声音是由物体振动产生的,物理学中,把每秒振动的次数称为频率。
人耳能听到声音的频率范围是20Hz——20000Hz之间,高于或低于这个范围人耳都不能听见。
频率高于20000Hz 的声音叫超声,超声具有能量大、沿直线传播的特点,所以在现代技术中具有广泛地应用。
我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声,此时人们向水中发出一系列不同频率的超声,然后记录与处理反射回声,从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。
如果渔船载有水下超声发生器,它旋转着向各个方向发射超声,超声遇到鱼群会反射回来,渔船探测到反射的超声就知道鱼群的位置了.这种仪器叫做声纳.到目前为止,声纳已被广泛地应用于各种船只、舰艇和潜艇。
利用它可以探测水中的暗礁、敌人的潜艇,测量海水的深度等.根据同样的道理也可以用超声探测金属、陶瓷混凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、空洞或裂纹.
有趣的是,很多动物都有完善的发射和接收超声的器官.以昆虫为食的蝙蝠,视觉很差,飞行中不断发出超声脉冲,依靠昆虫身体的反射波来发现食物.海豚也有完善的“声纳”系统,使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置.现代的无线电定位器——雷达,质量有几十、几百、几千千克,蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克,而在一些重要性能上,如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器.深入研究动物身上各种器官的功能和构造,将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备,这是近几十年来发展起来的一门新学科,叫做仿生学.
利用超声焊接技术于塑胶工业上在世界各地已日趋普遍。
由于应用此技术可取代过去生产上需要的熔剂、粘合剂、扣钉或其它机械固定法,从而提高了生产效率、降低了成本,并能达到完美的焊接的效果。
医学上最早利用超声是在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构;以后到了60年代医生们开始将超声应用于腹部器官的探测。
如今超声扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。
理论研究表明,在振幅相同的情况下,一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比.超声在介质中传播时,介质质点振动的频率很高,因而能量很大.在我国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气的湿度.这就是超声加湿器的原理.对于咽喉炎、气管炎等疾病,药力很难达到患病的部位.利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够增进疗效.如果将高能超声聚焦,能量甚至足以震碎石块,所以可以用来击碎体内结石,使患者免受手术之苦。
医学超声检查的工作原理与声纳有一定的相似性,即将超声发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减。
因为人体各种组织的形态与结构是不相同的,因此其反射与折射以及吸收超声的程度也就不同,医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线,或影象的特征来辨别它们。
此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变,便可诊断所检查的器官是否有病。
人体各个内脏的表面对超声的反射能力是不同的,健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样.平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声进行造影,帮助医生分析体内的病变.
目前,医生们应用的超声诊断方法有不同的形式,可分为A型、B型、M型及D型四大类。
金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事.如果在放有这些物品的清洗液中通入超声,清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢,能够很快清洗干净,而不需直接接触物件的表面。
因此用来对医疗器械和食物等进行杀菌消毒。
眼镜公司替我们洗眼镜时也是用这种方法。
此外,超声去脂技术也可用于各种肥胖症及局部脂肪堆积者,以改善其体形.超声在组织深部引起每秒一百万次的细微震动,能给予组织刺激,促进新陈代谢,使废物排出.在人体面部进行治疗,以达到美容目的.用超声处理的种子可以缩短发芽时间,提高发芽率。
频率低于20赫兹的叫次声。
次声的来源有:地震、火山爆发、风暴、海啸,核爆炸、导弹发射和火箭发射也能产生次声。
次声波由于频率很低,在传播过程中衰减很小。
当次声在大气中传播几千千米时,空气对其吸收还不到万分之几分贝。
因此,次声波可以在空气、地面等介质中传播得很远。
例如一包5kg的炸药爆炸时,几千米以外就听不到爆炸声了,但由爆炸引起的次声却能传到80km远处。
1883年8月27日,印度尼西亚的喀拉喀托火山突然大爆发,产生了强爆炸波,发出了巨响。
同时产生的次声则传播得更远,居然绕地球转了3圈,历时108小时。
1961年,前苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声绕地球转了5圈。
能量很高的次声具有极大的破坏力,能使机械设备破裂、飞机解体、建筑物遭到破坏等。
很强的次声波对人和动物都是有害的。
人体的各个器官都有自己的固有频率。
