Утворення інфразвуку в океані реферат

Обновлено: 05.07.2024

Вторым, малоизвестным неспециалистам, видом движения морской воды являются внутренние волны. Хотя они открыты в океане уже давно, на рубеже XIX и XX вв. (экспедиция Нансена на "Фраме" и работа Экмана, объяснившего наблюдения мореплавателей), их активное изучение началось только после второй мировой войны. Внутренние волны возникают в слоях воды с относительно высоким вертикальным градиентом плотности, если внешнее возмущение выведет этот слой из состояния равновесия. Внешними возмущениями могут быть, например, приливно-отливные движения воды в зоне прибрежного подъема дна или подводных гор. Внутренние волны могут иметь весьма широкий спектр. Их верхняя частота зависит от вертикальных градиентов плотности и период этих колебаний практически не бывает короче 5-6 мин. Нижняя частота, называемая инерционной, определяется скоростью вращения Земли и географической широтой; соответствующий период равен 12-13 ч в полярных водах, на широте 30° он равен 24 ч и практически неограничен вблизи экватора. Длина короткопериодных (минуты) волн соответствует десяткам и сотням метров, а длиннопериодных (часы) - десяткам километров. Высоты длиннопериодных волн в глубинах моря, особенно в слое термоклина, составляют десятки метров, а иногда достигают и 100 м. Движутся внутренние волны очень медленно, гораздо медленнее, чем волны на поверхности, но распространяются они на большие расстояния от места возникновения. В Приложении 10 приведен пример записи короткопериодных внутренних волн.

Внутренние волны иногда достигают поверхности, но это не сопровождается подъемом воды - препятствуют силы гравитации. Однако рисунок гребней на поверхности отчетливо виден в тихую погоду. Дело в том, что движение частиц воды во внутренней волне в областях гребней и впадин происходит в противоположных направлениях (так же, впрочем, как и в поверхностных волнах, см. ниже). Из-за этого оказываются различными условия воздействия ветра на поверхность, т.е. условия возникновения мелкой ряби. Если вода на поверхности движется навстречу ветру, то рябь более интенсивна, чем при совпадении этих направлений. В результате на поверхности часто можно видеть чередование полос гладкой воды и воды, покрытой рябью. Зрительно это воспринимается как чередование светлых и темных полос (Приложение 11). Это явление видели многие, кто любовался спокойным морем с высокого берега или с палубы корабля. До недавнего времени оно не имело своего объяснения.

Однако внутренние волны не только оживляют морской пейзаж, встреча с ними под водой может оказаться роковой: есть предположение, что трагическая гибель в 1963 г. американской подводной лодки "Трешер" была вызвана внутренней волной. Внутренние волны (особенно короткопериодные) могут оказать заметное влияние и на распространение подводного звука. Они искажают горизонтальную слоистость вод океана, формирующую подводный звуковой канал. В присутствии внутренних волн изотермы и изопикны (поверхности равной температуры и плотности) из горизонтальных плоскостей превращаются в волнистые поверхности с заметными наклонами. Кстати, водолазы, часто визуально отмечающие границу верхнего термоклина по изменению коэффициента преломления света, в присутствии внутренних волн фиксировали и волнообразные колебания этой границы.

3.4 Поверхностные волны

Теперь о поверхностных волнах, о собственно морском волнении. Пожалуй, в море нет другого явления, которое так широко известно. От древних мореплавателей и философов до художников и поэтов современности, от старого деда, всю жизнь проведшего на берегу, до юного мальчика, впервые вступившего на морскую гальку, нет никого, кто оставался бы равнодушным к могучей и переменчивой красоте морских волн (Приложение 12, Приложение 13).

И тем не менее до сегодняшнего дня, несмотря на усилия многих ученых во всем мире, еще нет надежного способа количественно описать движение реальной морской поверхности. Ничтожно мало (меньше десяти) и число натурных опытов, где был бы зафиксирован с достаточной подробностью рельеф морской поверхности на площади протяженностью хотя бы в несколько сотен метров. Всем, кто соприкасается с этими вопросами, известны технические трудности таких экспериментов и сложности создания теории, учитывающей все многообразие геофизических факторов, влияющих на форму и движение морской поверхности.

Морское волнение является случайным процессом в том смысле, что каждая его реализация в деталях практически неповторима. Однако существуют некоторые общие закономерности волнения, и его связь с гидрометеоусловиями может быть описана статистическими методами. Как всякий случайный процесс, он может быть представлен как суперпозиция бесконечно большого числа гармонических составляющих со случайными амплитудами и фазами. Для описания волнения обычно используют энергетический спектр этих составляющих (Приложение 14).

Основная энергия волн сосредоточена в максимуме на частотах в доли герца, это примерно соответствует волнам, отмечаемым глазом человека на поверхности моря. Уровень и положение этого максимума на шкале частот зависят от скорости ветра: он тем выше и тем больше сдвинут в сторону низких частот, чем сильнее ветер. Волнение инерционно, и при любом изменении ветра лишь через некоторое время устанавливается динамическое равновесие между энергией, передаваемой от ветра к волнам, и затуханием энергии волн из-за их разрушения, внутреннего трения и передачи кинетической энергии в глубинные слои воды.

