О неслышимых звуках - [4]
Как показывает опыт, сила, при которой звуки разной частоты вызывают появление болевого ощущения, различна; поэтому мы можем заключить, что порог болевого ощущения изменяется при изменении частоты звука. В области частот, соответствующей максимальной чувствительности человеческого уха, то есть там, где мы различаем самые слабые звуки, наше ухо может воспринимать без ощущения боли и очень мощные звуки.
Если силу наиболее слабого из воспринимаемых ухом звуков условно принять за единицу, то сила наиболее мощного звука той же частоты, который еще не будет вызывать ощущения боли, выразится числом, состоящим из единицы и 12 нулей!
Сказанное наглядно поясняет рис. 4. Вдоль горизонтальной оси отложена частота звука, вдоль вертикальной — сила звука.
Сплошная кривая соответствует порогу слышимости, а пунктирная кривая — порогу болевого ощущения.
Как можно убедиться, взглянув на рисунок, верхняя и нижняя кривые сближаются как при значительном увеличении частоты, так и при ее уменьшении. На рисунке при этом выделяется определенная область частот, которые соответствуют волнам, воспринимаемым человеческим ухом как звук. В заштрихованной части этой области находятся волны, используемые нами при разговоре и в музыке. Как мы видим, это только очень небольшая часть тех волн, которые воспринимает человеческое ухо.
Многие читатели, несомненно, задумаются над тем, имеется ли предел увеличению частоты звуковых колебаний.
Замечательный русский физик Петр Николаевич Лебедев, впервые применивший в исследовательской работе ультразвук, обратил внимание на то, что затухание высокочастотных звуков ставит предел распространению их в воздухе. П. Н. Лебедев подсчитал, что звуки с частотой около 5 миллионов колебаний в секунду практически не будут распространяться в воздухе, они будут затухать непосредственно у источника колебаний.
Хотя в жидких и твердых телах звук затухает несравненно медленнее, все же и в них нельзя беспредельно увеличивать его частоту. Рано или поздно мы, наконец, достигнем частот, соответствующих тепловым колебаниям молекул. Такие частоты будут верхней границей области ультразвуковых колебаний. Но чтобы достичь верхней границы ультразвуковых колебаний, надо увеличить частоту колебаний ультразвука еще в несколько тысяч раз по сравнению с той, которой удалось достичь сейчас.
Некоторые из замечательных свойств ультразвука, такие, например, как ускорение им химических превращений или способность дробить вещество, объясняются в большей степени его мощностью, нежели высокой частотой колебаний. Когда удалось получить достаточно мощные слышимые звуки, обнаружилось, что и они вызывают сходные действия. Поэтому когда в наше время говорят о практическом использовании ультразвуков, то часто обсуждают и возможные применения мощных слышимых звуков.
Глава 2.
ПЕРВЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКА
Первое практическое применение ультразвука относится к тем временам, когда наши знания вообще о звуках были очень скудными. Даже природа звука не была еще хорошо известна человеку, а об ультразвуке не имели и понятия.
Наблюдая окружающую жизнь, человек заметил, что собаки реагируют на какие-то звуки, которых он сам не слышит. С этим наблюдением и было связано первое применение ультразвуков.
С давних пор браконьеры — люди, занимающиеся недозволенной охотой, — жестоко преследовались законом. Они обычно пользовались особым коротким свистком, который так и назывался «свистком браконьера». Свисток издавал звук столь большой частоты, что человек его не слышал, но слышала собака.
Спрятавшись в кустах, браконьер мог спокойно подозвать к себе собаку, не опасаясь стоящего поблизости сторожа. Это объясняется тем, что область слышимых звуков для собак иная, чем для человека.
Впрочем, браконьеры так же мало задумывались над природой ультразвука, как не задумывался над превращением энергии первобытный человек, добывавший огонь ударом камня о камень.
Изучать же ультразвук стали сравнительно недавно.
В конце прошлого и начале нашего века в развитии науки произошел гигантский скачок. В эти годы была установлена сложность строения атома, обнаружена способность некоторых элементов самопроизвольно превращаться в другие, открыты различные «невидимые» лучи, замечательный русский ученый А. С. Попов подарил миру величайшее изобретение — радио. Все эти достижения подготовили почву для проникновения еще в одну, до того неведомую область природы — в мир ультразвуков.
Ультразвуковые волны были получены в физических лабораториях в самом конце прошлого века с помощью очень маленьких камертонов, имевших в длину всего несколько миллиметров. Частота ультразвука доходила до 90 тысяч колебаний в секунду. Использовали для получения ультразвука также и особые свистки, названные по имени изобретателя «свистками Гальтона» (рис. 5). Но практического применения неслышимые звуки не находили. Именно это обстоятельство и было одной из причин медленного вначале развития новой области знания.
