同學(xué)們,人能聽見蜜蜂飛行時翅膀振動發(fā)出的嗡嗡聲,卻聽不見蝴蝶飛行時翅膀振動所發(fā)出的聲音,你們知道這是為什么嗎?原來人耳聽覺頻率范圍是有限的,通常人耳聽覺的頻率范圍是20-20000Hz,各人的聽覺限度也不完全一樣,尤其以年齡不同而差異顯著,例如,小孩最高可以聽到30000Hz甚至40000 Hz的聲音,隨著年齡的增長,能聽見的最高頻率會逐漸減低,50歲左右的人最高只能聽見13000Hz的聲音,而70歲以上的老人一般只能聽見1000 Hz-4000 Hz的聲音,
根據(jù)聲波的振動頻率。聲波可分為次聲波、可聽聲和超聲波(如圖1)_我們把頻率高于20000Hz的聲波叫做超聲波,頻率低于20Hz的聲波叫做次聲波,下面我們一起認(rèn)識一下神奇的超聲波。
科學(xué)家們通過研究發(fā)現(xiàn),蝙蝠是利用超聲波來定位的,蝙蝠在飛行的方向上發(fā)出短促的超聲波,如遇到障礙物或昆蟲,超聲波就會被反射回來,蝙蝠的耳朵接受到這些回波后,進(jìn)行判別,就能躲避障礙物或捕捉小昆蟲了(如圖2),在自然界除了蝙蝠能發(fā)出和聽到超聲波外,還有海豚、蟋蟀、螞蚱、老鼠等也有這樣的“本領(lǐng)”,
由于超聲波的頻率高。因此它具有以下特點(diǎn)及應(yīng)用:
1,方向性好,幾乎沿直線傳播,在碰到雜質(zhì)或介質(zhì)分界面時會有顯著的反射,這是因?yàn)槌暡ǖ念l率高,波長短,能量較為集中,根據(jù)回聲到來的方位和時間,可以確定目標(biāo)的位置和距離,聲吶就是利用了超聲波的這一特性,聲吶向水中發(fā)射各種形式的聲信號,碰到需要定位的目標(biāo)時產(chǎn)生反射波,接收反射波后進(jìn)行信號分析與處理,排除干擾。從而顯示出目標(biāo)所在的方位和距離,利用聲吶可以進(jìn)行水中測量與觀察,利用聲吶還可以發(fā)現(xiàn)潛艇和魚群。測繪海底形狀等。
2,穿透能力強(qiáng),超聲波能穿透許多電磁渡所不能穿透的物質(zhì),在一些不透明的固體中能穿透幾十米的厚度,在液體和固體中傳播時衰減很小,這就使得超聲波成了探傷、定位的重要工具、把超聲波射入人體,可根據(jù)人體組織對趣聲波的傳導(dǎo)和反射能力的變化來判斷有無異常,如醫(yī)院里常用B超、A超、M超對病人進(jìn)行檢查,這種檢查對人體無損傷、無放射性。操作也很簡單方便。
3,易于獲得較集中的聲能。超聲波由于頻率高,因而能量大,而且又因?yàn)樗难苌湫?,所以很容易會聚,使能量非常密集,這樣,超聲波可用來對硬質(zhì)材料作切削、鑿孔加工以及用來清洗、焊接等,超聲波能使工件表面的污垢微粒受到劇烈振動而自動脫離工件。達(dá)到清洗的目的,如超聲波清洗機(jī),超聲波還能使塑料膜之間摩擦生熱,粘合在一起,如超聲波焊接器,利用超聲波的巨大能量還能把人體內(nèi)的結(jié)石擊碎。
超聲波除了以上這些特點(diǎn)與應(yīng)用外。人們還利用超聲波制成了超聲波速度測定器、超聲波金屬探傷儀和超聲波加濕器,
1842年。物理學(xué)家多普勒帶著女兒在鐵道旁散步時發(fā)現(xiàn):如果聲源一直在移動,那么,在聲源前方的聲波會被“擠壓”而變密,而在聲源后方的聲波會被“拉長”而變疏,當(dāng)聲波變密時,引起鼓膜每秒振動的次數(shù)增多,你就會感到音調(diào)變高;反之則音調(diào)變低,人們把這一現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。
利用超聲波的多普勒效應(yīng),可制成速度測定器(目前交警多數(shù)是利用紅外線產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)測定車輛速度的)。
超聲波在被檢測材料中傳播時,材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化就會對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響,通過對超聲波受影響程度的分析可了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化情況。這樣的技術(shù)稱為超聲檢測技術(shù)。
把超聲波通入水罐中,劇烈的振動會使罐中的水“破碎”成許多小霧滴,再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)。就可以增加室內(nèi)空氣的濕度,這就是超聲波加濕器的原理。