Интересно отметить, что частицы воды при волнении движутся совсем не так, как сама поверхность. Они не качаются, как щепка, плавающая на поверхности, и не бегут вместе с гребнями волн. Каждая частица воды вблизи взволнованной поверхности движется по замкнутой вертикальной орбите, имеющей форму, близкую к окружности, с радиусом, равным полувысоте волны (Приложение 15). Центр орбиты находится на горизонте, соответствующем положению равновесия в отсутствии волн. Амплитуда волнового движения и соответственно радиусы орбит частиц воды убывают с глубиной экспоненциально и тем быстрее, чем короче волна. На глубине, равной половине длины волны, амплитуда волнового движения убывает примерно в 23 раза, а на глубине, равной длине волны на поверхности, - более чем в 500 раз.

Совокупное действие всех перечисленных выше динамических водных процессов- синоптические вихри, течения, внутренние и поверхностные волны - порождает в толще вод турбулентное движение, флуктуации температуры и плотности. Величины вариаций характеристик воды невелики, но достаточны, чтобы оказать заметное влияние на скорость звука. Обусловленные этими вариациями пространственные и временные флуктуации скорости звука имеют случайный характер и особенно интенсивны в верхних слоях, включая перемешанный слой и слой верхнего термоклина.

Совсем недавно было обнаружено, что в океане существуют ярко выраженные неоднородности, сильно вытянутые в горизонтальном направлении. Эти образования имеют толщину в единицы и десятки метров и простирание в несколько километров по горизонтали. В сущности, океан представляет собой тонко прослоенный пирог. Современные чувствительные зонды, позволяющие детально изучить зависимость температуры, солености и скорости течения от глубины, показывают, что эти характеристики практически постоянны в пределах слоев и изменяются почти скачком при пересечении их границ. Соответствующую изрезанность приобретает и профиль скорости звука.

Естественно, что случайные нерегулярности скорости звука в толще воды и волнение ее поверхности оказывают значительное влияние на условия распространения звука в воде. Когда акустическая волна проходит через случайно неоднородную толщу океанских вод или отражается от взволнованной поверхности океана, часть звуковой энергии рассеивается в других направлениях.

Величина и фаза рассеянного поля в каждый момент времени зависят от той случайной комбинации неоднородностей и неровностей поверхности, которая встретилась на пути пробега звука от источника. Эти комбинации непрерывно изменяются как за счет беспорядочного движения самих неровностей и неоднородностей, так и из-за движения среды в целом относительно излучателя и приемника (качка и дрейф судов, течения и пр.).

При смене этих комбинаций (смене реализации среды) фаза и величина рассеянного звукового поля изменяются случайным образом, флуктуируют. При достаточно большом числе неоднородностей на пути распространения звука средние свойства рассеянного поля могут быть описаны статистическими методами. Одной из главных характеристик является интенсивность рассеяния, определяющая долю энергии первичной волны, рассеянную по другим направлениям. Вторая характеристика - среднее распределение рассеянной энергии по направлениям, или индикатриса рассеяния. Третья характеристика - частотный и пространственный спектры рассеянного поля.

Если излучатель и приемник находятся вблизи оси подводного звукового канала и распространение звука происходит без отражений от поверхности (Приложение 4), то случайные вариации скорости звука - на турбулентных неоднородностях - основная причина рассеяния энергии передаваемых по каналу сигналов. В этом случае глубина флуктуаций в точке приема, как правило, невелика и сигнал мало отличается по виду от излученного. Частота флуктуаций зависит от скорости смены реализации. Случайные турбулентные неоднородности в толще вод океана изменяются или смещаются весьма медленно (в акустике их принято называть даже "замороженными"). Поэтому смена реализации почти всегда определяется скоростью течений и движения судов. Если эти скорости известны, то частота флуктуаций позволит оценить размеры рассеивающих неоднородностей. Этот метод изучения температурных неоднородностей неоднократно применялся в океанологии.

Если источник звука находится вблизи поверхности, далеко от оси подводного звукового канала, то основная часть звуковой энергии переносится вдоль лучей, отражающихся от поверхности (Приложение 5). Термин "отражение" здесь может быть использован только весьма условно. На самом деле переизлучение звука морской поверхностью - процесс значительно более сложный, и в нем большую роль играет рассеяние звука волнами. Наиболее сильно рассеивают звук длинноволновые компоненты, соответствующие максимуму спектра волнения. Как правило, рассеянное поле отбрасывается в основном по направлению зеркального отражения от средней, т.е. горизонтальной, плоскости. В подавляющем большинстве океанических ситуаций рассеяние на поверхности сильнее объемного и, если звук отражается от поверхности, то этот процесс и определяет доминирующую часть рассеянного поля в удаленной точке приема.

Мы уже говорили, что если вдоль трассы распространения звука, вблизи поверхности, образуются зоны тени, то понятие "тень" здесь условно - сюда приходят звуковые волны, отраженные от дна океана. Остановимся более подробно на том, что представляют собой сигналы, "отраженные" дном. На дне есть неровности, которые имеют случайные размеры и расположены в пространстве также случайно. Акустические антенны, установленные на судах, движутся относительно дна за счет качки, дрейфа или хода судов. Из-за этого озвученная площадь дна ("звуковое пятно") непрерывно смещается и, следовательно, непрерывно изменяются фазовые соотношения между сигналами, переизлученными отдельными неровностями. В результате рассеяние звука неровностями дна, несмотря на их неподвижность, оказывается процессом, подобным рассеянию звука поверхностью. Рассеянный сигнал беспорядочно флуктуирует, и уровень его тем больше, чем более неровным является дно.

