Какое физическое явление обуславливает работу фена

Обновлено: 25.04.2024

Акустика — это раздел физики, изучающий возбуждение, распространение, прием звуковых волн, а также их взаимодействие со средой. Особенностью звуковых волн, отличающих их от электромагнитных или гравитационных, является то, что они могут распространяться только в сплошной упругой среде. Звук окружает нас повсюду: в атмосфере, под водой, под землей, в биологических средах и материалах и даже в космосе. Только звук может распространяться в земных структурах и под водой без существенного затухания, поэтому он широко используется в исследованиях природных сред.

Обычно мы называем звуком то, что мы слышим. Принято считать, что диапазон частот слышимого нами звука лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц. Это соответствует 20–20 000 колебаний в секунду. Звуковые волны, частота колебаний которых выходит за этот диапазон, получили свои специальные названия.

Ультразвуком называют звуковые волны, частота колебаний которых выше 20 кГц. Технологически развитый диапазон применения ультразвука лежит в пределах от 20 кГц до 100 МГц. Более высокочастотная область ультразвука получила название гиперзвук. Звуковые волны гиперзвуковых частот могут распространяться только в кристаллах с малым поглощением звука, таких, как монокристаллы кварца, сапфира, ниобата лития, железо-иттриевого граната и др. Гиперзвук используется при обработке больших массивов информации, в том числе оптических изображений, и исследовании строения твердых тел. Этим занимается наука акустоэлектроника. Диапазон, в котором гиперзвук возбуждается искусственным, контролируемым образом, ограничивается частотами порядка 10 ГГЦ, что связано с высоким затуханием. При столь высоких частотах длина волны такого звука будет уже соизмеримой с межатомным расстоянием в кристалле. В таком случае мы уже не можем считать кристалл сплошной средой.

Звуковые волны, частота которых ниже 20 Гц, называют инфразвуком. Затухание инфразвука невелико, и поэтому инфразвуковые волны активно используются для исследования океана и структуры земли. Звуки взрывов вулканов могут обогнуть весь земной шар, низкочастотный подводный звук распространяется через океаны на тысячи километров.

Далее мы обсудим современные идеи и новые акустические технологии исследования и освоения окружающего мира. Часто акустические методы не имеют альтернативы и поэтому оказываются наиболее эффективными для решения той или иной важной задачи.

Звук и инфразвук в исследовании природы

Объяснение этому интересному эффекту дал Л. М. Бреховских — впоследствии академик и лауреат Государственной премии СССР. Он обратил внимание на то, что температура воды быстро падает до глубины 100–200 м, а затем принимает постоянное значение около 4°C. Падение температуры приводит к уменьшению скорости распространения звука, а рост давления с глубиной приводит к увеличению этой скорости. Таким образом, в зависимости скорости распространения звука от глубины оказывается минимум, в котором и концентрируется акустическая энергия. На рисунке 1 видно, что если поместить излучатель на уровень минимума скорости звука, то звуковые лучи, выходящие из излучателя, в результате рефракции будут удерживаться вблизи этого минимума. В итоге часть звуковых лучей, вышедших из источника под не очень крутыми углами, остаются при распространении в слое толщиной в несколько сот метров. Такой слой представляет собой подводный акустический волновод, или подводный звуковой канал.

Характер распространения звука в акустическом волноводе аналогичен распространению лазерного излучения в оптическом волноводе. В настоящее время особенности распространения звука в подводном акустическом волноводе используются для термометрии океана.

Океан можно рассматривать как гигантский, занимающий огромную площадь термометр. Следя за изменениями температуры глубинных слоев океана, можно следить за потеплением климата. Дело в том, что масштабные климатические изменения надежно определить чрезвычайно трудно из-за больших флуктуаций во времени и пространстве. Огромные массы воды в океане усредняют эти флуктуации. Определить среднюю температуру глубинных слоев океана на масштабах в несколько тысяч километров можно только акустическими методами, электромагнитные волны в морской воде не распространяются на заметное расстояние.

Такая особенность распространения звука используется для дистанционного мониторинга теплопереноса в океане, что важно для прогнозирования климата. Океан формирует погоду на земле. Северный Ледовитый океан является кухней погоды для Европы и существенной части Азии. Распределенная по всему океану система излучателей и приемников звука может решать самые разнообразные задачи. Среди них можно выделить измерение времени распространения сигналов на протяженных трассах для определения содержания тепла и циркуляции океанических вод как на масштабах всего океана, так и в отдельных его частях; обеспечение подводного позиционирования и навигации подо льдом; мониторинг динамики льда, землетрясений и перемещения морских животных при пассивном прослушивании акватории океана. Все эти процедуры система может выполнять в реальном времени.

Исследование атмосферы. Распространение звука в атмосфере подчиняется тем же самым законам, что и распространение звука в океане, с той разницей, что скорость распространения звука в воздухе в нормальных условиях у поверхности земли составляет 340 м/с. Это существенно меньше скорости звука в воде.

