Ultrazvuk a infrazvuk
Ultrazvuk
Zvuk je mechanické vlnění, které vnímáme sluchem. Jeho frekvence leží přibližně v intervalu 16 Hz až 16 000 Hz (16 kHz). Ukázka tónů od 100 Hz do 20 kHz níže v příloze.
Mechanické vlnění s frekvencí menší než 16 Hz je infrazvuk, frekvenci větší než 16 kHz má ultrazvuk. Člověk ultrazvuk sluchem nevnímá, ale pro řadu živočichů je slyšitelný (např. pro psy, delfíny, netopýry aj.) obr. 1.
Obr. 1: Zvuk z pohledu slyšitelnosti
Poněvadž vlnová délka ultrazvuku je menší než vlnová délka zvukového vlnění, je šíření ultrazvuku méně ovlivněno ohybem. Výrazný je odraz ultrazvuku od překážek a méně je pohlcován v kapalinách a pevných látkách. Na těchto vlastnostech je založeno mnoho praktických použití:
a) Ultrazvukový diagnostický přístroj
Obr. 2: Obraz embrya pořízený ultrazvukovým diagnostickým přístrojem
Ultrazvuk nahrazuje zdraví škodlivé rentgenové záření. Zvláštní sonda (obr. 1) přiložená k lidskému tělu vysílá ultrazvukový signál o vysoké frekvenci (MHz) a ten se od vnitřních orgánů odráží zpět k sondě. Po zpracování signálu je výsledný obraz zobrazen na monitoru počítače.
b) Ultrazvuková defektoskopie – zobrazení skrytých vad materiálu na základě šíření a odrazu ultrazvuku
Obr. 3: Ultrazvuková defektoskopie
Na obrazovce ultrazvukového defektoskopu se zobrazí vyslaný a odražený impulz a z jejich vzájemné polohy lze určit polohu vady v materiálu.
c) Vypuzování plynů z kapalin, roztaveného kovu, skla apod.
d) Rozptýlení drobných částeček v kapalině nebo částeček kapalné látky v jiné kapalině (např. tuku ve vodě – emulze)
e) Čištění součástek ultrazvukem (např. jemné mechanismy, čočky apod.)
f) Ultrazvukové píšťalky pro výcvik psů, delfínů
Obr. 4: Ultrazvuková píšťalka pro výcvik psa
g) Orientace netopýrů a delfínů
Obr. 5: Echolokace u netopýrů a delfínů
h) Měření vzdálenosti
Obr. 6: Ultrazvukové čidlo polohy a pohybu
Toto čidlo polohy a pohybu využívá ultrazvuku k měření vzdálenosti od sledovaného předmětu - vyšle ultrazvukový pulz a měří čas, než se k němu vrátí ozvěna. Z analýzy těchto ozvěn pak vypočítá vzdálenost (a případně rychlost a zrychlení) sledovaného tělesa. Vhodné pro měření pohybujících se lidí, volného pádu míče, vozíku na vzduchové dráze apod.
Infrazvuk
Mechanické vlnění s frekvencí menší než 16 Hz je infrazvuk. Dobře se šíří ve vodě. Tak lze zjistit několik hodin předem („hlas moře“) příchod vlnobití. Někteří mořští živočichové toto varování vnímají.
Infrazvuk člověk rovněž neslyší (např. šum vzbuzovaný krevním oběhem), navíc je pro lidský organismus škodlivý (frekvence blízké tlukotu srdce).
Zdrojem infrazvuku mohou být např. větrné elektrárny, různé stroje, sopečná činnost a živočichové (velryby, sloni, hroši, nosorožci, okapi a aligátoři používají infrazvuk k dorozumívání).
Obr. 7: Kosatka vysílá infrazvuky
Měření M.11 - Měření vzdálenosti pomocí ultrazvukového senzoru
Úlohy:
1. Jak daleko je kořist, jestliže kosatka uslyšela návrat infrazvuku za 0,25 s?
2. Vyzkoušejte si měření vzdálenosti pomocí ultrazvukového čidla polohy a pohybu (Měření M.11 výše).
3. Jakou velikost objektů je schopen rozlišovat netopýr se sonarem o frekvenci 100 kHz? Rozlišovací schopnost je zhruba určena vlnovou délkou použitého vlnění. Jaká je rozlišovací schopnost ultrazvukové sondy pracující s frekvencí 2,5 MHz?
Zdroje
Obrázky:
Obr. 2: [online]. [cit. 2015-02-03]. Dostupné z: http://www.babyweb.cz/vyvoj-miminka-podle-ultrazvuku-v-i-trimestru
Obr. 3: [online]. [cit. 2015-02-03]. Dostupné z: http://eshop.micronix.cz/merici-technika/neelektricke-veliciny/defektoskopie/dio-562lc-2ch.html
Obr. 4: [online]. [cit. 2015-02-03]. Dostupné z: http://www.seznamzbozi.cz/vyckvik-psa/18382441/
Obr. 5: [online]. [cit. 2015-02-03]. Dostupné z: http://www.abicko.cz/clanek/precti-si-priroda/7907/slysi-neslysitelne-zvirata-pouzivaji-sonary.html
Obr. 6: [online]. [cit. 2015-02-03]. Dostupné z: http://www.vernier.cz/produkty/podrobne-informace/kod/GO-MOT
