) решили прояснить, каково звучание древнего Стоунхенджа. Записав отраженные от кромлеха акустические колебания, выстроив затем компьютерную модель, они сделали вывод, что каменные глыбы мегалитического сооружения представляют собой отражающее пространство, сходное с лекционной аудиторией.
10. Звук как внутренний компас
Не секрет, что птицы или летучие мыши благодаря звуковым волнам ориентируются в воздушной среде, однако еще в недалеком прошлом ученые не были в состоянии выявить, каким образом пернатые находят пути миграции. В 1997 году Дж.Хагстрам, геофизик, выявил следующий факт: около 60000 голубей отклонились с пути, мигрируя из областей Франции в Англию.
Причиной этого стал звук самолета, пересекший их путь. Человеческое ухо не в состоянии уловить такой низкочастотный звук, однако для птиц он стал серьезным препятствием, оказавшим воздействие на возможности их природного компаса.
Хагстрам догадался, что птицам присуще создавать особые навигационные «акустические карты», при этом построенные человеком объекты или серьезное изменение в рельефе могут их запутать.
Вот такие вот интересные факты и возможности применения и использования звука, Друзья! Надеюсь, было интересно и познавательно! До новых встреч =)
Звуковые волны — свойства, характеристики и примеры применения в физике
В общем случае звуковые волны физика рассматривает как распространение возмущений давления в упругих средах. Человеческое ухо улавливает аномалию, воспринимая звук.
Изучающая свойства явления наука называется акустикой. От греческого ἀκούω (слышать). Имеются в виду небольшие изменения параметров в отличие от физики ударных волн.
Звуковые волны
Процесс распространения связан с колебательным механическим движением частиц. Достаточно каким-либо образом создать скачок давления, и частицы «толкнут» соседние.
Уравнение звуковой волны в газе (гармоничные колебания) будет выглядеть так:
p0 – начальное давление (Па);
ω – круговая частота (Гц);
k – волновое число.
Формулы связи длины звуковой волны, скорости, иные характеристики:
v – скорость волны (м/с);
λ – длина волны (м);
Источник звука
Под источником звука понимают вещь, спровоцировавшую волну. Например, динамик или музыкальный инструмент.
В громкоговорителе для извлечения шума используется подвижная мембрана. В духовых инструментах – движение воздуха по внутренним ходам различной геометрии.
Из струнных звук извлекают при помощи трения смычка или при помощи щипков, ударов. Человек выдает речь, вокал, при помощи голосовых связок.
Скорость звуковой волны
Скорость распространения акустической волны является важной физической характеристикой среды или материала, поскольку со скоростью звука передаются любые возмущения.
Величина зависит от упругих свойств среды. Например, от давления, температуры. Для атмосферного воздуха важна влажность.
В общем случае определяется отношением модуля всестороннего сжатия и номинальной плотностью.
Для практических целей замеряется опытным путем. В жидкостях звук распространяется быстрее, чем в газах.
Громкость
Зависит от перемещаемой волной энергии. Замеряют в Вт/м2. Но интенсивность принято измерять в децибелах.
Существует масса приложений для компьютеров, смартфонов. Специалисты вооружаются специализированными устройствами.
Бел – десятичный логарифм отношения текущего уровня интенсивности в фоновому, пороговому. Осталось умножить на 10 (поскольку децибел).
Вот примеры уровня шума для разных источников.
Высота и тембр звука
Считается, что человеческое ухо воспринимает с разным успехом частоты диапазона 20…20 000 Гц. Оптимальными для слуха является интервал 1 000…5 000 Гц.
Высота определяется частотой. В связанной с музыкальными инструментами акустике измеряется также в мелах.
В музыкальных колонках в зависимости от частот звук может разделяться на полосы (НЧ, СЧ, ВЧ). На каждый громкоговоритель поступает соответственно отфильтрованный звук.
Рассуждения корректны, если имеем гармоничные колебания (синусоида), определенный тон. Примером такого звучания может служить камертон. Реальные инструменты дают дополнительные гармоники (обертона), образующие тембр.
Так выглядит звук от разных источников на одной ноте.
Звуковые явления
Звук обладает ярко выраженными волновыми свойствами:
1. Интерференция или сложение. В зависимости от условий волны могут взаимно усиливаться или ослабляться.
При проведении крупных концертных мероприятий учитывается возможные «деформации» звука в некоторых участках помещения. Эффект связан с обильным отражением (рефракцией) волн от стен, потолка, пола. Особенно коварно поведение линейных массивов.
Рота бойцов разрушит мост, идя по нему «в ногу». Конструкции не выдерживает наступающего резонанса.
2. Дифракция. Огибание препятствия, если длина волны существенно больше.
3. Замеренная частота источника увеличивается в процессе сближения с последним (эффект Доплера).
Применение звуковых волн
Помимо ценности общения друг с другом, звук дает возможность наслаждаться музыкой и обогащать свое представление об окружающем мире. Кроме слышимого спектра существуют инфра- и ультразвук. Ниже и выше границ слышимости соответственно.
УЗИ (ультразвуковое исследование) позволяет «увидеть» внутренности пациента без скальпеля и небезопасного рентгеновского аппарата. Эхолокатор поставляет морякам информацию о глубинах и рельефе дна. Офицер-гидроакустик обнаружит спрятавшуюся подводную лодку. Характер отражения ультразвука поможет обнаружить скрытый дефект в ответственной детали.
Слабо затухающий в средах инфразвук предупредит о стихийном бедствии. Регистрирующие приборы обнаруживают и локализуют сотрясения почвы и скальных пород. Это важно для изучения и предсказания землетрясений. Таким же образом обнаруживаются запрещенные испытания ядерного оружия. Предупрежден – значит вооружен.
lsvsx
Компания «Orfield Labs» из Миннеаполиса разработала то, что они назвали самой тихой комнатой в мире, которая теперь используется для тестирования очень тихих шумов (например, гудения ламп накаливания). Стены этой комнаты сделаны абсолютно звукопоглощающими, уровень звука в комнате составляет -9 децибел – это настолько ниже уровня человеческого восприятия, что даже уходит в отрицательные значения. Это настолько тихо, что в этой комнате вы можете услышать звук работы собственных внутренних органов. Такой уровень сенсорной депривации заставляет все остальные ваши чувства резко обостриться, но также может вызывать очень странные ощущения в теле и мозге. (Проведя достаточно много времени в тихой комнате, у вас есть совершенно реальный шанс заработать шизофрению или получить странные способности, вроде возможности ощущать цвет на вкус). По этой причине, самое долгое время, которое человеку удалось провести в тихой комнате, составляет 45 минут, прежде чем он впал в тяжёлые галлюцинации.
Этот феномен заключается в том, что из-за температурных изменений воздуха в течение дня, звуковые волны могут менять своё направление. Днём звуковые волны уходят вверх из-за более холодного воздуха над поверхностью земли. Это создаёт «зону тени» там, где вы находитесь – звук фактически проходит у вас над головой. Поскольку этот феномен основан на колебаниях температуры, то он случается и в океане, и пилоты субмарин используют «зону тени» для укрытия от вражеских сонаров.
Как человеческие существа, мы имеем склонность всё что угодно превращать в оружие. Именно по этой причине мы сделали оружие даже из звука. Акустическое устройство дальнего действия (LRAD) – один из примеров подобного устройства. Оно выглядит как затемнённый прожектор, но обладает способностью выстреливать «луч» звука в цель на расстоянии многих сотен метров. Этот звуковой луч имеет громкость в 150 децибел, которая снижается с расстоянием. Это оружие может использоваться как средство подавления беспорядков, поскольку максимальная мощность устройства (когда вы стоите прямо перед ним) такова, что вызывает непереносимую боль, а также перманентный ущерб организму. С другой стороны, эти устройства успешно использовались на европейских круизных судах для отпугивания вездесущих сомалийских пиратов.
По сути это означает изменить способ, которым вы можете воспринимать звуковые волны. Для это всего лишь требуется перевести волны в некоторую видимую субстанцию-посредник. Если вы будете воздействовать звуковыми волнами на блюдо с мелкими частичками (например песком), вы увидите, что частички образуют различные паттерны, которые можно использовать для создания удивительных симметричных произведений искусства. Одним из первых наблюдателей этого занимательного природного феномена был Галилей в 1632 году, который с удивлением обнаружил, что частички на тарелке образуют параллельные линии, когда он проводил по ней резцом, что вызывало скрежещущий звук.
Теоретически, существует возможность быть убитым звуковым давлением, но не так, как вы можете себе это представить. Если взрыв достаточно силён, он может создать то, что известно как сверхдавление – резкое повышение атмосферного давления, которое обычно следует за большим взрывом. Оно также вызывает невероятно громкий звук, который вы, скорее всего, даже не услышите, поскольку ваши барабанные перепонки разорвутся примерно на 160 децибелах. На 200 децибелах давление будет достаточным, чтобы разорвать вам лёгкие и вызвать другие внутренние повреждения. Это вызывало большое удивление во времена Первой мировой войны, когда люди находили мёртвых солдат, которые не имели видимых внешних повреждений. Кстати, именно поэтому классическая сцена из фильма, когда героя подбрасывает в воздух гигантским взрывом, а через несколько секунд он встаёт и идёт дальше, абсолютно неправдоподобна. В реальной жизни Рэмбо в этот момент был бы уже глух и мёртв.
Многие компании и городские власти начали транслировать классическую музыку на городских улицы в высококриминальных зонах, вроде парковок, с целью обескуражить преступников. Основной идеей здесь является то, что эта музыка настолько не выносима для преступников, что они не захотят находиться рядом с её источником. Но эта концепция опирается и на вполне реальные научные данные: когда вы слышите музыку, которая вам не нравится, выработка допамина в вашем организме подавляется, что ухудшает ваше настроение и у вас возникает желание покинуть это место. А может быть она просто делает людей более послушными и спокойными. Какой бы ни была причина – она очевидно работает. В Лондоне классическую музыку начали играть на станциях метро в 2003 году, и за полтора года число ограблений и актов вандализма на них упало на 30 процентов.
Традиционные лазеры не требуют для своей работы среды-посредника, поскольку их создают при помощи света, который может свободно распространяться в вакууме. Звуковые же волны, наоборот, требуют для своего распространения проводящей среды, и поэтому идея делать лазеры на их основе кажется неэффективной. Однако в 2010 году учёные из Японии создали устройство, излучающее звуковой луч (названный фазером) с частотой 170 килогерц, что в 8 раз превышает порог восприятия человека. Он, безусловно, не так впечатляет, как световые лазерные шоу, но и у него нашлись полезные применения в области медицины и компьютеров.
Говоря о медицине, представьте себе – что по вашему мнению надо сделать, чтобы зашить зияющую рану на собственном теле? Очень просто: для этого надо выстрелить в неё сверхинтенсивным сфокусированным ультразвуковым лучом! «HIFU Transducer» — это устройство, которое может фокусировать акустическую энергию до такой степени, что она начинает создавать тепло, подобно увеличительному стеклу, фокусирующему энергию солнца. Устройство нагревает крошечный участок ткани, и в одном из проведённых исследований оно сумело успешно закрыть проколотые свиные лёгкие в 95 процентов случаев. В течение двух минут. И следует признать, что это огромный шаг вперёд для неинвазивной хирургии.
Одной из самых захватывающих новых областей исторических исследований является археоакустика, и она представляет собой фактически именно то, о чём говорит её название – использование звука для изучения археологии. Каждая комната в вашем доме имеет своё собственное уникальное «звучание», которое зависит от её планировки и используемых покрытий. Идея археоакустики заключается в том, что каждое историческое место также должно иметь своё собственное «звучание». Поэтому учёные из Университета Салфорда в Британии решили выяснить, как будет звучать Стоунхендж. Записав схему отражения акустических волн внутри Стоунхенджа и построив компьютерную модель, они обнаружили, что комплекс является сильно отражающим пространством, вроде лекционного зала, в силу плоской поверхности составляющих его камней. Вполне возможно, что именно это внесло вклад в его духовное значение для людей прошлого.
Мы знаем, что многие животные, вроде летучих мышей и дельфинов, ориентируются при помощи ультразвуковых волн. Но до недавних пор учёный не могли определить, как, к примеру, птицам удаётся пролетать такие огромные расстояния и при этом находить дорогу домой. В 1997 году 60 тысяч голубей сбились с пути во время миграции из Франции в Англию, когда пересекли путь следования самолёта Конкорд. Это позволило геофизику Джонатану Хагстраму предположить, что низкочастотный звук, создаваемый самолётом (неразличимый для человека) нарушил работу их внутреннего компаса. Проанализировав множество имеющихся исследований, Хагстрам заключил, что птицы создают определённые «звуковые карты» для навигации, и переменчивый ландшафт или возводимые человеком объекты могут случайно нарушать карты птичьей миграции.
Похожие публикации:
- Как включить тонометр омрон
- Как пользоваться модулем отображения информации от электросчетчика
- Как проверить межвитковое замыкание электродвигателя
- Что понимается под термином безопасная зона