На рисунке 2 представлена схема звуковых лучей, выходящих из источника звука в атмосфере. Как видно, в присутствии ветра лучи по-разному ведут себя в зависимости от направления распространения. Поток воздуха увеличивает скорость распространения звука по ветру и несколько снижает ее в противоположном направлении. Как правило, приземный поток воздуха или ветер увеличивает свою скорость с высотой. Скорость распространения звука по ветру на большой высоте больше, чем у земли, поэтому фронт звуковой волны при подъеме вверх заворачивается и волна направляется вниз, где скорость меньше. Возникает рефракция звука. Благодаря этому в приповерхностном слое атмосферы образуется звуковой волновод, в котором концентрируется звук, и на поверхности земли можно регистрировать акустические сигналы, которые распространялись на высоте в несколько десятков километров. Эффект рефракции при распространении против ветра приводит к тому, что звук быстро уходит на большую высоту (десятки километров). Поэтому мы плохо слышим против ветра и хорошо по ветру.

Рис. 2. Схема звуковых лучей, выходящих из источника звука в атмосфере в присутствии ветра

Приземный звуковой волновод может образоваться не только в результате ветра. В тихий безветренный морозный день где-то за городом можно далеко слышать лай собак или шум машины. В такую погоду в приземной атмосфере возможна так называемая температурная инверсия. Обычно температура воздуха понижается с высотой, но в морозный день температура у поверхности земли, особенно в низине, может быть ниже, чем на некоторой высоте. Минимальная температура в приземном слое воздуха соответствует минимуму скорости распространения звука. Таким образом, температурная инверсия обеспечивает волноводное распространение звука у поверхности земли.

На рисунке 3 показано распределение температуры с высотой в атмосфере. Как видно, эта характеристика, как и в океане, имеет слоистую структуру. В областях нижней границы стратосферы (тропопауза) и нижней границы термосферы (мезопауза) температура, а следовательно, и скорость распространения звука достигают минимума. Здесь выполняются условия для существования атмосферных звуковых каналов. Звуковые волны от извержений вулканов или наземных взрывов распространяются по этим каналам на огромные расстояния и даже могут обогнуть Земной шар. Поэтому средняя атмосфера (от 20 до 120 км высоты) является хорошим проводником инфразвука. Это свойство атмосферы позволило ученым разработать методику инфразвукового зондирования атмосферы, базирующейся на явлении рассеяния акустических импульсов на слоистых неоднородностях скорости ветра и температуры атмосферы вплоть до высот нижней термосферы порядка 140 км. С помощью такой методики можно определить флуктуации скорости ветра в диапазоне высот от верхней стратосферы до нижней термосферы (90–140 км).

Рис. 3. Стратификация температуры в атмосфере. Изменение давления показано в гектапаскалях (1 гПа = 100 Па). В областях тропопаузы и мезопаузы температура, а следовательно, и скорость распространения звука достигают минимума. Здесь находятся атмосферные звуковые каналы

Сейсмические волны в земле. Аналогичным образом распространяются сейсмические волны в земле. Они могут быть как естественного происхождения, так и искусственные. В качестве естественных источников сейсмических волн мы можем назвать землетрясения, извержения вулканов, горные обвалы. Искусственным образом сейсмические волны возбуждаются наиболее эффективно взрывом или специальными многотонными вибраторами. Если в океане и атмосфере распространяются только продольные звуковые волны (в жидкостях и газах отсутствует сдвиговая упругость), то сейсмические волны могут быть как продольные, так и поперечные. Поперечные волны, в зависимости от плоскости колебаний, могут иметь разную поляризацию. Скорость распространения поперечных волн, как правило, в 2–3 раза меньше скорости распространения продольных. Наличие сейсмических волн двух типов расширяет возможности сейсмического зондирования в сравнении с зондированием океана или атмосферы.

Центральной задачей сейсмического зондирования является исследование структуры земли и поиск полезных ископаемых. Обе эти задачи требуют выполнения противоречивых подходов. С одной стороны, интересно заглянуть как можно глубже под поверхность земли. Этого можно достичь, понижая частоту сейсмического излучения. С понижением частоты снижаются потери, связанные с затуханием, и звуковые волны распространяются дальше. С другой стороны, уменьшение частоты ведет к росту длины излучаемой волны, а это снижает разрешающую способность дистанционного метода зондирования. Всё возрастающие требования к качеству разведки полезных ископаемых заставляют искать способы повышения разрешающей способности, а следовательно, и точности сейсморазведки.