В равнинных районах дна океана отражение звука значительно ближе собственно к отражению. Рассеиваемая энергия сосредоточивается в узком максимуме индикатрисы вокруг зеркального направления, и поэтому уровень отраженных сигналов заметно выше, чем в гористых районах, хотя разница в типе грунта (ил на равнинах и скалы в горах) должна была бы привести к противоположному эффекту. Однако различие рельефа а, следовательно, и особенностей рассеяния оказывается доминирующим.

За последние десять лет в западной части Центральной Атлантики, в районах Флоринского пролива, Багамских и Бермудских островов учеными США были выполнены весьма интересные опыты. Большая часть работ проводилась с акустическими антеннами, закрепленными неподвижно на склонах дна; расстояния между корреспондирующими пунктами (длины трасс) варьировались от десятков до почти полутора тысяч километров. Работы выполнялись на частотах в сотни герц, а продолжительность непрерывных наблюдений составляла недели, месяцы, а в некоторых опытах была больше года.

В результате обработки полученных записей были выявлены сильные вариации амплитуды и фазы акустических сигналов с самыми разными периодами. На мелководных трассах основной механизм воздействия приливов на условия распространения звука связан с изменением толщины водного слоя и соответствующих этому вариаций структуры лучевой картины. В глубоком океане основная роль принадлежит внутренним волнам, порождаемым приливами вблизи материковых склонов. Следует добавить, что влияние внутренних волн не ограничивается вариациями амплитуды и фазы сигналов, изменяется и направление их распространения.

Объем реферата, естественно, позволил охватить только малую долю вопросов и направлений, изучаемых в акустике океана. "За бортом" остались все акустико-биологические проблемы - от рассеяния звука мелкими обитателями морей и океанов до сложнейших механизмов использования акустических волн такими высокоразвитыми животными, как дельфины. Вопросы собственных шумов моря - гидродинамических, подледных, сейсмических, биологических и т.д. - также остались за рамками статьи. Можно было бы назвать буквально десятки ситуаций, когда акустические волны эффективно используются для изучения океана: уже упоминавшееся картирование дна, поиск и учет рыбных запасов, разведка полезных ископаемых в толще дна океана и т.д. Все эти и многие другие проблемы изучаются молодой, быстро развивающейся наукой - акустикой океана

Список литературы

Реферат на тму "Инфразвук", в котором ученик рассматривает такие вопросы: что такое инфразвук, источники инфразвука,его влиние на организм человека. область применимости.

Вложение	Размер
infrazvuk.docx	45.41 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

Выполнил: ученик 8а класса

Проверил: Киржаева Д.Г.

Звук и его восприятие человеком
Инфразвук
Источники инфразвука
Влияние инфразвука на организм человека
Меры борьбы с инфразвуком
Области применения инфразвука
Исследования инфразвука

Живя в мире, наполненном различными звуками, мы редко задумываемся, что же такое - звук, и какое влияние он оказывает на нас.

А ведь самого по себе звука, как мы привыкли его слышать, вовсе не существует. В окружающем нас пространстве беззвучно перемещаются немые волны различной частоты.

Природой человеку дан слуховой аппарат, способный трансформировать эти волны в звук, однако люди могут услышать лишь малую часть из всего того широкого диапазона частот, что окружают нас с момента рождения. Человечество веками жило, не подозревая о том, что за порогами слышимости тоже существуют звуковые волны, могущие оказывать влияние на наш организм и нашу психику.

Понятно, что постоянный шум или резкие звуки влияют на людей отрицательно, а спокойная музыка, тихий шум леса или падающей воды, пение птиц - успокаивают человека, восстанавливают его силы.

Данная тема актуальна , так как мы живем в мире инфразвуков. Инфразвуковые колебания возникают при порывах ветра, движении человека и животных, при работе транспорта и промышленных объектов и т.д. Мощные инфразвуковые волны сопровождают извержения вулканов, землетрясения, цунами, приливы, штормы, смерчи и т.п.

Большинство людей мало интересует, как на них влияет звук, который они не слышат. А ведь этот неслышимый звук изучают уже около ста лет. И успешно применяют его для разных целей.

Задачи: основная задача исследовать инфразвуковое воздействия на наше повседневное восприятие. Для этого нужно раскрыть сущность понятия инфразвуковых колебаний и показать, какие источники инфразвука существуют в нашей повседневной жизни, и каким образом инфразвуку удается влиять на человека. Также в работе предоставляется описание истории исследований о влиянии инфразвуковых волн на человека.

Механические волны - это колебания частиц определенной частоты, распространяющиеся в веществе, удаляясь от места их возникновения.

Колебания – это движения, которые повторяются через конкретные промежутки времени.

Механические волны распространяются в упругой среде (когда между частицами вещества возникают силы упругости).

По характеру колебаний частиц волны делят на поперечные, продольные и поверхностные.

Поперечные волны возникают только в твердых телах. В поперечных волнах частицы среды испытывают смещение в направлении, перпендикулярном направлению распространения. Примером волны такого рода могут служить волны, бегущие по натянутому резиновому жгуту или по струне.

