Юный техник, 2015 № 07 - [6]
Обычные световые волны могут когда-нибудь заменить рентген или даже позволить специалистам удалять опухоли с помощью лазера вместо хирургических операций. Практическая же проблема заключается в том, что такой свет либо поглощается, либо рассеивается после прохождения через непрозрачный объект. По крайней мере, так было до недавних пор, пока ученые из Университета Твенте, Голландия, не разработали методы обратного сбора рассеянного света, что позволяет получать снимки объектов, сквозь которые он прошел.
Для этого они модифицировали астрономическую технику под названием «адаптивная оптика». Объект освещается лазером с использованием некоего «пространственного светового модулятора», который позволяет задерживать отдельные части луча. После того, как свет проходит через модулятор и исследуемый объект, детектор может определить, откуда пришел рассеянный свет, и собрать цельную картинку.
Другие научные команды подхватили идею и сумели применить ее к фокусированным ультразвуковым волнам, которые позволяют сдвигать частоту лазерного излучения. Смещенные лучи отражаются обратно сквозь объект, создавая эффект, условно говоря, «лампочки внутри стены». Эта технология позволила исследователям получить снимок флуоресцентного шарика диаметром всего 1 мкм, спрятанного между двумя слоями непрозрачного материала.
За этим последовали другие инновационные эксперименты — например, ученым из Парижа удалось получить снимок уха живей мыши со всеми кровеносными сосудами. И хотя технология требует еще серьезной доработки, она позволяет надеяться, что этот метод окажется полезным не только в медицине, но и, скажем, в археологии, а также и для реставрации картин и других произведений искусства.
К сказанному остается добавить, что еще в 90-х годах XX века стараниями ученых Института радиотехники и электроники удалось доказать, что человеческое тело прозрачно не только для рентгена и ультразвука но и отчасти для обычных световых лучей. В этом наглядно можете убедиться и вы сами, поставив ладонь на просвет настольной лампы.
Ученым удалось создать опытный прибор, представлявший собой лазер, зондировавший кожу и подкожные ткани короткими световыми импульсами, и ряд светоприемников, которые улавливали отраженное излучение от разных слоев кожи и подкожных тканей. Расшифровав эти сигналы с помощью специальной компьютерной программы, медики получили возможность узнать количество кислорода, содержащегося в крови, понять, как организм расходует его при различных нагрузках…
Сюрпризы ультразвука
Ультразвук, то есть звук с частотой выше 20 000 Гц, давно уже используется в науке и технике. Например, ультразвуковое сканирование внутренних органов в медицине позволяет выяснить, все ли с ними в порядке.
А в технике ультразвуковые колебания используют не только для диагностики внутренних дефектов деталей и узлов, но и для очистки их поверхности.
И это еще не все, на что способен ультразвук. Недавно обнаружены его новые уникальные свойства.
Так, например, еще один способ использовать силу ультразвука — акустическая левитация. Обычно, чтобы заставить парить в воздухе тот или иной предмет, используют левитацию магнитную. Если обычный магнит поместить над другим магнитом или сверхпроводником, то магнит будет парить в воздухе.
Однако для получения эффекта сверхпроводимости нужны сверхнизкие температуры.
А вот ультразвук дает возможность бесконтактно перемещать любые объекты без всякого охлаждения. Это подтверждают эксперименты с ультразвуковой или акустической левитацией, которые ведутся сразу в нескольких лабораториях мира. Например, физики из Университета Сан-Пауло в Бразилии предложили способ, с помощью которого можно заставить небольшие объекты не только парить в воздухе, но и перемещать их в нужном направлении. Чтобы преодолеть силу тяжести, исследователи использовали давление, которое оказывают звуковые волны.
С помощью ультразвуковых волн можно удерживать и даже передвигать в воздухе небольшие предметы. На фото показана левитация над поверхностью отражателя шарика из полистирола и капель воды (справа).
«Ощутить силу звука можно, если встать напротив мощной акустической колонки или громкоговорителя, — объясняют экспериментаторы. — Звук представляет собой колебание, возникающее в какой-либо среде — воздухе, воде или твердом теле. С физической точки зрения, передача звука в воздухе представляет собой движение областей высокого и низкого давления. Колебания давления создают силу, которая может воздействовать на механические объекты».
При этом исследователи используют так называемые стоячие волны. Простейший пример таких волн описан во многих учебниках. Если закрепить один конец длинной веревки, а другой перемещать рукой с постоянной частотой вверх-вниз, то некоторые точки веревки будут оставаться неподвижными.
Образование такой стоячей волны происходит вследствие наложения двух волн — исходной, созданной движением свободного конца веревки, и отраженной. Эффекты, возникающие при наложении звуковых волн друг на друга, легли в основу разработанного метода ультразвуковой левитации.
