2. Механические волны
Механической волной называют механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию.
Уравнение волны выражает зависимость смещения колебательной точки, участвующей в волновом процессе, от координаты ее равновесного положения и времени.
Пусть волна распространяется вдоль оси ОХ без затухания с амплитудой А. Зададим колебание точки с координатой х = 0 (источник колебаний) уравнением
(1)
До точки с произвольной координатой х
возмущение от начала координат дойдет
через время
,
поэтому колебания этой точки запаздывают:
(2)
Так как
,
то
(3)
Волновой процесс связан с переносом энергии.
Поток энергии волн равен отношению энергии, перенесенной волнами через некоторую поверхность, ко времени, в течение которого эта энергия перенесена
(4)
Интенсивность волн (вектор Умова)равна потоку энергии волн, отнесенному к площади ориентированной перпендикулярно направлению распространения волн.
(5)
Примеры решения задач
1. Определить разность фаз в пульсовой
волне между двумя точками артерии,
расположенными на расстоянии
см
друг от друга. Скорость пульсовой волны
считать равной 10 м/с, а колебания сердца
гармоническими с частотой 1,2 Гц
Решение
Длине волны соответствует разность фаз
2
,
а расстоянию
- разность фаз
,
которую следует найти. Составим пропорцию
Отсюда
Ультразвук
Природа и свойства. УЗ-механические колебания и волны с частотой от 20кГц до 1010ГЦ. Распространение УЗ в среде сопровождается его поглощением. Чем больше поглощение УЗ, тем меньше глубина его проникновения. Скорость распространения УЗ в жидкости 1500 м/с, в твердом теле -4000 м/с.
При распространении УЗ имеют место дифракция, интерференция, преломление и отражение. Отражение и преломление УЗ происходит на границе контакта сред, отличающихся по плотности.
Источники и приемники ультразвука. Для генерации УЗ применяют УЗ-излучатели. Они бывают 2-х типов: механические и электромеханические. Наибольшее распространение получили э/м излучатели. Их действие основано на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта – механической деформации тела под действием переменного электрического поля. Для приема используется явление прямого пьезоэлектрического эффекта, при котором УЗ-колебания, попадая на поверхность пьезокристалла, вызывают его колебания, сопровождающиеся генерацией переменного электрического поля.
Воздействие УЗ на организм.УЗ влияет на скорость биохимических реакций, увеличивает проницаемость клеточных мембран, скорость диффузии, активирует обменные процессы. УЗ вызывает микровибрации на клеточном и субклеточном уровнях, разрушает клетки и микроорганизмы.
Использование УЗ в диагностике
Метод ультразвуковой эхолокации.Суть метода состоит в регистрации УЗ-сигнала, отраженного от границ раздела тканей, отличающихся по плотности: костей, мышц, кожи и т.д. Эхо УЗ - сигнала усиливается, обрабатывается по заданной программе и поступает на монитор в виде изображения.
УЗ - локация чаще всего используется для изучения аномалий органов брюшной полости: почек, надпочечников, селезенки, желчного пузыря и протоков, печени и т.д.
УЗ методы широко применяются в акушерстве и гинекологии, при исследовании щитовидной железы, обследовании сердца и сосудов, в офтальмологии и т.д.
Применение УЗ для лечения
Тепловое действие УЗ широко применяется в физиотерапии для лечения воспалительных заболеваний: синуситов, гайморитов, бронхитов и т.д., для заживления ран, лечения трофических язв, рассасывания отеков и гематом, заживления костной ткани.
Эффективным средством лечения является фонофорез –введение в организм человека с помощью ультразвука жидких лекарственных препаратов.
С помощью УЗ-скальпеля проводится рассечение ткани с одновременной коагуляцией сосудов.
УЗ используется для дробления почечных камней (УЗ-литотрипсия).