Разрешить возникшее противоречие удалось за счет развития методов приема сейсмических сигналов. Известно, что чем больше приемная антенна, тем выше ее пространственное разрешение. Если принимать сигналы большим количеством приемников, объединенных в единую сеть, то можно повысить пространственную точность дистанционного зондирования. Но для этого требуется сложная обработка сигналов от многих сотен или даже тысяч приемников. Современная сейсморазведка обеспечивает достаточную точность зондирования, чтобы определить продуктивные залежи полезных ископаемых, например нефти или газа, на глубинах более 10 км. Современные технологии обеспечивают прохождение скважины горизонтально вдоль пласта, чтобы повысить эффективность добычи нефти. Толщина пласта составляет порядка 10 м на глубине несколько километров. При этом длина скважины может быть более 10 км. Точность прокладки скважины соизмерима с точностью выведения ракеты на траекторию к межпланетному полету.

Рис. 4. Вертикальный сейсмический разрез строения верхних слоев земли

Для зондирования структур земли используют естественные низкочастотные сейсмические сигналы от землетрясений или даже приливных волн, вызванных движением Луны. На рисунке 4 показан пример результатов такого зондирования на глубину более 50 км. Он свидетельствует о том, что в структуре земли есть не только горизонтальные слои, но и крупные вертикальные разломы, которые могут доходить до мантии.

Знание особенностей распространения низкочастотного звука в океане, атмосфере и земле позволило разработать и создать эффективную международную систему контроля за выполнением договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний. Существует специальная схема расположения станций на земле и в океане, осуществляющих постоянный мониторинг и регистрирующих сейсмические, гидроакустические и инфразвуковые сигналы в атмосфере. Эти станции объединены в общую сеть и поэтому могут определить место и время события, приведшего к появлению того или иного сигнала.

Примером такой эффективности является обнаружение взрыва метеороида в небе над Челябинском 15 февраля 2013 года. Метеороид вошел в атмосферу под углом 20° со скоростью 18 км/с. По мере полета в атмосфере скорость метеороида уменьшалась и происходил его нагрев. Перед ним возникла ударная волна, в которой воздух был сильно сжат и разогрет. Метеороид разрушился, когда разность давлений на фронте ударной волны и на противоположной его стороне превысила предел прочности метеороида. Это разрушение (взрыв) сопровождалось вспышкой яркости излучения в течение пяти секунд. Максимум яркости наблюдался на высоте 23,3 км южнее Челябинска. Примерный эффективный диаметр метеороида равен 18 м, а его масса 11 000 тонн. Семнадцать станций зарегистрировали ударную волну этого взрыва. Последующий анализ позволил оценить эквивалент мощности взрыва в 2–3 кт тринитротолуола.

Современные проблемы применения медицинского ультразвука

Ультразвук мегагерцового диапазона частот достаточно хорошо распространяется в биологических тканях. Как известно, живые организмы почти на 90% состоят из воды. Поэтому скорость распространения звука в таких условиях близка к 1500 м/с, что соответствует скорости распространения звука в воде. Длина волны ультразвука на частоте 1 МГЦ равна при этом 1,5 мм, что обеспечивает достаточно высокое пространственное разрешение ультразвуковых методов.

Хорошо известно применение ультразвука в медицине для диагностики и исследования внутренних органов и суставов (УЗИ). Менее известны успехи в области ультразвуковой хирургии, хотя и здесь есть существенные результаты. Прежде всего это дробление и удаление камней из почек с помощью фокусированного воздействия ударными волнами — так называемая литотрипсия. Начиная с 1980-х годов литотрипсия является наиболее распространенной процедурой для удаления камней из почек. Другим быстро развивающимся направлением исследований является терапевтическое направление применения ультразвука, основное преимущество которого — лечебное воздействие внутри тела без повреждения окружающей ткани. Широкие возможности различных видов ультразвуковой терапии были продемонстрированы экспериментально, а некоторые из них уже нашли применение в клинической практике. Одним из примеров является интенсивный фокусированный ультразвук.

Рис. 5. Схема ультразвукового воздействия на биологические ткани. Пучок интенсивного фокусированного ультразвука используется для локализованного разрушения опухоли или остановки внутреннего кровотечения без повреждения окружающей ткани. Акустическая энергия, излучаемая ультразвуковым преобразователем, концентрируется в объем, примерно равный объему рисового зерна

Укажем на некоторые основные проблемы, которые нуждаются в решении для успешного применения интенсивного ультразвука в практике.

Одной из важных задач является получение больших значений амплитуды акустической волны в фокусе с учетом структуры человеческого тела. Усиление ультразвуковой волны при фокусировке необходимо для обеспечения высокой интенсивности в небольшой фокальной области, чтобы не повредить остальные участки ткани на пути распространения ультразвука. Ультразвуковой ожог кожи является одним из характерных побочных эффектов при применении интенсивного ультразвука, поскольку в коже коэффициент поглощения ультразвука в несколько раз выше, чем в ткани. Поэтому на этом участке акустическая интенсивность должна быть как можно более низкой. Такую процедуру возможно реализовать, применяя многоэлементные ультразвуковые антенны, излучение которых будет согласовано со структурой тела, по которой должно пройти излучение.

Важными также являются технические разработки по созданию хорошего акустического согласования ультразвукового излучателя с телом. Дело в том, что ультразвуковые излучатели делаются, как правило, из пьезоэлектрической керамики. И для того чтобы обеспечить наилучшую передачу звуковой энергии в человеческое тело, нужно согласовать условия прохождения звука от твердой пьезокерамики к мягким биологическим тканям. Для этого применяют специальные контактные смазки или жидкости. Например, по сравнению с вогнутыми источниками плоские УЗ преобразователи гораздо труднее сделать фокусирующими, но зато для них легче обеспечить согласование при непосредственном контакте с кожей. Поглощение в костях еще сильнее, вот почему важно минимизировать попадание на них ультразвука. Соответствующая технология предполагает использование многоэлементных фазированных антенн для осуществления электронной фокусировки. На рисунке 6 показано схематическое изображение такой антенны для фокусировки ультразвукового излучения в мозг через кости черепа.

Рис. 6. Схема ультразвукового транскраниального воздействия на мозг

Мозг является тем органом, где применение терапии с использованием фокусированного ультразвука имеет свои особенности. Принципиальной трудностью здесь является тот факт, что ультразвуковые волны плохо проходят сквозь черепную коробку из-за поглощения в кости и отражения на ее границах. Кроме того, кости черепа неоднородны по толщине и характеризуются более высокой (по сравнению с расположенными за ними мягкими тканями) скоростью звука, что приводит к трудно предсказуемым эффектам рефракции. Решение проблемы ультразвукового воздействия и визуализации через толстые кости черепа возможно при использовании разработанных в последнее время методов волновой физики, связанных с компенсацией потерь и аберраций при распространении волн в неоднородной среде. В основе лежит голографический принцип, согласно которому распределение характеристик волнового поля на некоторой поверхности в этом поле содержит информацию о всей трехмерной структуре поля, а также принцип обратимости недиссипативных волновых процессов во времени и связанный с этим метод обращения волнового фронта.

Обратим внимание на еще одну особенность, требующую учета при применении интенсивного фокусированного ультразвука, — это акустическая нелинейность. Дело в том, что в уже использующихся в практике системах ультразвуковой хирургии уровни акустической интенсивности в области фокуса достигают 10 000– 30 000 Вт/см 2 . При таких интенсивностях волна ведет себя нелинейным образом. Скорость распространения звуковой волны становится зависящей от ее фазы: волна в области сжатия имеет большую скорость распространения, чем в области разрежения. Поэтому в синусоидальной волне фаза сжатия догоняет фазу разрежения — в волне образуются разрывы и волна превращается в пилообразную, что в спектральном представлении соответствует обогащению монохроматического ультразвукового излучения высшими гармониками. Обогащение спектра излученного сигнала сказывается и на процессе дифракции. Дифракция и, соответственно, фокусировка ультразвукового излучения становятся нелинейными, т.е. амплитуднозависимыми процессами. Расстояние, на котором образуется разрыв в плоской гармонической волне с характерной для медицинских приложений частотой 1,5 МГц, составляет всего 3–5 мм. Этот масштаб соизмерим с размерами фокальной области ультразвукового пучка, поэтому при описании акустических полей таких систем безусловно необходимо учитывать нелинейные эффекты.

Источники инфразвука бывают природного и техногенного происхождения. В природных условиях это ряд геофизических явлений. Инфразвуковые акустические колебания возникают при шторме, торнадо, морском прибое, движении воздуха над земной поверхностью, изрезанной горным рельефом, в районах дальнего севера в виде полярных сияний, при различных сейсмических явлениях, таких как извержение вулканов, землетрясения, сильные грозы, молнии, падение метеоритов, а также вблизи больших водопадов. Как ни странно, но инфразвук не обошла та же участь что и др. вредные физические, химические и биологические факторы, а именно – уровень его прямо пропорционален с активностью человека на земле. Мощными источниками инфразвука в условиях города становятся ветровые потоки между зданиями. Естественная деятельность человека, такая как ходьба, вставание, приседание и прыжки сама по себе является причиной инфразвукового воздействия. Так бег, при котором происходит смещение головы на 15 см по высоте, обуславливает воздействие звукового давления уровнем 90 ДБ (или 20 микропаскалей).

Источники инфразвука бывают природного и техногенного происхождения. В природных условиях это ряд геофизических явлений. Инфразвуковые акустические колебания возникают при шторме, торнадо, морском прибое, движении воздуха над земной поверхностью, изрезанной горным рельефом, в районах дальнего севера в виде полярных сияний, при различных сейсмических явлениях, таких как извержение вулканов, землетрясения, сильные грозы, молнии, падение метеоритов, а также вблизи больших водопадов. Как ни странно, но инфразвук не обошла та же участь что и др. вредные физические, химические и биологические факторы, а именно — уровень его прямо пропорционален с активностью человека на земле. Мощными источниками инфразвука в условиях города становятся ветровые потоки между зданиями. Естественная деятельность человека, такая как ходьба, вставание, приседание и прыжки сама по себе является причиной инфразвукового воздействия. Так бег, при котором происходит смещение головы на 15 см по высоте, обуславливает воздействие звукового давления уровнем 90 ДБ (или 20 микропаскалей).