Если смещение частиц среды происходит вдоль направления распространения волны, то волна называется продольной . Волны в упругом стержне или звуковые волны в газе являются примерами таких волн.

Продольные волны распространяются в жидкостях и газах за счет последовательного сжатия и разряжения между частицами вещества. Поверхностные волны возникают на границе раздела двух сред. Колеблющиеся частицы сред являются как поперечными, так и продольными волнами.

Для возникновения механической волны необходимы два условия: наличие упругой среды, присутствие источника колебаний (тело, совершающее гармоничные колебания).

2. Звук и его восприятие человеком.

Звуковые волны являются механическими волнами, и относятся к бегущим продольным волнам. В бегущих волнах происходит перенос энергии без переноса вещества.

Частота звуковых волн находится в диапазоне от 20 до 20000Гц. Скорость звука впервые была измерена в 1636 году. При температуре 20 °C она была равна 343 м/c.

Помимо скорости распространения и частоты звук характеризуется еще одной величиной – громкость звука, но поскольку эта величина очень изменчива (зависит от длительности и индивидуальных особенностей слушателей), то чаще всего ее характеризуют интенсивностью звуковых волн (амплитудой их колебаний) измеряемой в белах.

Восприятие звука человеком заключается в том, что звуковые колебания, достигая барабанной перепонки, передают на нее колебания, которые во внутреннем ухе преобразуются в электрические импульсы и передаются в мозг.

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц

Инфразвук является составной частью спектров шумов, излучаемых многими технологическими агрегатами.

Волны инфразвука имеют те же свойства, что и обычные звуковые волны. Но в тоже время они имеют ряд особенностей: длина их волны значительно больше (волна с частотой 3.5 Гц имеют длину 100м), они мало поглощаются окружающей средой (в том числе и звукоизоляцией), следовательно, распространяется на очень большие расстояния, и пройдя 100км, гаснут всего на 1дБа, а также обладают большой проникающей способностью. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот.

Для фиксации инфразвука применяют микрофоны, гидрофоны и геофоны. Используются также специальные низкочастотные приёмники электрохимического и оптического типа.

4. Источники инфразвука.

Источниками инфразвука являются тела, создающие низкочастотные (ниже 20гц) колебания

В природе очень многие тела являются источником инфразвука: грозовые разряды резкие порывы ветра инфразвуковыми колебаниями сопровождаются извержения вулканов, сейсмическая активность (землетрясения), ураганы.

Американские учёные обнаружили, что тигры и слоны используют для коммуникации друг с другом не только рычание, мурлыкание или рев и трубные позывы, но также и инфразвук, то есть звуковые сигналы очень низкой частоты, неслышные для человеческого уха.

Естественными источниками инфразвука в воздушной среде является метеорологические явления. Инфразвуковые волны генерируются атмосферными турбулентными изменениями давления, ветром и т.д. В атмосфере вклад в шумовое инфразвуковое поле вносят грозовые разряды, полярные сияния и т.п.

Естественными источниками инфразвука в водной среде также являются метеорологические явления. Эти волны генерируются океаническими турбулентными изменениями давления, морскими волнами (в т.ч. приливными), водопадами и т.п. В океане же вклад в шумовое инфразвуковое поле вносят изгибные колебания и температурное растрескивание ледяного покрова.

Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ

Человек и его внутренние органы также являются источником инфразвука.

Также в природе встречаются инфразвуковые аномалии – это природные резонаторы больших размеров образованные рельефом.

5. Влияние инфразвука на организм человека.

Инфразвук оказывает преимущественно негативное влияние на физическое и психологическое состояние человека. Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110дб и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Это вызвано тем что при работе многие органы человека совершают колебания с частотой ниже 20Гц: при сокращении сердце дает звук с частотой 1-2Гц, мозг во время сна с частотой 0,5-3,5Гц, а в период работы 14-35Гц, собственная частота грудной клетки – (5 –8 Гц), брюшной полости – (3 – 4 Гц) при совпадении частоты инфразвуковой волны с частотой органа работа последнего усиливается, что может привести к повреждению или разрыву органа. Также инфразвук оказывает негативное влияние на кровеносную систему: в несколько раз усиливается свертываемость крови, что может привести к образованию застоев крови в сосудах. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

Инфразвук в области от 6-7 Гц оказывает губительное действие на организм человека. Биологическое действие инфразвуковых колебаний менее 1 Гц сводится к появлению признаков морской болезни со всеми сопутствующими изменениями центральной нервной системы и внутренних органов.

Однако даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, если они носят длительный характер. Некоторые нервные болезни, свойственные жителям промышленных городов, вызываются именно инфразвуками, проникающими сквозь самые толстые стены.

6. Меры борьбы с инфразвуком

Поскольку в современном мире нас окружает инфразвук, важно знать каковы способы защиты от него. Поскольку инфразвук имеет ряд особенностей, а именно низкую поглощаемость окружающей средой, то обычные звукоизоляции будут малоэффективными для борьбы с инфразвуком. Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике. К таким средствам относятся:

изоляция объектов, являющихся источниками инфразвука
устранение низкочастотных вибраций
использование механизмов повышающих частоту колебаний до слышимых частот
Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения транспорта

А также п ри выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука.

использование индивидуальных средств защиты органов слуха.

В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума.

Немаловажное значение для защиты от инфразвука уделяется соблюдению режима труда и отдыха, так при контакте с инфразвуком рекомендуется делать перерывы в 15 минут через каждые 1,5 часов работы.

7. Области применения инфразвука.

Дальнобойность – это очень важное свойство низкочастотного звука. В сочетании с хорошей способностью отражаться оно делает возможным использовать инфразвук в различных областях науки и техники.

С помощью инфразвука можно предсказать опасное природное явление в результате, которого была создана волна, это возможно, потому что скорость распространения инфразвуковых волн больше чем скорость распространения стихийного бедствия.

При обтекании волнистой поверхности моря потоками воздуха возникают инфразвуковые волны с частотой около 6 Герц. Они распространяются в воде со скоростью 1500 м/сек. При помощи специальных измерительных устройств шторм может быть обнаружен задолго до того, как он достигнет побережья.

С помощью инфразвука было определено существование масс теплого воздуха в стратосфере. Для этого пучок инфразвуковых волн, излучаемых генератором, был направлен в верхние слои атмосферы. Теплый воздух имеет плотность, отличную от холодного. Инфразвуковые волны, отраженные от теплых слоев воздуха, были зафиксированы приемником. Зная время прохождения прямой и отраженной волны, определили высоту границы раздела воздушных сред с разной плотностью. Она оказалась расположенной на высоте 30-50 км.

Инфразвук в диагностике механизмов. При работе механизмов зазоры между сопряженными деталями со временем изменяются. Если величина их превысит допустимое значение, то возникают дополнительные вибрации с инфразвуковой частотой, которые свидетельствуют о неисправности данного соединения или о выходе eгo из строя.

Используя специальные инфразвуковые приборы, можно заранее определить степень износа деталей машин и тем самым предупредить их разрушение до появления слышимых стуков. Исследуя вибрации, протекающие с инфразвуковой частотой во время испытания новых машин и сооружении, можно заранее принять меры для их устранения в серийном или массовом производстве.

В настоящее время инфразвук начинают медленно использовать в медицине. В основном при лечении рака (удаление опухолей ), в микрохирургии глаза (лечение заболеваний роговицы) и в некоторых других областях. В России впервые лечение инфразвуком роговицы глаза применили в Российской детской клинической больнице. В первые в практике детской офтальмологии при лечении заболеваний роговицы применен инфразвук и инфразвуковой фонофорез. П одведение лекарственных веществ к роговице с помощью инфразвука позволило не только ускорить процесс выздоровления, но и способствовало рассасыванию стойких помутнений роговицы, а также снизить количество рецидивов заболевания.

Сейчас существуют немало физиоотерапевтических аппаратов использующих метод лечения инфразвуком. Но они имеют применение лишь в узких специализациях. По применению инфразвука против рака известно очень мало, существуют единичные устройства такого типа. Хотя перспективность их применения не вызывает больших сомнений. Сложность применения обусловлена тем, что инфразвук оказывает губительное воздействие на живой организм, нужно провести сотни испытаний и много лет работы, чтобы найти подходящие параметры воздействия.

Искусственно создаваемый инфразвук успешно применяется при сейсмической разведке полезных ископаемых. Поскольку инфразвук способен проникать сквозь землю почти не поглощаясь и отражаться от крупных объектов. С его помощью определяют есть ли в земле пласты горных пород, от которых отражается инфразвук. Этот способ широко применяется в геологии.

Инфразвук в навигации. При движении судов в море от шума двигателя и гребного винта в воде также возникают инфразвуковые волны, которые распространяются во все стороны с большой скоростью. Используя излучаемые инфразвуки, можно предупредить столкновение судов в море во время сильного тумана, ночью и в ненастье.

Области применения инфразвуковых волн далеко не исчерпываются приведенными примерами. Инфразвук можно использовать даже для регистрации различных процессов, происходящих при полете ракет, управляемых по радио, или искусственных спутников Земли и т.д.

8. Исследования инфразвука

Инфразвук отнюдь не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет, ведь длинные органные трубы способны издавать звук частотой ниже 20 Гц, такие есть в некоторых соборах и церквях. Этот звук не слышен для человеческого уха, но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить в аудиторию разнообразные и не слишком приятные чувства — тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике.

Для исследования воздействия инфразвука на людей сотрудник Национальной лаборатории физики в Англии доктор Ричард Лорд и профессор психологии Ричард Вайсман из Хертфордширского университета провели довольно странный эксперимент над аудиторией из 750 человек. С помощью семиметровой трубы им удалось примешать к звучанию обычных акустических инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта, слушателей попросили описать их впечатления. "Подопытные" сообщили, что почувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже побежали мурашки, у кого-то возникло тяжелое чувство страха. "Некоторые ученые полагают, что инфразвуковые частоты могут присутствовать в местах, которые, по легендам, посещают призраки, и именно инфразвук вызывает странные впечатления, обычно ассоциирующиеся с привидениями, - наше исследование подтверждает эти идеи", - заявил Вайсман.

Еще один опыт был проведен 26 сентября 2002 года в Ливерпуле посетители концерта органной музыки стали участниками следующего научного эксперимента: британские исследователи хотели проверить, как слушатели будут реагировать на инфразвук, то есть звуковые вибрации, недоступные для восприятия человеческим ухом.

