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人类的好朋友:超声波

time:2022-06-08 10:56:00 author:小编 click:

200多年以前,意大利有一位叫斯勃拉采尼的科学家,他曾花了好几年的时间,专门研究蝙蝠的行为。他发现蝙蝠辨别方向靠的既不是眼睛也不是鼻子,而是耳朵。但是斯勃拉采尼始终也没搞清楚其中的奥秘。现在我们知道,蝙蝠是靠发射一种人类听不见的声波-超声波,然后接收反射回来的超声波来判断飞行方向的。

人们受到蝙蝠的启发,制成了现代的超声雷达和无线雷达。那么何谓超声波呢?人能听到的声波的频率范围是20赫兹到20000赫兹,频率低于20赫兹的叫次声波,高于20000赫兹的就叫超声波。蝙蝠发出的超声波的波长约为0.5厘米,在飞行时每秒钟发出大约30个超声讯号,在接近障碍物1米时,增加到每秒钟60个讯号。现代制造超声波的仪器,其主要部件是一块压电石英晶片,在频率高达几十万赫兹的交变电压的作用下,产生规则的振动,发出超声波。

倒车雷达

超声波具有极为广泛的应用,它可以用来清洗钟表一类的精密零件;也可以清洗大型的导弹壳体、核反应堆里的热交换器;它可用于钻孔,切割坚硬的物体;它还能使两种不能混合的液体混合起来,还可用来为食物杀菌。利用超声波可以制成超声雷达,对海洋的开发和利用具有重要意义。超声波还可以用于金属探伤和处理植物种子等。

如果你仔细观察一下透过室内的一束光线中的空气,就会发现有许多小微粒到处飘浮,这就是灰尘。因为灰尘很轻,重力还不足以把它们拉到地面上,所以它能浮在空中。工厂的烟囱里冒出团团黑烟,污染了城市,损害了公共卫生。怎样把灰尘、黑烟除掉呢?现在人们想出了办法,只要安装一个超声波除尘器,空气就能被净化了。超声波为什么能有这样高的除尘本领呢?因为超声波的振动频率比普通声波要大得多,当它作用到含有灰尘或黑烟的空气中的时候,灰尘或烟气中的微粒就会随着超声波的振动而激烈振动起来,由于小微粒之间互相碰撞,它们会互相黏合起来,形成较大的颗粒,重力就会使它们下沉,于是灰尘降到地面,烟囱里的烟尘降到烟囱底部。这就是超声除尘的道理。

在金属或其他物品的表面上沾污的油垢或别的脏物,也可以用超声波来清洗。只要把待洗的物品(如金属机件)浸到盛有清洗液(如肥皂、汽油等)的缸子里,然后再向清洗液里通进超声波,一会儿工夫物品表面的油污或脏物就去掉了。为什么超声波又有这么强的去污本领呢?原来,当超声波遇到某种物体时,由于声波的振动,使物体分子受到压缩和舒张两种作用。在这种情况下物体所受到的压力等于大气压加上声压(空气被声波压缩时),或等于大气压减去声压(空气被声波舒张时)。平时,声压非常小,但超声波能携带很大的能量,它所产生的声压也很大。例如,当一般强度的超声波通过水中时,产生的附加压可以达到好几个大气压。由于液体比较能经受得住附加压力,而经不住附加拉力,在拉力集中的地方会发生碎裂,这种碎裂会使液体内部产生许多小空泡。小空泡会在瞬间崩溃,崩溃时产生很强的冲击波。因为超声波频率很高,使这种小空泡急速地生而灭,灭而生,从而不断地产生冲击波,进而把金属机件表面的油垢或杂质清洗干净。

超声清洗器

超声波除污又快又干净,而且无孔不入,无垢不除,令人十分满意。如洗项链,人工洗会很麻烦,并且容易损伤物品,工效也很低。如果用超声波清洗,只要把整个项链放到水里,儿分钟就洗好了。超声波可以帮助我们清洗光学镜头、仪表元件、医疗器械和半导体器件等许多重要的精密零件,甚至有一些尖端工业部门也要用超声波来帮忙。例如:在导弹惯性制导系统中,齿轮上不容许沾染一点儿污垢,用普通方法清洗很难达到要求,而超声波能干得很好。

超声波还可用于食品的消毒。在制造罐头等食品时,一般都要用高温进行消毒杀菌,这常会破坏某些食品的营养成分。而利用超声波进行消毒,不必再加高温,食品的营养成分就可以完好地保存了。

超声波还能促进植物生长。在法国国家研究中心声学实验室附近,科学家们发现一种奇怪的现象,那儿的花长得特别大,甘薯长得像足球一样,萝卜能够长到2.5千克,蘑菇的直径可以长到60厘米,原因是那里不断有超声波发出来。实验还发现,有些植物的种子用一定频率和强度的超声波处理以后,就能提早发芽,而且苗儿长得更茁壮,还能提前开花结果和增加产量。比如,小麦种子用超声波处理两分钟,发芽率能从91%提高到96%,收成增加将近一成;给棉花种子“听”一会儿超声波,能提前3天吐絮和多结双桃。

超声处理棉花种子

超声波为什么能加速种子萌芽,促进植物生长呢?种子发芽需要水分、氧气和一定的温度。种子外面包着一层严严实实的种子皮,它虽然能保护种子不受损伤,但是它也同时限制了种子与外界的接触,使种子“喝”不到足够的水分,“呼吸”也特别微弱,就像睡着了一样,即使有了合适的条件,也不易发芽。当超声波作用于浸泡在水里的种子时,激烈的超声振动会对种子产生一种类似摩擦的作用,使种子皮的透水性和透气性大大增强,并能使种子的温度略有升高。这样,种子易吸水“发胖”,呼吸也加快了,就能提早发芽。同时,在超声波的作用下,种子内贮存的淀粉、脂肪和蛋白质能更好地溶于水,变成易被种子吸收的营养物质,种子发芽后,吃得“饱”,苗儿长得就壮。超声波还有杀菌作用,能杀死潜伏在种子身上的病菌和虫卵,不让它们到大田里为非作歹,因而对植物的生长极为有利。但要注意:植物喜欢的超声波都有一定的频率和强度,如果处理不当,非但不能促进植物增产,还会造成种子的死亡和减产。

能不能让超声波帮助医生看到人体内部的隐患呢?1942年,一位医师首先报道了他利用超声检测仪诊断颅脑的情况,后来有许多人从事此项研究。人们发现:声波在人体的各种组织中传播速度各不相同。在脂肪中,平均声速为1450米/秒,在肝中为1549米秒,在头盖骨里为4084米/秒。超声波经过人体各种组织传播时能量衰减的情况也大不相同。超声波在传播中,遇到各种变化了的部位就会发生反射。这些都为医生们提供了人体内部的信息。

超声诊断仪

在医学家和物理学家的共同努力下,一门新兴的学科-超声医学已经诞生了。1930年,中国科学院声学研究所研制成了一种超声图像诊断仪,医生们利用这台仪器从荧光屏上长时间地观察了人体器官的活动情况,并且进行了照相和录像。超声医学不但研究利用超声诊断疾病,还在研究利用超声治疗疾病,它是一门大有作为的学科。

超声波的应用前景非常广阔,随着科技的发展,我们会开发出超声波更多的应用方式,超声波与人类的关系也会越来越密切。

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