Инфразвук представляет собой механические колебания упругой среды одинаковой с шумом физической природы, но имеющие частоту меньше 20 Гц. Инфразвук в производственных условиях чаще всего возникает при работе тихоходных крупногабаритных машин и механизмов (вентиляторов, компрессоров и т.д.), циклы работы которых повторяются не чаще 20 раз в секунду. Инфразвуковые колебания вызывают у человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха, слабые звуки действуют на внутреннее ухо, создавая эффект морской болезни, сильные вызывают вибрацию органов человека, нарушая их функции.

Какова физическая природа инфразвука? По физической сущности инфразвук — это шум. А шум в свою очередь — это механические колебания частиц упругой среды (газа, жидкости, твердого тела), возникающие под воздействием какой либо возмущающей силы. Если проще, шум — это любой нежелательный звук или совокупность таких звуков.

При этом звуком называют регулярные периодические колебания, а шумом — непериодические, случайные колебательные процессы. Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания, лежащие в зоне 20 гц — 20 КГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом называют звуковыми, а пространство где они распространяются звуковым полем.

Акустические колебания с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, а выше 20 КГц — ультразвуком. Итак, инфразвуком называют акустические колебания с частотой менее 20 герц. Основными характеристиками звуковых волн являются их частота, длина волны, интенсивность. Как и в любом волновом процессе, длина волны связана простой зависимостью с частотой и скоростью звука (длина волны — частное, от деления скорости звука на частоту колебаний). Интенсивность генерируемых волн определяется звуковой мощностью источника (Вт). Плотность потока звуковой мощности (энергии) приходящейся на единицу площади (перпендикулярной к направлению волны) называется интенсивностью или силой звука (Вт/м2).

В современной акустике и в гигиенической практике для целей измерения силы звука принято использовать относительные величины децибелы. Скорость распространения инфразвука более 1000 м/сек. Как физическое явление ультразвук подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды: распространяется на большие расстояния (тысячи км).

Распространяются звуковые волны весьма своеобразно: cначала излучение идет вверх, на высотах 50 км изменяет свое направление, а потом на расстоянии 200-300 км от источника возвращается к поверхности земли, отражается от нее и вновь уходит вверх. Затухание инфразвуковой волны на таких расстояниях незначительно (до 1%); на больших расстояниях ощущается только звуковым давлением (звуковая энергия равна нулю (не слышен); мало поглощается по сравнению с высокочастотными колебаниями вызывает вибрацию крупных объектов, вследствие явления резонанса; отличается от слышимых звуков значительно большей длиной волны. Более выражено явление дифракции (огибание).

Инфразвуковые колебания, образованные производственными источниками, представляют собой часть механической энергии, генерируемой машинами, механизмами, транспортом, газами. В последние годы наблюдается интенсивное увеличение количества промышленных источников звука, а также рост единичной звуковой мощности этих источников. Ярко выраженными источниками инфразвука являются газотурбинные установки, выброс отработанных газов двигателями внутреннего сгорания, всасывание воздуха компрессорными установками, потоки движущегося транспорта, двигательные установки современных самолетов и вертолетов, а также промышленные агрегаты вибрационного действия с низкой частотой.

ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФРАЗВУКА

Легковые автомобили на скорости 100 км/час генерируют инфразвуковые колебания интенсивностью 100 дб, которое оказывает вредное влияние на водителей и пассажиров. Источниками инфразвуковых колебаний высоких уровней (свыше 90 дб) являются бетономешалки, поршневые компрессорные установки, дизельные генераторные установки.

Установлено, что к источникам акустической энергии, максимальный уровень которых находится в инфразвуковой части спектра относятся:

На судах инфразвук от выхлопа низкооборотных дизелей значительно усиливается при всевозможных общих и локальных резонансных явлениях, часто возникающих в структуре судна. Поэтому на судах инфразвук образовывается не только в МКО но и на открытых палубах.

Системы кондиционирования и вентиляции создают шум интенсивностью до 75 дб, но в отдельных частотах уровни давления составляют 80-95 дб. При взлете и посадке реактивных и турбовинтовых самолетов зафиксированы высокие уровни инфразвука, но еще большие (до 120 дб) регистрируются при полете вертолетов. Следует отметить, что при изучении шумового режима в производственных условиях высокие уровни инфразвукового давления регистрировались в помещениях без собственных источников шума, а также в жилых домах, расположенных на значительном расстоянии от производственных источников шума. Характерной особенностью производственного инфразвука является то, что в промышленности (стационарное оборудование) он присутствует в сочетании с низкочастотным шумом, а на транспортных средствах, как правило, с низкочастотной вибрацией.

