7. Инфразвук и ультразвук

797. Медуза «слышит» недоступные человеку инфразвуки частотой 8—13 гц, которые возникают, как обнаружил акад. Шулейкин, при шторме от трения волн о воздух. В приборе, имитирующем орган слуха медузы (рис. 246), имеются резонатор, пропускающий колебания нужных частот, пьезодатчик, преобразующий эти колебания в импульсы электрического тока. Далее эти импульсы усиливают и измеряют. Прибор позволяет определить наступление шторма примерно за 15 ч. Какова длина волны инфразвука, имеющего частоту 10 гц, если скорость звука в морской воде при 0°С равна 1550 м/сек. Какого примерно размера должен быть резонатор, если он работает по тому же принципу, как резонаторный ящик камертона?

Решение. Длина волны Если длина резонатора равна — X, то Если же резонатор рассчитан на более высокие частоты, то его размеры будут меньше.

Рис. 245.

798. Чем выше частота звуковых колебаний, тем быстрее они затухают с расстоянием. Почему же в таком случае некоторые животные (летучие мыши, дельфины, морские свинки и др.) пользуются для эхолокации ультразвуками?

799. Для связи между собой дельфины издают звуки от 10 до 400 гц, а для звуколокации - 750-300 000 гц. Чем объяснить такую разницу издаваемых для разных целей звуков?

Ответ. Звуковые колебания большой частоты (с малой длиной волны) обеспечивают большую точность локации, так как зеркальное отражение волн получается только от предметов, размеры которых превышают длину волны звука. Предметы, меньшие длины звуковой волны, дают слабое эхо. Для связи же нужно использовать слабо затухающие звуки. Этому требованию удовлетворяют звуки низкой частоты.

800. Сравните энергию волн звуковой и ультразвуковой частоты, если амплитуда колебаний одинакова, а частоты соответственно равны 1 кгц и 1 Мгц [21, № 573].

Решение. Энергия колебательного движения в первом случав

Рис. 246

Рис. 247.

Во втором случае

801. Ультразвуки, в том числе по некоторым предположениям и создаваемые кашалотами, способны убивать рыб. Как это объяснить, пользуясь данными задачи 800?

Ответ. Ультразвуковые генераторы излучают гораздо большую энергию, чем источники обычных звуков при той же амплитуде колебаний. Этой энергии может оказаться достаточно для того, чтобы умертвить небольших животных.

802. Стальную деталь (рис. 247) проверяют ультразвуковым дефектоскопом, работающим на частоте 1 Мгц. Первый отраженный сигнал был получен через 8 мксек после посылки, а второй — через 20 мксек. На какой глубине обнаружен дефект детали? Какова высота детали? Скорость ультразвука в стали 5000 м/сек [21, № 5711.

Решение. Прибор отмечает время, за которое сигнал дошел до дефекта и вернулся обратно. Следовательно, расстояние до дефекта Высота детали 2 сек