例如,人体内脏的固有频率在10Hz以下。
人耳听不见的次声,如果与人的某个器官的固有频率相同,会引起共振。
因此,次声对人的心脏、听觉、视力、语言会产生影响,强大的次声波会导致人的死亡。
当次声频率和人脑固有频率(8Hz~12Hz)接近时,会引起共振,刺激人的大脑,对人的心理和意识产生一定的影响,轻者感觉不适,注意力无法集中,情绪上恐惧不安,还会引起头痛、恶心、晕眩;严重时使人神经错乱,癫狂不止,休克昏厥,丧失思维能力。
次声在声学范围内还是一个比较新的领域,它不仅用于探测气象、地震、预报台风、海啸,而且也用于军事侦察。
所以对次声波的产生、传播、接收、影响和应用的研究,已导致现代声学的一个新分支的形成,这就是次声学。
有人预计,近代声学不断深入到人的思维和大脑活动,很有可能,声学是人类最先突破人脑活动禁区的学科。
次声“杀人”之谜
1890年,一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中,突然神秘地失踪了.20年后,人们在火地岛海岸边发现了它.奇怪的是:船上的开都原封未动.完好如初.船长航海日记的字迹仍然依稀可辨;就连那些死已多年的船员,也都“各在其位”,保持着当年在岗时的“姿势”;
1948年初,一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时,一场风暴过后,全船海员莫明其妙地死光;
在匈牙利鲍拉得利山洞入口廊里,3名旅游者齐刷刷地突然倒地,停止了呼吸......
上述惨案,引起了科学家们的普遍关注,其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究.就以本文开头的那桩惨案来说,船员们是怎么死的?是死于天火或是雷击的吗?不是,因为船上没有丝毫燃烧的痕迹;是死于海盗的刀下的吗?不!遇难者遗骸上看到死前打斗的迹象;是死于饥饿干渴的吗?也不是!船上当时时贮存着足够的食物和淡火.至于前面提到的第二桩和第三桩惨案,是自杀还是他杀?死因何在?凶手是谁?检验的结果是:在所有遇难者身上,都没有找到任何伤痕,也不存在中毒迹象.显然,谋杀或者自杀之说已不成立.那么,是以及病一类心脑血管疾病的突然发作致死的吗?法医的解剖报告表明,死者生前个个都很健壮!
案情的确蹊跷、迷离而莫测!
经过反复调查,终于弄清了制造上述惨案的“凶手”,是一种为人们所不很了解的次声的声波.次声波是一种每秒钟振动数很少,人耳听不到的声波.次声的声波频率很低,一般均在20兆赫以下,波长却很长,传播距离也很远.它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远.例如,频率低于1赫的次声波,可以传到几千以至上万公里以外的地方.1960年,南美洲的智利发生大地震,地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落!1961年,苏联在北极圈内进行了一次核爆炸,产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失!
次声波具有极强的穿透力,不仅可以穿透大气、海水、土壤,而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物,甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下.次声穿透人体时,不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊,吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木,而且还可能破坏大脑神经系统,造成大脑组织的重大损伤.次声波对心脏影响最为严重,最终可导致死亡.
为什么次声波能致人于死呢?
原来,人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似(0.01~20赫),倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同,就会引起人体内脏的“共振”,从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状.特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时,更易引起人体内脏的共振,使人体内脏受损而丧命.前面开头提到的发生在马六甲海峡的那桩惨案,就是因为这艘货船在驶近该海峡时,恰遇上海上起了风暴.风暴与海浪摩擦,产生了次声波.次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳,以致血管破裂,最后促使死亡.
次声虽然无形,但它却时刻在产生并威胁着人类的安全.在自然界,例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变;在工厂,机械的撞击、摩擦;军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等,都可以产生次声波.
由于次声波具有极强的穿透力,因此,国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”,监测着海潮的洋面.一旦船只或飞机失事附海,可以迅速测定方位,进行救助.
近年来,一些国家利用次声能够“杀人”这一特性,致力次声武器——次声炸弹的研制尽管眼下尚处于研制阶段,但科学家们预言;只要次声炸弹一声爆炸,瞬息之间,在方圆十几公里的地面上,所有的人都将被杀死,且无一能幸免.次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板.人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里,也还是一样地难逃残废的厄运.次声炸弹和中子弹一样,只杀伤生物而无损于建筑物.但两者相比,次声弹的杀伤力远比中子弹强得多.。