Влияние инфразвука на организм человека разнообразно. Патологические проявления со стороны различных органов и систем организма при действии инфразвука многими исследователями объясняется резонансной теорией. Резонанс человеческого тела находится в интервале между 5 и 7 Гц. Со стороны крупных внутренних органов (желудок, сердце, печень, легкие) наиболее выраженное явление резонанса проявляется до 10 Гц, а колебания выше 10 Гц вызывают неприятные ощущения в мочевом пузыре, прямой кишке и носоглотке.

Особую опасность для человека представляет инфразвук 7 Гц. Данная частота совпадает с ритмом биотоков мозга. Отсюда становится понятным, что во время инфразвукового воздействия человек испытывает тошноту, головные боли, чувства сотрясения грудной клетки и брюшной полости, чувство давления в ухе, которое заставляет совершать глотательные движения.

Даже при кратковременном воздействии инфразвук вызывает процессы торможения в центральной нервной системе (снижение зрительно-моторных реакций, концентрации внимания, скорости выполнения простых задач).

При колебаниях средней мощности наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями (обморок, общая слабость и т.д.). Инфразвук является вредным фактором производственной среды вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем организма, причем выраженность изменений зависит от уровня, частоты, длительности воздействия. Инфразвук с уровнем 90 дБ принят за допустимый для окружающей среды, т.к. он не вызывает изменений физиологических показателей в организме человека. При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости.

Со стороны сердечно-сосудистой системы — кровоизлияния и отеки головного мозга, а при очень высоких уровнях — кровоизлияние в паренхиму легких. Для органа слуха инфразвук не является адекватным раздражителем, но оказывает патологическое воздействие на звукопроводящую систему, что субъективно воспринимается как чувство давления и небольшой вибрации в ухе. Слуховая функция у лиц, подвергающихся воздействию инфразвук, снижается в области низких и средних частот. Причем степень снижения имеет прямую зависимость от стажа работы. Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике.

Борьбу с инфразвуком в источнике образования необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования — увеличения его быстроходности. Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов — ограничения скоростей движения транспорта, снижения скоростей истекания жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.).

В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа. Поглотители резонансного типа могут применяться в виде панелей, кожухов. В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. Работающие в условиях воздействия инфразвука должны проходить предварительные, при поступлении на работу, и периодические медицинские осмотры. Рекомендуются лечебные и профилактические процедуры применяемые для работников шумных и виброопасных профессий.

1. Укажите, какие из перечисленных явлений представляют собой физические: а) возникновение звука при пролёте самолёта; б) кипение воды в чайнике; в) раскалывание мелка при падении на пол; г) отражение солнечного луча от зеркала и появление зайчика на стене; д) раскрытие цветка комнатного растения; е) зарядка аккумулятора сотового телефона; ж) образование ржавчины на металле.

В физике изучают механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые явления. Необходимо определить принадлежность указанных явлений к тем которые физика изучает. Если не возможно отнести явление к какой-либо группе - значит физика его не изучает.

С вариантами а-г все понятно: а - звук самолета (звуковое явление - все что связано со звуком); б - кипение (тепловое явление - все что связано с температурой); в - раскалывание мелка (механическое явление - все что связано с движением); г - отражение света (световое явление - все что связано со светом). Раскрывание цветка - биологическое явление, но в то же время движение лепестков цветка - механическое явление. Зарядка аккумулятора - химическое явление, но происходит посредством электрического тока, а это уже электрическое явление. Образование ржавчины - химическое явление, но.

2. Назовите, какие из приведенных явлении относятся к физическим: а) свечение радуги; б) возникновение плесени; в) притяжение железных опилок к магниту; г) мерцание звёзд; д) горение бензина; е) образование загара; ж) старение организма.

Разберемся с представленными явлениями. Свечение радуги - световое явление (связано со светом). Возникновение плесени - биологическое явление, но рост плесени - медленное движение и можно отнести к механическим явлениям (но не будем!). Притяжение опилок - магнитное явление. Мерцание звезд - световое явление. Горение бензина - химическое явление. Образование загара - биологическое явление. Старение организма - биологическое явление. Таким образом варианты б), д), е), ж) - к физике имеют косвенное отношение.

3. Перечислите физические явления, наблюдаемые вами на пути в школу.

Посмотри вокруг: все что ты видишь в большинстве случаев физические явления. Просто расскажи что ты выдел по дороге в школу и соотнонеси их с теми типами явлений которые изучает физика: механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые и световые явления.

Едет автомобиль, летит птица, идет дождь - механические явления. Холодно/тепло на улице - тепловые явления. Гул автомобилей, карканье вороны - звуковые явления. Восход солнца, сигналы светофора (. только для жителей города :)) - световые явления. Прилипание пылинок, волосков к одежде - электрическое явление. А так же много чего другого!

Подробного решения нет! Чем подробнее будешь рассказывать дорогу в школу - тем подробнее будет решение!

4. а) Назовите вещества, из которых изготовлены книга, гвоздь, дверь, автомобильная шина, чайник, ласты, стакан, надувной шар, телефонная трубка, б) Какие физические тела могут быть изготовлены из следующих веществ: пластмассы, дерева, железа, алюминия, стекла, резины?

