神奇的超声波

来源 :初中生世界·初二物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanyong
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  夏夜,鸟儿归巢了,蝙蝠出现了. 它们在空中忽上忽下,施展着各种特技,捕食着昆虫,即便在漆黑的岩洞里,也能准确地捉到形体微小的飞虫.
  蝙蝠为什么能在黑暗中飞翔自如呢?难道它们有猫头鹰一般的眼睛?
  其实不然,科学家研究发现:其实蝙蝠的眼睛细小,视力极差,但蝙蝠在飞行的时候,喉内能发出人耳听不到的声波,这种声波的频率在20000Hz以上,我们管它叫超声波.由于超声波的方向性很强,当超声波遇到昆虫或障碍物而反射回来时,蝙蝠能够用耳朵接受,并能判断探测目标是昆虫还是障碍物,以及距离它有多远.每只蝙蝠,都有其固有频率,这样蝙蝠可分清自己的声音,不至发生扰乱.
  自然界中除了蝙蝠,海豚也会发出超声波.海豚在吃鱼的时候,能不断发出180kHz的超声波,对附近的海豚群会产生刺激作用,8km以外的海豚会迅速游到狩猎地.海豚还可用这种信号互相联系,因为在海里可视距离总是有限的,一旦分开来,就靠这种信号进行联络.此外,鲸也是利用超声波“看”东西的动物之一.
  超声波有哪些特点呢?超声波是人耳接受不到的一种声波,其在不同的介质中的传播速度不同.超声波的特点:(1) 方向性好;(2) 穿透能力强;(3) 易于获得集中的能量;(4) 具有多普勒效应;(5) 在水中传播距离远.
  根据仿生学原理,人类已将蝙蝠、海豚的这种回声定位的原理应用于现代电子学技术,为盲人研制成功了“探路仪”、“超声眼镜”.这些仪器有助于盲人的行走,因为它能把回声信号转换成人耳所能听到的声音,使盲人凭借从耳机中听到的声音去了解周围路况,避开障碍物.
  随着对蝙蝠回声定位系统的深入研究和应用,科学家们从蝙蝠发射、接受超声波中得到了启发,制造出了雷达、声呐等,这使敌军飞机不敢轻易出动,国际油轮不怕碰到冰山、暗礁.
  利用超声波在水中传播的特点可以制成探测水下情况的仪器——声呐,其中,主动声呐能主动发出超声波,并且收测各种回声,运用计算机计算发出和收到讯号的时间差,从而能发现各种目标.就是默不作声的石头,也逃脱不了超声波的“眼睛”.精密的主动声呐还能确定目标的位置、形状,甚至判断潜艇的性能.
  医学上,常用来观察人体内腑脏的仪器——B型超声波显像仪,简称“B超”也成了医生的“眼睛”,医生利用它来观察人体的腑脏.如果把一束束超声波送入人体,超声波的回波经过电子设备的处理就会在荧光屏上映出清晰的图像,把人体内脏的大小、位置、彼此之间的关系、内脏本身工作的情况反映得清清楚楚.用超声波对准人体内的结石,不断向它发射冲击波,那讨厌的结石便会被击成碎片,加服中药,可以使这些结石随尿排出.
  超声波检测的原理应用到工程上,叫超声探伤:向工件发射一束超声波.超声波遇到工件内隐藏的裂纹便会发生反射.超声波协助工程师看到工件的内伤,也是工程师的“眼睛”.利用超声波,人们还制造出了超声显微器,它使人们看到很细微的物体.
  利用超声波还可以进行超声波清洗.超声波清洗有时被人称为“无刷清洗”.它看起来的确神奇:把待洗的物体放在超声波清洗机中,不需任何刷、搓、滚动等清洗动作,污物自动从表面脱落、溶解,几分钟后就会变得干干净净.超声波清洗的原理是超声波在液体中传播时,会引起液体的剧烈振动,剧烈振动产生大量微小气泡,不断轰击被清洗物表面,使被清洗物表面及缝隙中的污垢迅速剥落.超声波清洗过程中再细的缝,再复杂的形状,都很难逃脱超声波的作用,用超声波清洗精密机件再好不过了.目前市场上有超声波洗碗机、超声波去污器、超声波清洗眼镜等.
  超声波还有一个显著特点就是热效应.超声波焊接就是利用了这个特点.超声波具有一定的频率和振幅,方向性又强,要是把它对准某一点,那该点就吸收了大量能量,便会出现温度升高的热效应.利用超声波焊接塑料,时间只需要1s左右.瑞典工程师还发明了一种用超声波焊接衣服纽扣的技术,这种纽扣背面固定了一块塑料条,用超声波把它“焊”到衣服上,十分牢固.利用超声波的热效应,还可以对病人进行理疗,起到松懈组织、舒经活血的作用.近来,癌症专家也开始注意超声波,可恨的癌细胞有个弱点,非常怕热,要是环境温度达到41~43℃,癌细胞就不能生存了,用加热的办法可以使癌细胞停止生长或死亡.怎样才能给癌细胞加热而又不影响正常组织呢?超声波是个好办法,它有容易调节、穿透能力强的特点,一束束方向性强的超声波直接射到癌细胞上,用热量来杀灭他们,达到治疗的目的.
  利用超声波的多普勒效应,能测出运动中物体的速度,即超声波测速.
  罗马尼亚一家印染厂利用超声波来印染织物,原来需要5h才能印好,现在只要25min.这种印染装置是由一架超声波发生器和一排发射器组成的.发射器直接浸在印染物的槽里,超声波的振动使色素微粒很快渗透到织物的纤维中去,超声波就成了能干的“印染工”.
  超声波捕鱼机: 利用超声波对鱼、鳖等水中一切冷血动物的心脏和脑部神经进行轰击,将其击昏缺氧,快速大面积浮出水面,达到捕捉效果(过5min后复活),捕大留小,不影响繁殖,对人体及热血动物绝对安全.
  神奇的超声波灭鼠器:这种灭鼠器产生超声波,破坏鼠的生理系统和神经系统,克制老鼠的繁衍,对驱除蟑螂、蚂蚁等也有效果.耗电仅3~5 W,对人畜无害无影响.
  此外,超声波还可以打字;可以制成超声波开关等等.
  超声波扩大了我们的视野,成了人类明亮的“眼睛”,成了医生灵巧的双手,成了现代电子技术中不可替代的先进武器.同学们,你们说看不到听不到的超声波神奇吗?留心观察一下,我们身边的哪些技术利用了超声波,并且把超声波的知识告诉给你的家人和朋友.
  
  责任编辑/王小兵
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