Учёные ожидали, что во время 50-минутного концерта российской органистки Евгении Чудинович, который прошел в центральном соборе города (Metropolitan Cathedral), инфразвук вызовет у аудитории сугубо положительные эмоции, к примеру, у людей поднимется настроение. С другой стороны, от "беззвучной музыки" у слушателей могут возникнуть и рвотные позывы. Результаты свидетельствуют, что странные ощущения возрастали на 22% при прослушивании самых низких нот. По мнению профессора Ричарда Вайсмана, именно наличием таких труб в органе можно объяснить таинственный трепет, охватывающий многих прихожан, а также возникновение у них таких ощущений как "дрожь в суставах", "странное ощущение в животе", "участившееся сердцебиение", "ужасное беспокойство

Выполнив данную работу, собрав, обработав и обобщив большое количество материала по данной проблеме, я узнал много нового об инфразвуке. Об опасности, которую он может представлять для организма человека, и о том, насколько широко его можно использовать в различных областях науки.

Очень перспективными я считаю использование инфразвука в медицине для лечения раковых заболеваний, способов коммуникации животных а также для прогнозирования места и времени будущих извержений вулканов и землетрясений. Интересно было узнать о разработке оружия массового воздействия с использованием инфразвука. Было очень приятно и интересно работать над этой темой, так как я считаю её перспективной и мало освещённой для широкого круга людей. Материал может быть использован как на уроках физики и биологии, так и во внеклассной работе.

Инфразвук (от латинского infra - ниже, под), упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16-25 Гц. Нижняя граница инфразвукового диапазона неопределенна. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей Гц., т. е. с периодами в десяток секунд. Обычно слух человека воспринимает колебания в пределах 16-20000 Гц (колебаний в секунду). Инфразвук вызывает нервное перенапряжение, недомогание, головокружение, изменение деятельности внутренних органов, особенно нервной и сердечно - сосудистой систем. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказания стихийного бедствия -- цунами. Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоев атмосферы, свойств водной среды. "Голос моря" - это инфразвуковые волны, возникающие над поверхностью моря при сильном ветре, в результате вихреобразования за гребнями волн. Вследствие того, что для инфразвука характерно малое поглощение, он может распространяться на большие расстояния, а поскольку скорость его распространения значительно превышает скорость перемещения области шторма, то "голос моря" может служить для заблаговременного предсказания шторма. Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. На краю "колокола" у медузы расположены примитивные глаза и органы равновесия - слуховые колбочки величиной с булавочную головку. Это и есть "уши" медузы. Они слышат инфразвуки с частотой 8 - 13 Гц. Шторм разыгрывается еще за сотни километров от берега, он придет в эти места примерно часов через 20, а медузы уже слышат его и уходят на глубину. Длина инфразвуковой волны весьма велика (на частоте 3.5 Гц она равна 100 метрам), проникновение в ткани тела также велико. Можно сказать, что человек слышит инфразвук . В этой работе описаны основные темы, касающиеся инфразвука.

Источники инфразвуковых волн

Характерный частотный диапазон инфразвука

Весь спектр инфразвукового диапазона

Снаружи 70-90 дБ, внутри до 120 дБ

Железнодорожный транспорт и трамваи

Внутри и снаружи от 85 до 120 дБ

Промышленные установки аэродинамического и ударного действия

Вентиляция промышленных установок и помещений, то же в метро

Снаружи до 130 дБ

Инфразвук в нашем мире
Инфразвук сопровождает нас в повседневном окружении. Инфразвуковые шумы, производимые градирнями теплоэлектроцентралей, различными устройствами всасывания воздуха или выпуска отработавших газов; неслышимые, но такие вредные инфразвуковые излучения мощных виброплощадок, грохотов, дробилок, транспортеров. Инфразвуковые волны активно распространяются в атмосфере. Всё это сказывается на нашем здоровье. Известны некоторые редкие трагические инценденты, предположительно связанные с инфразвуком. Виднейший акустик Т. Тарноци доложил о гибели в гроте Бордаль (Верхняя Венгрия) трех туристов в условиях резкого изменения атмосферного давления. В сочетании с узким и длинным входным коридором грот являл собой подобие низкочастотного резонатора, а это могло послужить причиной резкого увеличения колебаний давления инфразвуковой частоты.
Периодически наблюдавшееся появление судов - “летучих голландцев” с мертвыми на борту также иногда предположительно приписывали мощным инфразвуковым колебаниям, возникающим во время сильных штормов и тайфунов. Если мы смогли бы снабдить все суда простейшими инфразвуковыми самописцами уровня (инфразвукового шума), чтобы можно было сопоставить затем изменения самочувствия экипажа с записанными колебаниями давления воздушной среды. Пока же специалисты по охране окружающей среды ограничились тем, что установили, например, приемники инфразвука в верхних частях “точечных” зданий и при этом обнаружили следующее: во время сильных порывов ветра уровень инфразвуковых колебаний (частоты 0.1 Гц) достигал на тридцатом этаже 140 дБ, то есть даже несколько превышал порог болевого ощущения уха в диапазоне слышимых частот. В одном эксперименте показано, что даже небольшая, по сравнению с длинной инфразвуковой волны, комната может служить волновым резонатором с частотой 5,5 Гц. Экспериментально показано, что нахождение в разных частях даже небольшого помещения способно вызвать разнонаправленную реакцию органов и систем человека и животных. У человека, который находится в одном конце помещения, падает работоспособность, уменьшается частота различия звуковых импульсов и световых мельканий, резко активируется активность регуляции сосудистой системы и развивается реакция гиперкоагуляции крови (сверхсвёртываемости крови).
Это связано с прямым действием инфразвука на стенки кровеносных сосудов. В тоже самое время у человека, находившегося в противоположном конце помещения умеренно, но статистически достоверно, растет работоспособность, уменьшается активность свертывающих систем крови и улучшаются показатели реакции на частоту световых мельканий и звуковых импульсов.
Зависимость ответной реакции организма на нахождение человека и животных в разных частях одного и того же помещения сохранялась в пределах проверенной интенсивности инфразвука от 80 до 120 дБ и частотах 8, 10 и 12 Гц.
Предельно-допустимые уровни (ПДУ) звукового давления на рабочих местах устанавливается СН (санитарные нормы) 2.2.4/1.8.583-96 дифференцированно для различных видов работ. Общий уровень звукового давления для работ различной степени тяжести не должен превышать 100 дБ, для работ различной степени интеллектуально-эмоциональной напряженности не более 95 дБ.