Предмет - вещество: книга - бумага, гвоздь - железо, дверь - дерево/пластик/стекло/железо, шина - резина, чайник - пластмасса/железо, ласты - пластмасса/резина, стакан - стекло, надувной шар - резина, телефонная трубка - пластмасса. Вещество - предмет: пластмасса - посуда/клавиатура/ручка шариковая, дерево - ложка/стул/стол, железо - автомобиль/молоток/забор, алюминий - ложка/кастрюля/провода, стекло - окно/посуда/витражи, резина - резинки для волос/покрытие/подставки на аппаратуре

5. Начертите в тетради таблицу и поставьте в соответствующие колонки следующие слова: Солнце, молоко, ложка, северное сияние, листопад, закат, стул, тетрадь, камень, радуга, молния, Марс, самолёт, наводнение, компьютер, туман, керосин, телефон, град.

Физическое тело	Вещество	Физическое явление
тело	вещество	явление

Делим по группам: То что можно потрогать руками - физическое тело. Тот материал (вещество) из которого сделано то, что можно потрогать - вещество. То что происходит - явление.

Физическое тело	Вещество	Физическое явление
Солнце	вещество	северное сияние
ложка	молоко	листопад
стул	керосин	закат
тетрадь	радуга
камень	молния
Марс	наводнение
самолет	туман
компьютер
телефон
град

Подробное решение. Да, очень подробное. Нигде в интернете такого не найдёте! Чтобы решить данную задачу, необходимо просто поразмышлять ВСЛУХ о каждом элементе и отнести его к одной из групп

6. Приведите примеры различных физических тел, состоящих из одного и того же вещества.

Дерево - дверь/ложка/лодка/колесо/стол/стул/скамейка/лук (стрелять). Железо - ложка/вилка/кастрюля/сковорода/автомобиль/космический корабль. Ну и про пластилин не забудь!

Обучающие: познакомить учащихся с новой главой учебника, определить материальности объектов и предметов.
Развивающие: Развить интерес к физике. Развивать логическое мышление. Формировать умение "видеть" физику в окружающем мире, а также умение выдвигать учебные гипотезы для физических явлений и результатов опытов.
Воспитательные: Повышать познавательную деятельность и активность учащихся.

Оборудование: штатив; металлический шарик на нити; воздушный шарик; фильтровальная бумага; химический стакан; колба; набор пробирок; горелка; марганец; модели молекул.

Ход урока

1. Повторение

В самом начале урока следует повторить материал предыдущих уроков. Повторение можно провести в форме самостоятельной работы.

Примером такой самостоятельной работы может является проверочный тест. Вопросы теста появляются через определенный интервал времени, что дисциплинирует детей, и уже с 7 класса готовит их к тестам ГИА и ЕГЭ, способствует развитию у детей умения быстро выбирать верный ответ и экономить время на простых вопросах (время выставляется учителем в зависимости от особенностей детей). Проведя, тест дети меняются тетрадями и проверяют друг друга (какому ребенку не хочется хоть немного побыть в роли учителя и поставить оценку). Проверив тест и поставив оценки необходимо провести анализ допущенных ошибок и еще раз повторить проблемные вопросы. Необходимо дать ребятам возможность самостоятельно пытаться исправлять допущенные ошибки.

Самостоятельная работа

1. Какие явления относятся к физическим?

А. Радуга

Б. Пожелтение листьев.

В. Падение капель дождя

2. Какие явления относятся к механическим?

А. Полет птицы

Б. Свечение электролампочки.

В. Солнечное излучение

3. Какие явления относятся к тепловым?

А. Работа телевизора

Б. Плавление стали.

В. Бросок мяча.

4. Кто из перечисленного является физическим телом?

5. Что из перечисленного является веществом?

6. Каким образом изучались перечисленные явления:

1. Замерзание воды в пруду?

2. Вода в стеклянной колбе помещена в холодильную камеру.

3. Получен и изучен лед, образовавшийся в колбе.

А. Опытным путем

Б. В процессе наблюдений

7. Земля притягивает к себе все тела. Чем является процесс падения яблока с ветки на Землю по отношению к явлению притяжения?

А. Независимым процессом

Б. Физическим явлением

В. Опытным фактом.

Г. Причиной

Д. Следствием.

8. Какие слова обозначают физические величины?

9.Что из перечисленного является основной единицей физической величины?

1. Какие явления не относятся к световым?

А.Блеск звезд.

Б. Изображение человека в зеркале

В. Плавление воска

2. Какие явления относятся к механическим?

А. Полет птицы

Б. Свечение электролампочки.

В. Солнечное излучение

3. Какие явления относятся к электрическим?

А. Молния

Б. Спуск санок с горы

В. Работа плеера.

4. Что из перечисленного является физическим телом?

5. Что из перечисленного является Веществом?

6. Каким образом изучались перечисленные явления:

1. При раскручивании дисков электрофорной машины между шарами проскакивает искра

2. Между грозовыми облаками и землей происходит вспышка молнии.

А. Опытным путем

Б. В процессе наблюдений

7. При нагревании воск плавится. Чем является процесс нагревания по отношению к процессу плавления?

А Причиной.

Б. Следствием.

В. Опытным фактом.

Г. Независимым процессом

Д. Физическим явлением

8. Какие слова обозначают физические величины?

9. Что из перечисленного является основной единицей физической величины?

Взаимопроверка.

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9

№ 1 А, В А Б В А, В 1-Б
2-А, Б

3-А
Д Б, В Б

№ 2 Б А, Б А Б, В В 1-А, Б
2-Б
А А, В А

После повторения изученного я, считаю необходимо подготовить ребят к изучению нового материала. Для более легкого усвоения необходимо отвлечь их дать возможность немного передохнуть. Поэтому на данном этапе урока я провожу физминутку.

Использование средств мультимедиа, просто необходимо на этом этапе урока, для вовлечения ребят в "сказочный" мир физики. А увлекательный рассказ учителя вовлечет, каждого учащегося в этот мир.

За долго до нашей эры народы Древнего Востока- египтяне, вавилоняне, ассирийцы, индусы и китайцы - накопили много естественно научных и технических знаний. В связи с необходимостью строить здания, храмы, пирамиды, с развитием мореплавания, потребностями измерений земельных участков и т. д. накопились первоначальные сведения о свойствах различных материалов, о технике математических вычислений, о движении небесных светил.

Однако научные знания народов Древнего Востока не содержали данных о строении тел и о причинах отдельных явлений природы.

По дошедшим до нас сведениям первые высказывания по зтому вопросу принадлежат ученым - Древней Греции и Древнего Рима. Среди этих ученых следует назвать Фалеса Милетского, Аксимена Гереклита Эфффеского. Фалес, например, утверждал, что первоначало всех вешей вода, из нее образуются вещи, а Анаксимен учил, что весь мир построен из воздуха. Древнегреческий ученый Гераклид говорил, что первоначальной формой вещества является огонь.

Основная заслуга этих ученых заключается в том, что они поставили вопрос: из чего состоят окружающие тела? Сплошные ли они или построены из каких то маленьких частиц, которые нельзя увидеть, но о существовании которых можно догадываться на основании наблюдений: испарение воды, стирание лезвий ножа.

Древнегреческий ученый Демократ впервые высказал гениальное предположение о том, что все тела состоят из мельчайших неделимых частичек - атомов, которые находятся в движении и, взаимодействуя между собой, образуют все тела природы.

Таким образом, древние ученые высказали многое из современных представлений о строении вещества. В ту пору их высказывания являлись, конечно, лишь гениальными догадками, основанными на наблюдениях, но не подтвержденными ни какими экспериментальными фактами.

Все окружающее человека обладает своими свойствами. Объекты отличаются по форме, цвету, запаха.

Знания о строении вещества помогают не только объяснить суть явлений, но и оказывать влияние на его течение.

Почему каучук упругий, а воск мягкий? Почему при нагревании твердые тела превращаются я в жидкости, жидкости в газ? На все эти вопросы можно ответить, зная строение вещества.

3. Демонстрация опытов

1. Изменение формы воздушного шарика

2. Эксперимент на интерактивной доске.

Наглядный эксперимент, показанный на экране, непременно заинтересует каждого. Если ребенку интересно, он готов полностью "погрузиться" в урок. В одной из целей урока написано "развить интерес к физике", это не просто одна из целей это одна из главных целей. Даже в 7 классе они все еще дети, и нам педагогам, следует не забывать об этом. Показать эксперимент красочно, наглядно и доступно для каждого ребенка - вот к чему стремилась я, создавая свой урок.

4. Выводы

Проведя, наглядные эксперименты, я стараюсь подтолкнуть ребят к собственным выводам. Ребята высказывают свои выводы из увиденного и услышанного на уроке, обсуждают и пытаются корректировать ошибки друг друга. На данном этапе урока учить выступает больше как слушатель и подсказчик.

Все эти опыты указывают на и о, что вещества состоят из отдельных частиц, разделенных промежутками. Изменение расстояния между частицами и приводит к изменению объема тела.

То, что тела состоят из мельчайших частиц, объясняет распространение запаха, испарение жидкости.

Молекула вещества - это мельчайшая частица данного вещества.

Можно ли вообразить себе на сколько малы эти размеры?

Молекулы в свою очередь состоя , из еще более мелких частиц - атомов.

5. Закрепление изученного

Как объяснить высыхание белья после стирки?
В чем заключается гипотеза о строении вещества?
Почему не видны частицы, из которых состоят тела?

Экспериментальное задание: Нарисуйте свои молекулы различных веществ (используйте знания из курса химии). (Важно дать ребятам творчески подойти к выполнению домашнего задания)

Читайте также: