ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 02 - Валерий Иванович Гуляев

звуки, окружающие нас, очень разнообразны и подразделяются на слышимые (шум, музыка, речь) и неслышимые (гиперзвук, ультразвук, инфразвук). Физическая сущность слышимых и неслышимых звуков одна и та же. Почему же именно ультразвуковой диапазон привлек внимание ученых самых различных специальностей? Дело в том, что ультразвуки имеют некоторые особенности по сравнению со звуками слышимого диапазона. В ультразвуковом диапазоне сравнительно легко получить направленное излучение; он хорошо поддается фокусировке, в результате чего повышается интенсивность ультразвукового поля на определенном участке. Распространение ультразвука в газах, жидкостях и твердых телах сопровождается новыми интереснейшими явлениями, многие из которых нашли практическое применение в различных областях науки и техники.

Ультразвук приобрел теперь множество профессий. Ультразвук строит и разрушает, режет и сверлит, штампует и паяет, очищает, сортирует, стерилизует, разведывает. Он помогает текстильщикам шлифовать основы и красить ткани, пищевикам экономить жиры, высокоэффективными способами осветлять виноградный сок, намного ускорять созревание духов, рыбакам обнаруживать косяки рыб, военным морякам — подводные лодки, машиностроителям определять в деталях скрытые дефекты. Его взяли на вооружение геологоразведчики и нефтяники. Довольны и химики, получая с помощью ультразвука тонкие краски и различные эмульсии. Применение ультразвука в металлургии привело к разработке принципиально новой технологии. Благодаря ультразвуку стало возможным синтезирование дисперсных сплавов и создание антифрикционных материалов, значительно интенсифицировался процесс обогащения руды. Ультразвуковые устройства нашли применение в радиоэлектронике и при исследовании состава и свойств вещества. Ультразвук стал незаменимым в диагностике и лечении заболеваний. Для этой цели созданы многие ультразвуковые медицинские приборы. И это еще не весь перечень, его можно продолжить.

Все большую роль ультразвук начинает играть в научных исследованиях. Успешно проведены теоретические и экспериментальные последования в области ультразвуковой кавитации и акустических течений, позволившие разработать новые технологические процессы. Формируется новое направление в химии — ультразвуковая химия, то есть химия, использующая ультразвук для ускорения химико-технологических процессов. Научные исследования в области физики способствовали зарождению нового раздела акустики — молекулярной акустики, изучающей молекулярное взаимодействие звуковых волн с веществом. Возникли новые области применения ультразвука — интроскопия, голография, квантовая акустика, ультразвуковая фазометрия, акустоэлектроника и др.

Одновременно с теоретическими и экспериментальными исследованиями выполнено много практических работ. Разработаны и внедрены в производство универсальные и специальные ультразвуковые приборы, станки, агрегаты, установки. Созданы и уже применяются ультразвуковые автоматы, включенные в поточные линии, они позволяют значительно повысить производительность труда, эффективность производства и улучшить качество продукции.

УЛЬТРАЗВУК И ЖИЗНЬ

Ученые-биологи провели простой, но чрезвычайно важный опыт. Под микроскопом — две капли воды. Одна облучена ультразвуком, в ней нет живых организмов. В другой капле мечутся гидры. Теперь исследователи аккуратно соединяют иглой капли, чтобы озвученная вода проникла к неозвученной. Гидры немедленно реагируют на это: их щупальца начинают беспорядочно двигаться. Через некоторое время кончики щупалец отмирают и распадаются, на пятнадцатой примерно минуте гидры превращаются в бесформенные мертвые комочки. Почему? Оказывается, в озвученной воде образуются сотые доли процента азотной кислоты. Ни на вкус, ни по запаху обнаружить такую ничтожную примесь невозможно. Однако изменение кислотности воды оказывается достаточным, чтобы нарушить процессы обмена веществ в микроорганизме. Уничтожающее действие на бактерии оказывают и кавитационные пузырьки, вблизи которых возникают импульсы очень высоких давлений.

Были проведены и другие опыты, которые показали, что ультразвук отрицательно влияет на многие простейшие живые организмы. Например, большие дозы ультразвука разрывают и уничтожают инфузории, и даже такие стойкие микроорганизмы, как туберкулезные палочки. Под действием ультразвука в течение одного часа снижается активность вирусов гриппа в тысячи раз, а такие бактерии, как стафилококки, стрептококки, вирусы энцефалита и некоторые другие, уничтожаются полностью. Разрушение микроорганизмов наблюдается только при повышенной интенсивности излучения. При малой же интенсивности ультразвука, наоборот, происходит стимулирование роста бактерий и вирусов. Способность ультразвука уничтожать микроорганизмы и бактерии ученые-медики использовали в своей практике. — Так, например, ультразвуком начали стерилизовать препараты сыворотки крови из плазмозаменяющих растворов, что повысило их качество и увеличило срок хранения.

Ультразвук действует и на более сложные живые организмы, такие как головастики, лягушки, рыбы и пр. При облучении ультразвуком эти организмы парализуются или погибают. Сразу же после начала облучения эти организмы проявляют сильное беспокойство, а через минуту полностью прекращают двигаться. Рыбы при этом переворачиваются на бок или даже вверх брюшком, а некоторые из них всплывают на поверхность. Если прекратить облучение, рыбы становятся вновь подвижными, а если облучение продолжить, то они погибают. При интенсивном облучении на теле рыб возникают небольшие кровотечения. В поле мощной ультразвуковой сирены в течение короткого времени погибают многие мелкие животные и насекомые.

Создано ультразвуковое устройство УЗГ, предназначенное для защиты от грызунов на площади до 200 м2. Ультразвуковые сигналы дезориентируют грызунов, подавляя их способности в ориентации. Мыши покидают помещения через три дня, а крысы — через одну-две недели. Другое ультразвуковое устройство «Заслон» тоже используется для борьбы с мышами и крысами. Они не выдерживают определенной (ультразвуковой) частоты и разбегаются в разные стороны, покидая это помещение. Один ультразвуковой генератор обслуживает 8 излучателей. Для этих же целей применяется ультразвуковой прибор «Радаркан», но он рассчитан еще и на отпугивание тараканов и комаров.

Японской фирмой «Кобе» создан ультразвуковой генератор, работающий на частоте 19,5 кГц. При воздействии на крыс в течение некоторого времени ультразвуковыми волнами было замечено, что они становятся нервными, пугливыми, а иногда, наоборот, агрессивными и нападают друг на друга. Если ультразвуковой прибор повесить в амбаре или на складе, где водятся крысы, то через некоторое время они либо погибнут, либо будут вынуждены убежать в другое место. Зона эффективного действия прибора 225 м2.

Всем известно, что дятлы — полезные птицы. Ведь они уничтожают насекомых, питающихся древесной массой, и тем самым сохраняют лес. Однако иногда они наносят и вред, разрушая своими мощными клювами деревянные строения, в стенах которых они разыскивают свое лакомство. Как бороться с птицами в этом случае, не уничтожая их? Японские инженеры и для этой цели применили специальный ультразвуковой генератор. Он работает на частоте 20–50 кГц, отпугивая дятлов в радиусе 50 м. Подобным методом можно бороться и с термитами, которые превращают деревянные сооружения в труху.

А как ультразвуковые колебания воздействуют на человека? Ведь с введением новых технологических процессов, современных машин и оборудования, связанных с применением ультразвуковых колебаний, все большее число людей подвергается воздействию ультразвука. В Московском институте гигиены имени Ф. Эрисмана были произведены многочисленные исследования по изучению влияния ультразвука на состояние рабочих, непосредственно связанных с ним в своей работе. Ученые установили, что на человека оказывают действие ультразвуковые колебания только большой интенсивности. Те, кто попал в зону сильного ультразвукового излучения, жалуются на недомогание и