Применение инфразвука в медицине
В настоящее время инфразвук начинают медленно использовать в медицине. В основном при лечении рака (удаление опухолей), в микрохирургии глаза (лечение заболеваний роговицы) и в некоторых других областях. В России впервые лечение инфразвуком роговицы глаза применили в Российской детской клинической больнице. Впервые в практике детской офтальмологии при лечении заболеваний роговицы применен инфразвук и инфразвуковой фонофорез. Подведение лекарственных веществ к роговице с помощью инфразвука позволило не только ускорить процесс выздоровления, но и способствовало рассасыванию стойких помутнений роговицы, а также снизить количество рецидивов заболевания. Сейчас существуют немало физиоотерапевтических аппаратов использующих метод лечения инфразвуком. Но они имеют применение лишь в узких специализациях. По применению инфразвука против рака известно очень мало, существуют единичные устройства такого типа. Хотя перспективность их применения не вызывает больших сомнений. Сложность применения обусловлена тем, что инфразвук оказывает губительное воздействие на живой организм, нужно провести сотни испытаний и много лет работы, чтобы найти подходящие параметры воздействия. Будущее этого метода не за горами.

Защита от инфразвукового воздействия
Можно с уверенностью сказать? что способов борьбы с инфразвуком не так уж и много. Общественные меры борьбы с шумом начали разрабатываться уже давно. Например, Юлий Цезарь почти 2000 лет назад в Риме запретил езду ночью на грохочущих колесницах. А 400 лет назад королева Англии Елизавета III запретила мужьям бить своих жен после 10 часов вечера, "чтобы их крики не беспокоили соседей". Многие другие запреты так же вводились в разных странах в разные исторические периоды. Сейчас уже в мировом масштабе принимаются меры борьбы с шумовым загрязнением среды: усовершенствуются двигатели и другие части машин, этот фактор учитывается при проектировании трасс и жилых районов, используются звукоизолирующие материалы и конструкции, экранирующие устройства, зеленые насаждения. Но следует помнить, что и каждый из нас должен быть активным участником этой борьбы с шумом. Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.). В технике, борьбу с инфразвуком в источнике возникновения необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования - увеличения его быстроходности (например, увеличение числа рабочих ходов кузнечно-прессовых машин, чтобы основная частота следования силовых импульсов лежала за пределами инфразвукового диапазона). При выборе конструкций предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади и малой жесткости создаются условия для генерации инфразвука. В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др. Некоторые исследователи разделяют действие инфразвука на четыре градации - от слабой до смертельной. Классификация - вещь хорошая, но она выглядит довольно беспомощно, если неизвестно, с чем связано проявление каждой градации. Применение звукоизоляции инфразвука на практике представляет достаточно сложную инженерную задачу, так как требуются весьма мощные строительные конструкции с массой одного квадратного метра изоляции не менее 105-106 кг. На нижеследующем рисунке представлены спектры уровня инфразвука от оборудования цеха по производству асфальта, замеренные в квартирах первого этажа 4 - этажного панельного дома, имеющего двойные деревянные переплеты окон. Спектр 1 соответствует измерению инфразвука в квартире с открытыми окнами, спектр 2 - с закрытыми. Обращает на себя внимание полное отсутствие эффекта звукоизоляции в инфразвуковом диапазоне частот. Следует отметить, что существующие расчетные зависимости эффективности звукоизоляции неприменимы для инфразвука.
Нельзя в конце этой части не отметить то, что в борьбе с инфразвуком на путях распространения используют глушители интерференционного типа, они являются современным высокоэффективным средством по защите от инфразвуковых волн. К сожалению, для подробного описания этого устройства, научные познания автора в этой области находятся не на столь высоком уровне. Можно только сказать, что в этом устройстве применяются теоретические обоснования течения нелинейных процессов в поглотителях резонансного типа.
Инфразвуковое оружие и его применение.
В XXI веке имеются сведения по разработке и испытаниях инфразвукового оружия некоторыми странами - лидерами на военно-политической мировой арене, в том числе непременно США и Россией. Создатели сверхоружия, основанного на воздействии инфразвука, утверждают, что оно полностью подавляет противника, вызывая у него такие "неотвратимые" последствия, как тошнота и рвота. В основном инфразвуковое оружие применяют против живой силы. По данным исследований, проводившихся в некоторых странах, инфразвуковые колебания могут воздействовать на центральную нервную систему и пищеварительные органы, вызывая паралич, рвоту и спазмы, приводить к общему недомоганию и болевым ощущениям во внутренних органах, а при более высоких уровнях на частотах в единицы Гц - к головокружению, тошноте, потере сознания, а иногда к слепоте и даже смерти. Инфразвуковое