Эхолокация сообщение по физике

Обновлено: 05.07.2024

Содержание

История

Открытие эхолокации связано с именем итальянского естествоиспытателя Ладзаро Спалланцани. Он обратил внимание на то, что летучие мыши свободно летают в абсолютно тёмной комнате (где оказываются беспомощными даже совы), не задевая предметов. В своём опыте он ослепил несколько животных, однако и после этого они летали наравне со зрячими. Коллега Спалланцани Ж. Жюрин провёл другой опыт, в котором залепил воском уши летучих мышей, — и зверьки натыкались на все предметы. Отсюда учёные сделали вывод, что летучие мыши ориентируются по слуху. Однако эта идея была высмеяна современниками, поскольку ничего большего сказать было нельзя — короткие ультразвуковые сигналы в то время ещё было невозможно зафиксировать [1] .

Впервые идея об активной звуковой локации у летучих мышей была высказана в 1912 году Х. Максимом. Он предполагал, что летучие мыши создают низкочастотные эхолокационные сигналы взмахами крыльев с частотой 15 Гц [1] .

Об ультразвуке догадался в 1920 году англичанин Х. Хартридж, воспроизводивший опыты Спалланцани. Подтверждение этому нашлось в 1938 году благодаря биоакустику Д. Гриффину и физику Г. Пирсу. Гриффин предложил название эхолокация (по аналогии с радиолокацией) для именования способа ориентации летучих мышей при помощи ультразвука [1] .

Эхолокация у животных

Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др.).

Происхождение эхолокации у животных остаётся неясным; вероятно, она возникла как замена зрению у тех, кто обитает в темноте пещер или глубин океана. Вместо световой волны для локации стала использоваться звуковая [1] .

Данный способ ориентации в пространстве позволяет животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине.

Среди членистоногих эхолокация обнаружена только у ночных бабочек совок. [2]

Техническое обеспечение эхолокации

Эхолокация может быть основана на отражении сигналов различной частоты — радиоволн, ультразвука и звука. Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при известной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала. Обследование участка дна таким образом при помощи звука занимало значительное время.

Сейчас используются различные технические решения с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые позволяют существенно ускорить процесс эхолокации.

Навык в основном предназначен для животных, ведущих ночной образ жизни, глубоко роющих норы или живущих в глубинах океанов. Поскольку они живут или охотятся в районах с минимальным освещением или полной темнотой, они стали меньше полагаться на зрение, вместо этого они используют звук для создания мысленного образа своего окружения. Мозг животных, который эволюционировал, чтобы понимать эти эхо, улавливает определенные звуковые характеристики, такие как высота звука, громкость и направление, чтобы ориентироваться в окружающей среде или находить добычу.

Следуя аналогичной концепции, некоторые слепые люди смогли приучить себя использовать эхолокацию, щелкая языком.

Как работает эхолокация?

Чтобы использовать эхолокацию, животное сначала должно создать какой-то звуковой импульс. Обычно звуки состоят из высоких или ультразвуковых писков или щелчков. Затем они прислушиваются к эхо излучаемых звуковых волн, отражающихся от объектов в их среде.

Летучие мыши и другие животные, использующие эхолокацию, специально настроены на свойства этого эха. Если звук возвращается быстро, животное знает, что объект находится ближе; если звук более сильный, оно знает, что объект больше. Даже высота эха помогает животному составлять карту своего окружения. Объект, движущийся по направлению к нему, создает более высокий тон, а объекты, движущиеся в противоположном направлении, приводят к более низкому возвращающемуся эхо.

Исследования сигналов эхолокации обнаружили генетическое сходство между видами, которые используют эхолокацию. В частности, косатки и летучие мыши, имеют общие специфические изменения в наборе из 18 генов, связанных с развитием ганглиев улитки (группа нейронных клеток, ответственных за передачу информации от уха в мозг) (1).

Эхолокация теперь предназначена не только для природы. Современные технологии позаимствовали концепцию таких систем, как гидролокатор, используемый для навигации подводных лодок, и ультразвук, используемый в медицине для отображения изображений тела.

Эхолокация животных

Исследования социальной коммуникации летучих мышей показывают, что летучие мыши используют эхолокацию, чтобы реагировать на определенные социальные ситуации, а также различать пол или индивида. Дикие летучие мыши-самцы иногда различают приближающихся летучих мышей исключительно на основании их эхолокационных сигналов, производя агрессивные вокализации в отношении других самцов и ухаживания после того, как услышали эхолокационные призывы самок (2).

Зубатые киты, такие как дельфины и кашалоты, используют эхолокацию, чтобы перемещаться по темным мутным водам глубоко под поверхностью океана. Эхолоцирующие дельфины и киты испускают ультразвуковые щелчки через носовые ходы, посылая звуки в морскую среду, чтобы определять местонахождение и различать объекты на близком или дальнем расстоянии.

Эхолокация человека

Это вспыхивает. Вы действительно получаете непрерывное видение, как если бы вы использовали вспышки, чтобы осветить затемненную сцену. Это приобретает четкость и фокусировку с каждой вспышкой, что-то вроде трехмерной нечеткой геометрии. Это в 3D, это имеет трехмерную перспективу, и это ощущение пространства и пространственных отношений. У вас есть глубина структуры, у вас есть позиция и размер. У вас также есть довольно сильное чувство плотности и текстуры, которые, если хотите, похожи на вспышки гидролокатора.

ЭХОЛОКАЦИЯ (от эхо и лат. locatio — размещение) у животных, излучение и восприятие отражённых, как правило, высокочастотных, звуковых сигналов с целью обнаружения объектов в пространстве, а также получения информации о свойствах и размерах лоцируемых целей (добычи или препятствия). Эхо— один из способов ориентации животных в пространстве. Эхо развито у летучих мышей и дельфинов, обнаружена у землероек, ряда видов ластоногих (тюлени), птиц (саланганы и некоторые др.). У дельфинов и летучих мышей Эхо основана на излучении ультразвуковых импульсов частотой до 130—200 кгц при длительности сигналов обычно от 0,2 до 4—5 мсек, иногда более. С помощью эха дельфины даже с закрытыми глазами могут находить пищу не только днем, но и ночью, определять глубину дна, близость берега, погруженые предметы. Их эхолокационные импульсы человек воспринимает как скрип двери, поворачивающейся на на ржавых петлях. Свойственна ли эхолокация усатым китам, издающим сигналы с частотой лишь до нескольких килогерц, пока не выяснено.

Звуковые волны дельфины посылают направленно. Жировая подушка, лежащая на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа действуют как звуковая линза и рефлектор: они концентрируют сигналы, излученные воздушными мешками, и в виде звукового пучка направляют их на лоцируемый объект.

У птиц, живущих в тёмных пещерах (гуахаро и саланганы), используется для ориентации в темноте; они излучают низкочастотные сигналы в 7—4 кгц. У дельфинов и летучих мышей, кроме общей ориентации, эхо служит для определения пространств, положения цели, размеров, а в ряде случаев — и распознавания облика цели. У упомянутых млекопитающих часто служит важным средством поиска и добычи объектов питания.

Лит.: Айрапетьянц Э. Ш., Константинов А. И., Эхолокация в природе, 2 изд., Л., 1974. Г. Н. Симкин. ЭХОЛОКАЦИЯ, один из способов звуковой локации, при котором расстояние до объекта определяется по времени возвращения эхо-сигнала.

ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ (от эхо и энцефалография), ультразвуковая энцефалография, метод исследования головного мозга с помощью ультразвука. Основан на свойстве ультразвука отражаться от границ сред (структурных образований мозга) различной плотности. Основной диагностический критерий (предложен в 1955—56 швед, врачом Л. Лекселлем) — отклонение срединного эха, или М-эха (М — от позднелат. те-dialis — срединный), представляющего собой отражение ультразвука от срединных структур мозга (эпифиза, 3-го желудочка, прозрачной перегородки, межполу-шарной щели). В норме М-эхо, регистрируемое в виде пика на ультразвуковой энцефалограмме, совпадает со средней линией головы. При наличии внутричерепной опухоли, кровоизлияния, абсцесса и др. патологических образований М-эхо смещено в сторону здорового полушария (см. рис.). Предложены и др. диагностические критерии: увеличение расстояния между эхо-сигналами от боковых стенок 3-го желудочка при гидроцефалии; относительно быстрая нормализация возникшего смещения М-эха при острой непроходимости сонной артерии и т. д. При ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ применяют специальные ультразвуковые энцефалографы, преобразующие отражённые ультразвуковые сигналы в электрические импульсы. Эти импульсы отображаются графически на экране аппарата и фотографируются.

ЭХО , композиционный и исполнительский приём, основанный на повторении муз. фразы с меньшей силой звучности теми же или другими голосами, инструментами.

Лит.: Р э л е и Д ж., Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955; Г р и ф ф и н Д., Эхо в жизни людей и животных, пер. с англ., М., 1961.

Нередко мы слышим о каких-то новых или уже привычных изобретениях, которые были созданы величайшими умами человечества, и начинаем восхищаться, каким невероятным образом им удалось совершить действительно стоящее открытие. Практически всегда мы основываемся именно на силах природы и на законах физики, это открытие для многих. В обычных и вполне обыденных явлениях окружающей действительности скрывается невероятный источник знаний и идей, которые можно применять ежедневно для улучшения качества жизни человека. Например, связь звука и эхолокации доказала, что даже без зрения можно жить полноценно.

Что такое эхолокация?

Смотрите видео о том, что такое эхо и эхолокация.

Принцип работы

На самом деле здесь все очень просто и разобраться со сложными на первый взгляд нюансами действительно не составит даже незнающему человеку никакого труда.

Например, в пустом помещении очень хорошее эхо лишь потому, что отталкиваться там особо не от чего, поэтому волны просто возвращаются назад. А в плотно обставленной комнате все наоборот – объектов настолько много, что волну буквально бросает от одного угла помещения к другому. Можно сравнить эхолокацию с частотой.

Для эхолокации важен период, когда волна отправилась в свободное путешествие, но еще не вернулась. Чем дольше возвращение сигнала, тем дальше расстояние до предмета. Данное правило применяется в эхолокации очень часто.

Эхолокация у животных

Другие примеры животных-эхолокаторов:

дельфины;
землеройки;
акулы;
киты.

На примере их жизнедеятельности можно догадаться или предположить, где применяется эхолокация.

Эхолокация и её применение

Самый интересный для мужской половины населения вопрос касается применения эхолокации в технике. В особенности это довольно-таки актуальный вопрос для любителей охоты и рыбалки. Недаром практически каждый рыбак-любитель буквально мечтает о таком нужном и полезном приборе, как эхолот. С его помощью всегда можно следить за тем, что творится на дне и делать процесс ловли рыбы в разы эффективнее и, безусловно, приятнее. Кто не хочет вернуться к семье с хорошим уловом?

Применяется эхолокация в военном деле, в промышленности, в технике. Приборов, позволяющих производить какие-либо манипуляции с использованием данного физического явления, очень много, и каждый из них помогает людям особых профессий трудиться производительнее и эффективнее.

Где используется эхолокация?

Самые основные отрасли и отделы ее применения уже были рассмотрены в предыдущем пункте, поэтому сейчас лучше поговорить чуть более конкретно и разобрать специальные устройства, используемые во всевозможных областях человеческой деятельности.

Эхолот – самый популярный прибор из всех представленных, часто приобретается рыболовами для изучения дон водоемов, а в частности рельефов, что помогает избежать неприятных ситуаций в процессе рыбной ловли.
Гидролокатор – устройство, которое применяют для непосредственного обнаружения предметов под толщей воды.
Ультрасонограф – при его помощи врачи имеют возможность рассмотреть внутренние органы пациента и их состояние.
Толщинометр – применяется в промышленности для определения толщины покрытий.
Дефектоскоп – аналогично с толщинометром используется в промышленности для того, чтобы выявить дефекты производства.

Как вы считаете, технология эхолокации изучена уже полностью и все из нее уже выжато? Может быть это еще перспективная сфера? Оставьте свое мнение в комментариях! А также смотрите видео о том, как работает эхолокатор.

Читайте также: