神奇的超聲波

同學(xué)們，人能聽(tīng)見(jiàn)蜜蜂飛行時(shí)翅膀振動(dòng)發(fā)出的嗡嗡聲，卻聽(tīng)不見(jiàn)蝴蝶飛行時(shí)翅膀振動(dòng)所發(fā)出的聲音，你們知道這是為什么嗎?原來(lái)人耳聽(tīng)覺(jué)頻率范圍是有限的，通常人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率范圍是20-20000Hz，各人的聽(tīng)覺(jué)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(tīng)到30000Hz甚至40000 Hz的聲音，隨著年齡的增長(zhǎng)，能聽(tīng)見(jiàn)的最高頻率會(huì)逐漸減低，50歲左右的人最高只能聽(tīng)見(jiàn)13000Hz的聲音，而70歲以上的老人一般只能聽(tīng)見(jiàn)1000 Hz－4000 Hz的聲音，

根據(jù)聲波的振動(dòng)頻率。聲波可分為次聲波、可聽(tīng)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(shí)一下神奇的超聲波。

科學(xué)家們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蝙蝠是利用超聲波來(lái)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(chóng)，超聲波就會(huì)被反射回來(lái)，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(chóng)了(如圖2)，在自然界除了蝙蝠能發(fā)出和聽(tīng)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(shí)會(huì)有顯著的反射，這是因?yàn)槌暡ǖ念l率高，波長(zhǎng)短，能量較為集中，根據(jù)回聲到來(lái)的方位和時(shí)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(hào)，碰到需要定位的目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生反射波，接收反射波后進(jìn)行信號(hào)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(cè)量與觀察，利用聲吶還可以發(fā)現(xiàn)潛艇和魚(yú)群。測(cè)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(shí)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(duì)趣聲波的傳導(dǎo)和反射能力的變化來(lái)判斷有無(wú)異常，如醫(yī)院里常用B超、A超、M超對(duì)病人進(jìn)行檢查，這種檢查對(duì)人體無(wú)損傷、無(wú)放射性。操作也很簡(jiǎn)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?huì)聚，使能量非常密集，這樣，超聲波可用來(lái)對(duì)硬質(zhì)材料作切削、鑿孔加工以及用來(lái)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(dòng)而自動(dòng)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(cè)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(shí)發(fā)現(xiàn)：如果聲源一直在移動(dòng)，那么，在聲源前方的聲波會(huì)被“擠壓”而變密，而在聲源后方的聲波會(huì)被“拉長(zhǎng)”而變疏，當(dāng)聲波變密時(shí)，引起鼓膜每秒振動(dòng)的次數(shù)增多，你就會(huì)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(cè)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(cè)定車(chē)輛速度的)。

超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化就會(huì)對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)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(chēng)為超聲檢測(cè)技術(shù)。

把超聲波通入水罐中，劇烈的振動(dòng)會(huì)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。