оружие может также вызывать у людей паническое состояние, потерю контроля над собой и непреодолимое желание укрыться от источника поражения(!), что особенно ценно в условиях войны. Определенные частоты могут воздействовать на среднее ухо, вызывая вибрации, которые в свою очередь, становятся причиной ощущений сродни тем, какие бывают при укачивании, морской болезни. Дальность его действия определяется излучаемой мощностью, значением несущей частоты, шириной диаграммы направленности и условиями распространения акустических колебаний в реальной сред Разработчики вооружения такого вида и исследователи его ужасных последствий потратили немало денег из государственной казны. Инфразвуковое оружие - один из видов ОМП (оружие массового поражения), основанного на использовании направленного излучения мощных инфразвуковых колебаний. Прототипы такого оружия уже существуют и неоднократно рассматривались в качестве возможного объекта для испытаний. Практический интерес представляют колебания с частотой от десятых и даже сотых долей до единиц Гц. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, в воде и в земной коре могут распространяться на большие расстояния, проникать сквозь бетонные и металлические преграды. Это оружие оказывает психотронное воздействие на ЦНС (центральная нервная система) человека, впоследствии при высоких частотах выводя из строя весь организм. В США разработками этого секретного оружия занимается Пентагон, в частности Минобороны США. Наряду с разработками инфразвуковой пушки, там особое внимание уделяют исследованиям по воздействию этого оружия на человека, выделяются многомилионные трансферты. Ивестно, что разработками такого вида вооружения занимались в СССР, в конце 80-х годов. Из рассказа доктора технических наук В. Канюка: “Я возглавлял секретный комплекс в Подлипках. Он входил в НПО “Энергия” (руководитель - акодемик В.П. Глушко). Во исполнении закрытого Постановления ЦК КПСС и Совмина СССР от 27 января 1986 года мы создали генератор специальных физических полей. Он был способен корректировать поведения огромных масс населения. Выведенная на космическую орбиту, эта аппаратура охватывала своим “лучем” территорию, равную Краснодарскому краю. Средства, ежегодно выделявшиеся на эту и смежные с ней программы, были эквивалентны пяти миллиардам долларов(!). ” (да, именно тех долларов по курсу около 6 руб. за 1 у.е.) Летом 1991 года комитет Верховного Совета СССР опубликовал жутковатую цифру. КГБ (комитет госбезопасности, аналог нашего ФСБ или американского ФБР), Академия наук, Министерство обороны и другие ведомства израсходовали на разработки психотронного оружия полмиллиарда полновесных дореформенных рублей. Одной из главных задач было “дистанционное медико-биологическое и психофизическое воздействие на войска и население противника”. В России (по неофициальным данным) существуют отечественные разработки психотронного оружия основанного на распространении инфразвуковых волн “Лава - 5” и “Русло - 1”. Указывается, что в классификации средств массового поражения (ею пользуются военно-промышленные комплексы развитых стран) появился пункт: “Это оружие с воздействием на генетический аппарат. В определенных кругах оно называется “экологически чистым” и даже “гуманным”, не разрушающим городов и зачастую не убивающим людей, например, как ядерное оружие. Несмотря на низкую разрушающую способность, оно имеет более высокий КПД против живой силы противника (за исключением ядерного оружия и некоторых др.). Это оружие так же интересно не только военным, но и силам полиции, как эффективная мера воздействия во время разгона демонстраций и массовых беспорядках, оно должно в будущем заменить водомётные пушки, резиновые пули и дубинки, слезоточивый газ и др. устаревшие средства. Его так же называют этническим оружием. Можно с уверенностью сказать, что инфразвуковое оружие - это новая веха в разделе оружий массового поражения.
За последние десятилетия мы многое узнали о инфразвуке, природе происхождения, его распространения, воздействии на человека, использовании в качестве оружия и о др.. Не все тайны инфразвука перед нами открылись, до сих пор много вопросов остались открытыми. Ответы на них придётся искать последующим поколениям, они обязательно приоткроют “завесу” тайн, которую сейчас скрывает природа. В свое время Роберт Кох предсказал: "Когда-нибудь человечество вынуждено будет расправляться с шумом столь же решительно, как оно расправляется с холерой и чумой". И это действительно так. Ученые многих стран мира решают проблему борьбы с шумом, так как и он является источником инфразвука. Проводятся всякие всевозможные меры “расправы” как над инфразвуком, так и над шумом. Это имеет большое значение. Сейчас между учеными идет спор, опасен ли все-таки так сильно инфразвук или нет. Я могу с большой долей вероятности сказать, что он опасен. Особенно в руках, которые не могут его контролировать и следить за его нераспространением (здесь имеется в виду инфразвуковое оружие). Инфразвук в будущем сможет принести много полезного человечеству, главное правильно и грамотно его использовать

Читайте также: