В целом ряде случаев возникает необходимость создания систем, совершающих незатухающие колебания. Получить незатухающие колебания в системе можно, если компенсировать потери энергии, воздействуя на систему периодически изменяющейся силой.
Пусть
Запишем выражение для уравнения движения материальной точки, совершающей гармоническое колебательное движение под действием вынуждающей силы.
Это дифференциальное уравнение является линейным неоднородным.
Его решение равно сумме общего решения однородного уравнения и частного решения неоднородного уравнения:
Найдем частное решение неоднородного уравнения. Для этого перепишем уравнение (1) в следующем виде:
(2)
Частное решение этого уравнения будем искать в виде:
Тогда
Подставим в (2):
т.к. выполняется для любого t, то должно выполняться равенство γ = ω, следовательно,
Это комплексное число удобно представить в виде
где А определяется по формуле (3 ниже), а φ - по формуле (4), следовательно, решение (2),в комплексной форме имеет вид
Его вещественная часть, являвшаяся решением уравнения (1) равна:
где
(3)
(4)
Слагаемое Хо.о. играет существенную роль только в начальной стадии при установлении колебаний до тех пор, пока амплитуда вынужденных колебаний не достигнет значения определяемого равенством (3). В установившемся режиме вынужденные колебания происходят с частотой ω и являются гармоническими. Амплитуда (3) и фаза (4) вынужденных колебаний зависят от частоты вынуждающей силы. При определенной частоте вынуждающей силы амплитуда может достигнуть очень больших значений. Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающей силы к собственной частоте механической системы, называется резонансом.
Частота ω вынуждающей силы, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной. Для того чтобы найти значение ωрез, необходимо найти условие максимума амплитуды. Для этого нужно определить условие минимума знаменателя в (3) (т.е. исследовать (3) на экстремум).
Зависимость амплитуды колеблющейся величины от частоты вынуждающей силы называется резонансной кривой. Резонансная кривая будет тем выше, чем меньше коэффициент затухания β и с уменьшением β, максимум резонансных кривых смешается вправо. Если β = 0, то
ωрез = ω0.
При ω→0 все кривые приходят к значению - статическое отклонение.
Параметрический резонанс возникает в том случае, когда периодическое изменение одного из параметров система приводит к резкому увеличению амплитуды колеблющейся системы. Например, кабины, делающие "солнышко" за счет изменения положения центра тяжести система.(То же в "лодочках".) См. §61.т. 1 Савельев И.В.
Автоколебаниями называются такие колебания, энергия которых периодически пополняется в результате воздействия самой системы за счет источника энергии, находящегося в этой же системе. См. §59 т.1 Савельев И.В.
Вынужденные колебания .
Вынужденными колебаниями наз. незатухающие колебания системы, которые вызываются действием внешней периодической силы.
Если сила не будет периодической, то не возникнет и периодических колебаний. Например, если сила постоянна, то возникает статическое отклонение системы.
Примеры: колебания гребных винтов, лопаток турбины, качелей при раскачивании, мостов и балок при ходьбе и т.д.
Если внешняя вынуждающая сила изменяется по гармоническому закону , то в системе устанавливаются гармонические колебания с частотой внешней вынуждающей силы (процесс установления колебаний изображен на рисунке: вынужденные колебания накладываются на свободные затухающие колебания; после того, как свободные колебания прекращаются, остаются только вынужденные).
Резонанс.
Явление возрастания амплитуды колебаний при приближении частоты вынуждающей силы ω к собственной частоте колебательной системы ω0, называется резонансом.
Соответственно данная частота наз. резонансной частотой.
При наличии трения резонансная частота несколько меньше собственной частоты колебательной системы. С энергетической точки зрения при резонансе создаются наилучшие условия для передачи энергии от внешнего источника к колебательной системе.
Резонанс применяется для измерения частоты (частотомеры) вибраций, в акустике. Резонанс необходимо учитывать при расчете балок, мостов, станков и т.д.
Автоколебания.
Колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счет действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами (периодичностью), наз. автоколебательной.
Примеры: часы, орган, духовые инструменты, сердечно-сосудистая система, паровые машины и двигатели внутреннего сгорания и т.д.
Любая автоколебательная система состоит из 4 частей:
1. колебательная система;
2. источник энергии, компенсирующий потери энергии на преодоление сопротивления;
3. клапан – устройство, регулирующее поступление энергии в колебательную систему определенными порциями и в определенный промежуток времени;
4. обратная связь – устройство для обратного воздействия автоколебательной системы на клапан, управляющее работой клапана за счет процессов в самой колебательной системе.
Примером механической автоколебательной системы могут быть часы с анкерным ходом.
Часы с маятником
Ручные часы
Колебательная система
Маятник
Балансир (маховик)
Источник
энергии
Поднятая гиря
Заведенная пружина
Клапан
Анкер
Обратная связь
Взаимодействие анкера
с ходовым колесом
1. Волны, механизм их возникновения. Уравнение волны. Акустические волны, их характеристики. Эффект Доплера.
2. ВВЕДЕНИЕ
3. Особый интерес в диагностике вызывает использование эффекта Доплера. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты). При наложении первичных и отраженных сигналов возникают биения, которые прослушиваются с помощью наушников или громкоговорителя. В настоящее время на основе эффекта Доплера исследованы только движение крови и биение сердца.
4. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЯВЛЕНИЯ
5. Христиан Доплер, Австрийский физик, родился 29 ноября 1803 года в Зальцбурге в семье каменщика. В 1825 году окончил Политехнический институт в Вене, с 1829 по 1833 преподавал высшую математику в Вене. Затем, в течение полутора лет, ему пришлось работать клерком на хлопчатобумажной фабрике. Он даже хотел эмигрировать в Америку, но получил приглашение быть профессором в Праге, где проработал с 1835 по 1847 год. С 1847 года – профессор Горной и Лесной академий в Хемнице, с 1848 года – член Венской академии Наук, с 1850 профессор Венского университета и директор первого в мире Физического института, созданного при Венском университете по его инициативе. Умер Христиан Доплер 17 марта 1853 года в Венеции от туберкулеза.
6. В мае 1842 года Кристиан Доплер опубликовал работу, где, сформулировал принцип, согласно которому «при относительном движении источника и приемника излучения регистрируемая частота излучения зависит от скорости их движения». Впервые этот эффект был подтвержден экспериментально в акустическом диапазоне волн в 1845 году английским ученым Байсом Бэллотом. Поставленный им опыт состоял в следующем. На платформе, сцепленной с движущимся локомотивом, находился музыкант, играющий на одной ноте. Второй музыкант с абсолютным слухом стоял на перроне вокзала. Он констатировал, что, когда поезд приближался к станции, труба звучала на полтона выше; когда поезд удалялся от станции этому музыканту казалось, что труба играет на полтона ниже. Как и ожидалось, кажущаяся высота звука оказалась в прямой зависимости от скорости поезда, что, собственно, и предсказывалось законом Доплера. Применительно к задачам астрономии данный эффект был проверен Уильямом Хаггинсом в 1868 году. В оптическом диапазоне в лабораторных условиях это явление наблюдалось русским ученым А.А.Белопольским в 1900 году.
7. Принцип Доплера получил многочисленные применения в самых разнообразных областях физики и техники, там, где надо измерить скорость предметов, которые могут излучать или отражать волны, например:
8. - Детектор движения в охранных системах.
9. - Навигация в подводных лодках.
10. - Измерение силы ветра и скорости облаков в метеорологии.
11. СУЩНОСТЬ ФИЗИЧЕСКОГО ЯВЛЕНИЯ
12. Эффектом Доплера называют изменение частоты волн, регистрируемых приемником, которое происходит вследствие движения источника этих волн и приемника. Источник, двигаясь к приемнику, как бы сжимает пружину – волну (рис.1).
13. Рис.1
14. Данный эффект наблюдается при распространении звуковых волн (акустический эффект) и электромагнитных волн (оптический эффект).
15. Рассмотрим несколько случаев проявления акустического эффекта Доплера:
16. 1) Пусть приемник звуковых волн П в газообразной (или жидкой) среде неподвижен относительно нее, а источник И удаляется от приемника со скоростью вдоль соединяющей их прямой (рис.2, а). Источник смещается в среде за время, равное периоду его колебаний, на расстояние, где – частота колебаний источника.
17. Рис.2.
18. Поэтому при движении источника длина волны в среде отлична от ее значения при неподвижном источнике:, где – фазовая скорость волны в среде. Частота волны, регистрируемая приемником,
19. 2) Если вектор скорости источника направлен под произвольным углом к радиус-вектору, соединяющему неподвижный приемник с источником (рис. 2, б), то частота волны будет равна:
20. 3) Если источник неподвижен, а приемник приближается к нему со скоростью вдоль соединяющей их прямой (рис.2, в), то длина волны в среде. Однако, скорость распространения волны относительно приемника равна, так что частота волны, регистрируемая приемником
21. 4) В том случае, когда скорость направлена под произвольным углом к радиус-вектору, соединяющему движущийся приемник с неподвижным источником (рис. 2, г), имеем:.
22. 5) В самом общем случае, когда и приемник и источник звуковых волн движутся относительно среды с произвольным скоростями (рис.2, д), частота волн. Эту формулу можно также представить в виде (если)
23. где – скорость источника волны относительно приемника, а – угол между векторами и. Величина, равная проекции на направление, называется лучевой скоростью источника
24. Оптический эффект Доплера.
25. При движении источника и приемника электромагнитных волн относительно друг друга также наблюдается эффект Доплера, т.е. изменение частоты волны, регистрируемой приемником. В отличие от рассмотренного нами эффекта Доплера в акустике, закономерности этого явления для электромагнитных волн можно установить только на основе специальной теории относительности.
26. 1) Так как для распространения электромагнитных волн не требуется материальная среда, можно рассматривать только относительную скорость источника и наблюдателя. Соотношение, описывающее эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме, с учетом преобразований Лоренца, имеет вид: (релятивистская формула эффекта Доплера), где с — скорость света, v — скорость источника относительно приёмника (наблюдателя), θ - угол между направлением на источник и вектором скорости. Если источник радиально удаляется от наблюдателя, то θ=0, если приближается - θ=π.
27. Релятивистский эффект Доплера обусловлен двумя причинами:
28. классический аналог изменения частоты при относительном движении источника и приёмника;
29. релятивистское замедление времени.
30. 2) При небольших скоростях движения источника волн относительно приемника, релятивистская формула эффекта Доплера совпадает с классической формулой
31. 3) Если источник движется относительно приемника вдоль соединяющей их прямой, то наблюдается продольный эффект Доплера.
32. В случае сближения источника и приемника (),
33. а в случае их взаимного удаления ()
34. Продольный эффект Доплера был впервые обнаружен в 1900 г. в лабораторных условиях русским астрофизиком А. А. Белопольским (1854 — 1934) и повторен в 1907 г. Русским физиком Б.Б.Голицыным (1862-1919). Продольный эффект Доплера используется при исследовании атомов, молекул, а также космических тел, так как по смещению частоты световых колебаний, которое проявляется в виде смещения или уширения спектральных линий, определяется характер движения излучающих частиц или тел.
35. 4) Кроме того, из релятивистской теории эффекта Доплера следует существование поперечного эффекта Доплера, наблюдающегося когда угол между волновым вектором и скоростью источника равен и, т.е. в тех случаях, когда источник движется перпендикулярно линии наблюдения (например источник движется по окружности, приемник в центре):
36. Поперечный эффект Доплера необъясним в классической физике. Он представляет собой чисто релятивистский эффект.
37. Как видно из формулы, поперечный эффект пропорционален отношению, следовательно он значительно слабее продольного, который пропорционален.
38. В общем случае вектор относительной скорости можно разложить на составляющие: одна обеспечивает продольный эффект, другая – поперечный.
39. Существование поперечного эффекта Доплера следует непосредственно из замедления времени в движущихся системах отсчета. Экспериментальное обнаружение поперечного эффекта Доплера явилось еще одним подтверждением справедливости теории относительности; он был обнаружен в 1938 г. в опытах американского физика Г. Айвса.
40. Впервые экспериментальная проверка существования эффекта Доплера и правильности релятивистской формулы была осуществлена американскими физиками Г. Айвсом и Д. Стилуэллом в 30-х гг. Они с помощью спектрографа исследовали излучение атомов водорода, разогнанных до скоростей м/с. В 1938 г. результаты были опубликованы. Резюме: поперечный эффект Доплера наблюдался в полном соответствии с релятивистскими преобразованиями частоты (спектр излучения атомов оказался сдвинут в низкочастотную область); вывод о замедлении времени в движущихся инерциальных системах отсчета подтвержден.
41. ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТА ДОПЛЕРА В МЕДИЦИНЕ
42. Этот эффект широко применяется в акушерстве, так как звуки, идущие от матки легко регистрируются. На ранней стадии беременности звук проходит через мочевой пузырь. Когда матка наполняется жидкостью, она сама начинает проводить звук. Положение плаценты определяется по звукам протекающей через нее крови, а через 9 - 10 недель с момента образования плода прослушивается биение его сердца. С помощью ультразвуковых устройств количество зародышей или констатировать смерть плода.
43. На его же принципе основана диагностика показателей кровотока практически в любом сосуде, что очень важно для выявления патологии поражающей сердечнососудистую систему и контроля ее лечения. При исследовании кровотока пациента посредством ультразвукового исследования фиксируют изменение частоты ультразвукового сигнала при отражении его от движущихся частиц крови, основную массу которых составляют эритроциты.
44. Для регистрации эффекта Доплера используют ультразвук, посылаемый в направлении исследуемого сосуда. Отражаясь от движущихся эритроцитов, ультразвук, принимаемый устройством, соответственно меняет частоту. Это позволяет получить информацию о скорости движения крови по исследуемому участку сосудистого русла, направлении движения крови, объеме кровяной массы, движущейся с определенными скоростями, и, исходя из этих параметров, обосновывать суждение о нарушении кровотока, состоянии сосудистой стенки, наличии атеросклеротического стеноза или закупорке сосудов, а также оценить коллатеральное кровообращение.
45. Трение внутри потока крови обуславливает распределение скоростей в нормальном сосуде так, что в пристеночных слоях скорость близка к нулю, а по оси сосуда достигает максимума. Спектр доплеровского сигнала вследствие этого близок к сплошному, и поле между нулевой линией и огибающей спектра (максимальная частота, соответствующая максимальной скорости движения в данный момент времени) в норме оказывается достаточно равномерно заполненным, за исключением небольшого просвета под систолическим пиком. В зависимости от сосуда спектрограмма имеет характерный вид. Например, в мозговых сосудах циркуляторное сопротивление низкое, в результате чего движение крови имеет однонаправленный характер во все фазы сердечного цикла, так что систолическая и диастолическая фазы доплеросонограммы лежат выше нулевой линии, а диастолическая скорость достаточно велика.
46. При стенозе скорость движения в стенозированном участке возрастает пропорционально степени стеноза. Визуально это выражается в резком увеличении амплитуды систолического пика, сразу по выходе из стенозированного участка возникают турбулентности с частичным обратным кровотоком, это выглядит как появление спектральных составляющих ниже нулевой линии, а расширение диапазона варьирования скоростей движения крови приводит к расширению спектра частот доплеровского сигнала.
47. Применение ультразвука в терапии и хирургии
48. Ультразвук, применяемый в медицине, может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей (0,125 - 3,0 Вт/см2) - неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях (> 5 Вт/см2) основная цель - вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях. Первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе - ультразвуковую хирургию.
49. Применение ультразвука в хирургии
50. Существуют две основные области применения ультразвука в хирургии. В первой из них используется способность сильно фокусированного пучка ультразвука вызывать локальные разрушения в тканях, а во второй механические колебания ультразвуковой частоты накладываются на хирургические инструменты типа лезвий, пил, механических наконечников.
51. Хирургия с помощью фокусированного ультразвука
52. Хирургическая техника должна обеспечивать управляемость разрушения тканей, воздействовать только на четко ограниченную область, быть быстродействующей, вызывать минимальные потери крови. Мощный фокусированный ультразвук обладает большинством из этих качеств. Возможность использования фокусированного ультразвука для создания зон поражения в глубине органа без разрушения вышележащих тканей изучено в основном в операциях на мозге. Позже операции проводились на печени, спинном мозге, почках и глазе.
53. Применение ультразвука в физиотерапии
54. Одно из наиболее распространенных применений ультразвука в физиотерапии - это ускорение регенерации тканей и заживления ран. Восстановление тканей можно описать с помощью трех перекрывающихся фаз. В течение воспалительной фазы фагоцитарная активность макрофагов и полиморфонуклеарных лейкоцитов ведет к удалению клеточных фрагментов и патогенных частиц. Переработка этого материала происходит главным образом при помощи лизосомальных ферментов макрофагов. Известно, что ультразвук терапевтических интенсивностей может вызвать изменения в лизосомальных мембранах, тем самым ускоряя прохождение этой фазы. Вторая фаза в залечивании ран -пролиферация или фаза разрастания.
55. Клетки мигрируют в область поражения и начинают делиться. Фибробласты начинают синтезировать коллаген. Интенсивность заживления начинает увеличиваться, и специальные клетки, миофибробласты, заставляют рану стягиваться. Показано, что ультразвук значительно ускоряет синтез коллагенафибробластами как in vitro, так и in vivo. Если диплоидные фибробласты человека облучить ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 0,5 Вт/см2 in vitro, то количество синтезированного белка увеличится. Исследование таких клеток в электронном микроскопе показало, что по сравнению с контрольными клетками в них содержится больше свободных рибосом, шероховатой эндоплазматической сети. Третья фаза -восстановление.
56. Эластичность нормальной соединительной ткани обусловлена упорядоченной структурой коллагеновой сетки, позволяющей ткани напрягаться и расслабляться без особых деформаций. В рубцовой ткани волокна часто располагаются нерегулярно и запутанно, что не позволяет ей растягиваться без разрывов. Рубцовая ткань, формировавшаяся при воздействии ультразвука, прочнее и эластичнее по сравнению с "нормальной" рубцовой тканью.
57. Лечение трофических язв
58. При облучении хронических варикозных язв на ногах ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 1 Вт/см2 в импульсном режиме 2 мс: 8 мс были получены следующие результаты: после 12 сеансов лечения средняя площадь язв составляла примерно 66,4% от их первоначальной площади, в то время как площадь контрольных язв уменьшилась всего до 91,6%. Ультразвук может также способствовать приживлению пересаженных лоскутов кожи на края трофических язв.
59. Ускорение рассасывания отеков
60. Ультразвук может ускорить рассасывание отеков, вызванных повреждениями мягких тканей, что скорее всего обусловлено увеличением кровотока или местными изменениями в тканях под действием акустических микропотоков.
61. Заживление переломов
62. При экспериментальном исследовании переломов малой берцовой кости у крыс было обнаружено, что ультразвуковое облучение во время воспалительной и ранней пролиферативной фаз ускоряет и улучшает выздоровление. Костная мозоль у таких животных содержала больше костной ткани и меньше хрящей. Однако в поздней пролиферативной фазе приводило к негативным эффектам - усиливался рост хрящей и задерживалось образование костной ткани.
63. ДОПЛЕРОГРАФИЯ
64. Доплерография - методика ультразвукового исследования, основанная на использовании эффекта Доплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур - если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика - уменьшается.
65. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
66. Эффект Доплера заключается в том, что движение источника звука или слушателя вызывает изменение высоты звука. Характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику уменьшается, а при удалении растет на величину, где длина волны источника, скорость распространения волны, относительная скорость движения источника. Другими словами, если источник звука и слушатель сближаются, то высота звука растёт; если же они удаляются друг от друга, то высота звука понижается. Эффект Доплера получил широкое применение, потому что спокойствие является частью движения и все объекты в нашем мире находятся в состоянии движения.
67. УЛЬТРАЗВУК. ИНФРАЗВУК.
68.
69. Ультразвуком называют звуковые колебания, частота которых занимает диапазон от 20 кГц до 1010 Гц. Верхний предел принят совершенно условно из таких соображений, что длина волны в веществе и тканях для такой частоты оказывается соизмерима с межмолекулярными расстояниями с учетом того, что скорость распространения УЗ в воде и тканях одинакова. Смещение в УЗ волне описывается ранее рассмотренным уравнением волны.
70. Наибольшее распространение, как в технике, так и в медицинской практике получили пьезоэлектрические излучатели УЗ. Пьезоэлектрическим излучателями служат кристаллы кварца, титаната бария, сегнетовой соли и др. Пьезоэффектом (прямым) называют явление возникновения на поверхностях упомянутых кристаллических пластинок противоположных по знаку зарядов под действием механических деформаций (рис.3а). После снятия деформации заряды исчезают.
71. Существует и обратный пьезоэффект, который нашел применение и в медицинской практике для получения высокочастотного УЗ. Если на посеребренные грани поверхности пластинки пьезоэлемента (рис.3б) подать переменное напряжение от генератора, то кварцевая пластинка придет в колебание в такт переменного напряжения генератора. Амплитуда колебаний будет максимальной, когда собственная частота кварцевой пластинки (ν0) совпадает с частотой генератора (ν г), т.е. наступит резонанс (ν 0 = ν г). Приемник УЗ можно создать на основе прямого пьезоэлектрического эффекта. При этом под воздействием УЗ-волн происходит деформация кристалла, что приводит к появлению переменного напряжения, которое может быть измерено или зафиксировано на экране электронного осциллографа после предварительного его усиления.
72. Ультразвук может получатся с помощью аппаратов, основанных на явлении магнитострикции (для получения низких частот), которая заключается в изменении длины (удлинении и укорочении) ферромагнитного стержня, помещенного в высокочастотное магнитное поле. Торцы этого стержня будут излучать низкочастотный УЗ. Кроме указанных источников УЗ имеются механические источники (сирены, свистки), в которых механическая энергия преобразуется в энергию УЗ колебаний.
73. По своей природе УЗ, как и звук, является механической волной, распространяющейся в упругой среде. Скорости распространения звуковых и ультразвуковых волн примерно одинаковы. Однако длина волны УЗ значительно меньше, чем звука. Это позволяет легко сфокусировать УЗ колебания.
74.
75. Ультразвуковая волна обладает значительно большей интенсивностью, чем звуковая, вследствие большой частоты она может достигать нескольких Ватт на квадратный сантиметр (Вт/см2), а при фокусировке можно получить УЗ с интенсивностью 50 Вт/см2 и более.
76. Распространение УЗ в среде отличается (благодаря малой длине волны) и другой особенностью - жидкости и твердые тела представляют собой хорошие проводники УЗ, а воздух и газ - плохие. Так, в воде при прочих равных условиях УЗ затухает в 1 000 раз слабее, чем в воздухе. При распространении УЗ в неоднородной среде возникает отражение его и преломление. Отражение УЗ на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Если УЗ в среде с w1 = r1J1 падает перпендикулярно на плоскую поверхность второй среды с w2 = r2J2, то часть энергии пройдет через граничную поверхность, а часть отразится. Коэффициент отражения будет равен нулю, если r1J1 = r2J2 т.е. УЗ-энергия не будет отражаться от границы раздела поверхностей, а будет переходить из одной среды в другую без потерь. Для границ раздела воздух-жидкость, жидкость-воздух, твердое тело-воздух и наоборот коэффициент отражения будет равен почти 100%. Объясняется это тем, что воздух имеет очень малое акустическое сопротивление.
77. Вот поэтому во всех случаях связи излучателя УЗ с облучаемой средой, например, с телом человека, необходимо строго следить, чтобы между излучателями и тканью не было даже минимального воздушного слоя (волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха). Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ излучателя покрывается слоем масла или оно наносится тонким слоем на поверхность тела.
78. При распространении УЗ в среде возникает звуковое давление, которое колеблется, принимая положительное значение в области сжатия и отрицательное в следующей за ней области разряжения. Так, например, при интенсивности ультразвука 2 Вт/см2 в тканях человека создается давление в области сжатия + 2,6 атм., которое в следующей области переходит в разряжение - 2,6 атм. (рис.4). Сжатие и разряжение, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошной жидкости с образованием микроскопических полостей (кавитация). Если этот процесс происходит в жидкости, то пустоты заполняются парами жидкости или растворенными в ней газами. Затем на месте полости образуется участок сжатия вещества, полость быстро захлопывается, выделяется значительное количество энергии в малом объеме, что приводит к разрушению микроструктур вещества.
Главная Новости
Инфразвук и его влияние на психику человека.
Анатолий
другие темы автора»
2 января 2014 в 17:50 — 118171 просмотр — 25 комментариев
Разное — метки: инфразвук, влияние на психику человека, звуки моря, голос моря, инфразвук в природе
Довольно спорная тема на рассмотрение вам. Впрочем, в ней есть рациональное зерно и поэтому она будет интересна широкому кругу читателей. Мне кажется она подойдет для общего ознакомления и в чисто познавательном плане.
Исследование особенностей восприятия инфразвуковых колебаний психикой человека
Студента ИП-ПС-09-1
Молчановой Дарьи Дмитриевны
Научный руководитель:
доцент КОП Унарова С.Н.
Якутск 2011
Оглавление
Введение
Глава 1. Инфразвук и его роль в жизни человека и общества
§1. Понятие «инфразвук»
§2 Природные источники инфразвука
§3. Производственный инфразвук нашего повседневного окружения
§4. Воздействие инфразвука на организм и психику человека
Вывод
Глава 2. История исследований восприятия человеком инфразвуковых волн
§1. Исследования инфразвуков органных труб
§2. Исследования инфразвука В. Гавро
§3. Открытие В. Тэнди
§4. «Голос моря»
Вывод
Список использованной литературы
Введение
Живя в мире, наполненном различными звуками, мы редко задумываемся, что же такое - звук, и какое влияние он оказывает на нас. А ведь самого по себе звука, как мы привыкли его слышать, вовсе не существует. В окружающем нас пространстве беззвучно перемещаются немые волны различной частоты. Природой человеку дан слуховой аппарат, способный трансформировать эти волны в звук, однако люди могут услышать лишь малую часть из всего того широкого диапазона частот, что окружают нас с момента рождения. Человечество веками жило, не подозревая о том, что за порогами слышимости тоже существуют звуковые волны, могущие оказывать влияние на наш организм и нашу психику.
Проблема особенностей восприятия инфразвуковых волн недостаточно хорошо изучена в психологии, в частности, в психологии восприятия, несмотря на то, что полученные на сегодняшний день данные представляют огромную ценность в разработке этой области.
В настоящее время эти результаты имеют большую значимость для дальнейших научных и практических исследований, поскольку эта малоосвоенная пока область открывает перспективы воздействия на самое дорогое, что есть у человека - его мозг, а также ставит перед нами необходимость скорейшего поиска средств защиты человека от неблагоприятного воздействия инфразвуковых колебаний. Таким образом, работа, несомненно, актуальна, так как психология инфразвукового восприятия в ближайшем будущем в соответствии с требованиями времени, скорее всего, станет важным компонентом науки на стыке психологии восприятия и акустики.
Целью данного исследования является изучение особенностей восприятия инфразвуковых колебаний психикой человека.
Задачи исследования:
В первой главе основной части исследовательской работы нами ставится задача исследования инфразвукового воздействия на наше повседневное восприятие. Для этого нам следует раскрыть сущность понятия инфразвуковых колебаний и показать, какие источники инфразвука существуют в нашей повседневной жизни и каким образом инфразвуку удается влиять на человека. Во второй главе предоставляется краткое описание истории исследований восприятия человеком инфразвуковых волн. Это первые эксперименты ученых и истории постановки их научных гипотез.
Однако, вместе с тем, в данной работе не представлен ряд научных проблем, связанных с влиянием инфразвуковых волн, так как они выходят за рамки психологической науки.
Глава 1. Инфразвук и его роль в жизни человека и общества
§1. Понятие «инфразвук»
Мы живем в мире, наполненном звуками, лежащими в огромном диапазоне. Как известно, человеческое ухо устроено так, что воспринимает звуки с частотой от 16 до 18-20 тысяч колебаний в секунду (Гц), но акустические колебания могут иметь как более низкие, так и более высокие частоты, которые составляют области не слышимых человеком ультра- и инфразвуков. Это те колебательные процессы во внешней среде, которые человек не замечает, но которые могут оказывать весьма существенное влияние на различные биологические процессы.
Мозг воспринимает только часть тех событий в акустической среде, которые достигают периферических рецепторных приборов внутреннего уха. Возможности восприятия определяются разрешающей способностью рецепторов по времени и частоте, скоростью передачи по нервным путям, направленностью внимания. «Звуки и свет, - писал И.М. Сеченов,- как ощущения суть продукты организации человека; но корни видимых нами форм и движений, равно как и слышимых нами модуляций звуков, лежат вне нас, в действительности» (Сеченов И.М. Избр. произведения - М., Изд-во АН СССР, 1952, -т.1, 771 с.; т.2,942 с.).
Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 16 Гц.
Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Физическая сущность инфразвука не отличается от физической сущности звука. Звук - это упругие волны, продольно распространяющиеся в какой- либо упругой среде и создающие в ней механические колебания, проще говоря, это движение молекул воздуха, вызываемое колеблющимся физическим телом (например, струной гитары, камертоном или мембраной громкоговорителя). Воздушная среда совершенно необходима для распределения звука в пространстве; её возвратно - поступательные движения во время колебаний сопровождаются последовательными волнами сжатия и разрежения воздуха, которые не распространяются в вакууме, в котором, стало быть, всегда царит абсолютная тишина. Если нет отражателя или резонатора, звук распространяется главным образом в направлении колебаний физического тела.
Однако инфразвук, как низкочастотный волновой процесс, обладает рядом особенностей. Волны низкой частоты характеризуются огромной проникающей способностью, благодаря их малому поглощению. При распространении в глубоком море и в атмосфере на уровне земли инфразвуковые волны частоты 10-20 Гц затухают на расстоянии 1000 км не более чем на несколько Дб (децибел). Из-за большой длины волны (на частоте 3,5 герца она равна 100 метрам) на инфразвуковых частотах мало и рассеяние звука в естественных средах; заметное рассеяние создают лишь очень крупные объекты - холмы, горы, крупные здания и др. Вследствие малого поглощения и рассеяния инфразвук может распространяться на очень большие расстояния. Известно, что звуки извержения вулканов, атомных взрывов могут многократно обходить вокруг земного шара, сейсмические волны могут пересекать всю толщу Земли. По этим же причинам инфразвук почти невозможно изолировать, и все звукопоглощающие материалы теряют свою эффективность на инфразвуковых частотах.
Так как длина инфразвуковой волны весьма велика, проникновение ее в ткани тела также велико; фигурально говоря, человек слышит инфразвук всем телом. Действуя за счет резонанса, инфразвуковые колебания по частоте могут совпадать со многими процессами, происходящими в нашем организме. Например, сокращения сердца лежат в инфразвуковом диапазоне 1-2 Гц, дельта ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц, альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц, бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц. При совпадении колебаний инфразвука с колебаниями в теле последние усиливаются, что может привести к расстройству работы органа, его травме или даже разрыву на части.
§2. Природные источники инфразвука
Ни для кого не секрет, что окружающая нас среда буквально пронизана инфразвуковыми колебаниями, среди природных источников инфразвука называют волны, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, резкие колебания давления в атмосфере и пр.
Исследования нарушений в функциях внутренних органов человека, подвергшегося воздействию инфразвука, позволяют сделать вывод о том, что инфразвук потенциально опасен для здоровья человека. Он способствует потере чувствительности органов равновесия тела, а это приводит к появлению боли в ушах, позвоночнике и повреждениям мозга. Вероятно еще более пагубными (поскольку они являются скрытыми) следует считать психологические последствия, обусловленные инфразвуком, который всегда существует в атмосфере, хотя порою, она кажется нам совершенно спокойной.
Морские волны, ударяющиеся о берег, не только порождают слабые сейсмические колебания в земле, но и вызывают изменения в давлении воздуха с частотой около 0,05 Гц. Эти колебания давления можно уловить сверхчувствительными барометрами.
Взаимодействие сильного ветра и морских волн создаёт сильные инфразвуковые волны, которые распространяются со скоростью звука, т.е. значительно быстрее циклона. Они бегут по морским волнам, усиливаясь.
Этот инфразвук может служить ранним предвестником бури, шторма или циклона. Как известно, многие животные могут предсказывать эти природные явления, например, медузы, задолго до появления первой штормовой волны уплывают от берега. Но и некоторые люди улавливают «голос моря». Жители прибрежных районов говорят о рыбаках, которые, глядя на спокойное море, безошибочно предсказывают появление шторма. Мощные инфразвуковые колебания воздуха, принесенные издалека, воспринимаются ими как болевые ощущения в ушах. Также штормы оказывают на людей сильное воздействие, вызывая различные изменения в поведении и психике, начиная от ощущения легкого недомогания и ослабления памяти вплоть до резкого увеличения числа попыток к самоубийству.
Инфразвук создается и при землетрясениях. Именно с его помощью в Японии узнают о приближении цунами, гигантских приливных волн, порождаемых подводными землетрясениями. По данным, собранным Российским исследователем Борисом Островским, только в Атлантике ежегодно происходит до 50 тысяч подводных землетрясений разной силы, «излучающих» инфразвук. Механизм явления таков: землетрясение, как известно, происходит в результате накопления упругой энергии в земной коре, доводящей последнюю до разрыва. Эти силы и порождают инфразвуковые колебания: чем больше напряженность в геологических породах, тем интенсивнее инфразвук. При зарождении подводного землетрясения, когда «тряской» охвачены сотни квадратных километров поверхности океана, поперечные звуковые волны передаются через толщу воды. Большинство из них доходит до ионосферы. Если в этот район попадет корабль, он примет часть инфразвуковых волн на себя. Продолжительное воздействие инфразвуковых колебаний делает из корабля резонатор, который в несколько раз повышает интенсивность звуковых волн и передает их подобно динамику. В этом случае само судно становится как бы вторичным источником инфразвука, намного усиленного. От него людей охватывает страх, переходящий в ужас. Возможно, этим явлением объясняется то, что в открытом океане встречались суда вовсе без единого человека - с явными признаками стремительного бегства с них людей. Люди, находящиеся на судне, ставшим резонатором инфразвуковых колебаний буквально сходили с ума от этого воздействия и стремительно искали пути, чтобы избавиться от него.
В зависимости от интенсивности инфразвуковых колебаний, находящиеся на борту люди будут испытывать различные степени паники. Сознание человека будет подыскивать причину подобных явлений, - пытаться их интерпретировать. И, если это сознание воспитано на легендах и мифах, то и интерпретация будет соответствующей, например, - миф о зовущих сиренах. Например, Гомеровская Одиссея - методы защиты от пения сирен для гребцов (весьма плотно, непроницаемо, заткнуты уши) и для себя (накрепко привязан к мачте) - свидетельствуют в пользу правомерности предположения, что степень опасности инфразвука не только осознавалась в древности, но и от его возможного воздействия принимались вполне конкретные и разумные меры защиты.
Встречались и суда, на которых вся команда и пассажиры оказывались мертвыми, каждый на том месте, где он находился, что также можно объяснить влиянием инфразвука. К примеру, если инфразвуковые колебания по ряду причин достигали частоты, резонирующей с внутренними органами людей, они могли привести к разрыву желудка, сердца, легких или сосудов и последующей внезапной смерти. Подтверждение этой гипотезе можно найти в рассказах свидетелей необъяснимых смертей во время Гоби-Алтайского землетрясения, разразившегося 4 декабря 1957 года на юге Монголии. Некоторые пастухи падали замертво еще до первых толчков без видимых на то причин. Как видно, и здесь проглядывает «убийственная» природа инфразвука.
Очень мощные инфразвуковые волны возникают при извержении вулканов. Так, инфразвуковые волны (с частотой 0,1 Гц), образовавшиеся при извержении вулкана Кракатау в 1883 году несколько раз обошли вокруг земного шара. Они вызвали значительные флуктуации давления, которые можно было зафиксировать даже обычным барометром.
Существует определенная вероятность, что различные аномалии в состоянии людей при плохой погоде, объясняемые раньше климатическими условиями, являются следствием воздействия инфразвуковых волн.
§3. Производственный инфразвук нашего повседневного окружения
Природные источники мощного инфразвука - ураганы, извержения вулканов, электрические разряды и резкие колебания давления в атмосфере, быть может, не столь уж часто докучают человеку. Но в этой вредной области инфразвука человек быстро догоняет природу и в ряде случаев уже перегнал ее. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Источниками инфразвука, связанными с человеческой деятельностью, являются взрывы, орудийные выстрелы, ударные волны от сверхзвуковых самолётов, акустическое излучение реактивных двигателей.
Повседневно в промышленности инфразвуки излучаются заводскими вентиляторами и воздушными компрессорами, дизелями, всеми медленно работающими машинами; постоянный источник таких звуков - городской транспорт. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ. Характерно, что излучением инфразвука сопровождается процесс речеобразования. Существенный вклад в инфразвуковое загрязнение среды дают транспортные шумы как аэродинамического, так и вибрационного происхождения.
Таблица 1
Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах
Источник инфразвукаХарактерный частотный диапазон инфразвукаУровни инфразвукаАвтомобильный транспортВесь спектр инфразвукового диапазонаСнаружи 70-90 дБ, внутри до 120 дБЖелезнодорожный транспорт и трамваи10-16 ГцВнутри и снаружи от 85 до 120 дБПромышленные установки аэродинамического и ударного действия8-12 ГцДо 90-105 дБВентиляция промышленных установок и помещений, то же в метрополитене3-20 ГцДо 75-95 дБРеактивные самолетыОколо 20 ГцСнаружи до 130 дБ
На эту тему старейший английский акустик доктор Стефенс докладывал на всех международных форумах. Так, при запуске космических ракет типа "Аполлон" рекомендуемое (кратковременное) значение инфразвукового уровня для космонавтов составляет 140 децибел, а для обслуживающего персонала и окружающего населения 120 децибел.
Встреча двух поездов, движение поездов в тоннеле сопровождается появлением мощного инфразвукового шлейфа. (Актуальность этой проблемы была подчеркнута при проектировании тоннеля под Ла-Маншем).
Развитие техники и транспортных средств, совершенствование технологических процессов и оборудования сопровождаются увеличением мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который является сравнительно новым, не полностью изученным фактором производственной среды.
В течение последних десятилетий резко возросло количество разного рода машин и других источников шума и инфразвуковых колебаний. И если неблагоприятное воздействие шума не оставляет сомнений, то важно также подчеркнуть, что неприятные последствия вызывает не только чрезмерный шум в слышимом диапазоне колебаний: инфразвук также вызывает нервное перенапряжение, недомогание, головокружение, изменение деятельности внутренних органов, особенно нервной и сердечно - сосудистой систем. Установлено, что у жителей районов, расположенных рядом с крупными международными аэропортами, являющимися сильными инфразвуковыми загрязнителями, заболеваемость гипертонией отчетливо выше, чем в более тихом районе того же города.
§4. Воздействие инфразвука на организм и психику человека
Некоторые ученые предполагают, что инфразвук оказывает сильное влияние на психику людей. Например, интересные результаты были получены американским ученым Данном. Он заметил, что летчики и космонавты, подвергнутые облучению искусственно созданным инфразвуком, медленнее решали простые арифметические задачи, чем обычно.
Медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, который имеет место при колебаниях с частотой 4 - 8 герц. Пробовали стягивать (сначала на модели) область живота ремнями. Частоты резонансов несколько повысились, однако физиологическое воздействие инфразвука не ослабилось.
Легкие и сердце являются объемными резонирующими системами. Они склонны к интенсивным колебаниям при совпадении частот их резонансов с частотой инфразвука. Мощный упругий инфразвук способен повредить и даже полностью остановить сердце. Самое малое сопротивление инфразвуку оказывают стенки легких, что, в конце концов, может вызвать их повреждение.
Картина взаимодействия мозга с инфразвуком особенно сложна.
Небольшой группе испытуемых было предложено решить несложные задачи сначала при действии инфразвукового шума с частотой ниже 15 герц и уровнем примерно 115 децибел, затем при действии алкоголя и, наконец, при действии обоих факторов одновременно. Была установлена аналогия воздействия на человека алкоголя и инфразвукового облучения. При одновременном влиянии этих факторов эффект усиливался, способность к простейшей умственной работе заметно ухудшалась.
В других опытах было установлено, что и мозг может резонировать на определенных частотах (по данным профессора Гавро дельта-ритм мозга (состояние сна) составляет 0,5-3,5 Гц, альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц, бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц. [14]
Эти биологические волны отчетливо обнаруживаются на энцефалограммах, и по их характеру врачи судят о тех или иных заболеваниях мозга. Высказано предположение о том, что случайная стимуляция биоволн инфразвуком соответствующей частоты может повлиять на физиологическое состояние мозга. Значительные психотронные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц, созвучной альфа - ритму природных колебаний мозга, причем любая умственная работа в этом случае делается невозможной.
Кровеносные сосуды. Здесь имеются уже некоторые статистические данные. В опытах французских физиологов и акустиков 42 молодых человека в течение 50 минут подвергались воздействию инфразвука с частотой 7,5 герца и уровнем 130 децибел. У всех испытуемых возникло заметное увеличение нижнего предела артериального давления. При воздействии инфразвука фиксировались изменения ритма сердечных сокращений и дыхания, ослабление функции зрения и слуха, повышенная утомляемость и другие нарушения. Инфрачастоты около 12 Гц при силе в 85-110 дБ, наводят приступы морской болезни и головокружение, а колебания частотой 15-18 Гц при той же интенсивности внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, панического страха. Инфразвук может также шевелить волоски на коже, создавая ощущение холода.
Исследования показали, что частота 19 герц - резонансная для глазных яблок, и именно она способна не только вызывать расстройство зрения, но и видения, фантомы (возможная причина странных видений - призраков и т.д. в местах с инфразвуковыми аномалиями).
У многих людей возникают неприятные ощущения после длительной езды в автобусе, поезде, плавания на корабле или качания на качелях. В этом случае говорят: «Меня укачало». Все эти ощущения связаны с действием инфразвука на вестибулярный аппарат, собственная частота которого близка к 6 Гц. При воздействии на человека инфразвука с частотами, близкими к 6 Гц, могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начнет искривляться горизонт, возникать проблемы с ориентацией в пространстве, может появиться чувство необъяснимой тревоги, страха. Подобные ощущения вызывают и пульсации света на частотах 4-8 Гц. Еще древнеегипетские жрецы, чтобы добиться признания у пленника, привязывали его и с помощью зеркала освещали глаза пульсирующим солнечным лучом. Через некоторое время у пленника появлялись судороги, шла пена изо рта, его психика подавлялась, и он отвечал на вопросы.
Изначально на бессознательном уровне инфразвук у человека ассоциируется с природными катаклизмами. Это является следствием выработанной ещё в далеком прошлом инстинктивной реакции на инфразвук как предвестник надвигающейся опасности. По прошествии веков, к настоящему времени человек утратил высокую чувствительность к инфразвуковым колебаниям, но при большой интенсивности древняя защитная реакция пробуждается, блокируя возможности сознательного поведения. Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Следует подчеркнуть, что страх не будет в этом случае вызван внешними образами, он будет как бы исходить «изнутри». У человека будет ощущение, чувство «нечто ужасного». Видимо этим объясняются последние слова погибших лётчиков и моряков: «Небо какое-то не такое», «море выглядит как-то иначе», «происходит нечто ужасное». Скорее всего, если бы страх вызывался внешними образами, то люди этих профессий, люди мужественные, привыкшие к опасностям, смогли бы передать конкретные сообщения. И, наверняка, именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свои корабли.
Природа дала человеку возможность слышать лишь небольшой диапазон звуковых частот, остальные звуки остаются за пределами наших возможностей. Но это не исключает их воздействия на наш организм и нашу психику. Не придавая значения неслышимым волнам, человечество двигалось в техническом прогрессе вперед и вперед, создавая, само того не осознавая, мощные машины, становящиеся генераторами инфразвуков. С начала эпохи индустриального общества уровень инфразвукового излучения все более нарастал, и этот факт не мог не повлечь за собой некоторые последствия. Человечеству, живущему в естественных условиях, требовались подсознательные защитные механизмы, чтобы уберечься от природных сверхнизкочастотных источников. И в процессе эволюции таковые сформировались - психика человека крайне негативно реагирует на инфразвуковые стимулы, то же можно сказать и об организме в целом. Теперь же, живя в городах рядом с промышленными предприятиями, аэропортами и другими объектами, люди каждодневно подвергаются инфразвуковому воздействию. По мнению профессора Гавро, болезни в современном обществе частично порождены неслышимым сверхнизкочастотным звуком, и в этом заявлении содержится доля истины! Люди предпочитают жить, не замечая того, что происходит за пределами их сенсорных порогов, не обращая внимание на порой очевидное влияние «чужеродных» воздействий, списывая все на некие таинственные силы (в соответствии со своим культурным опытом). Звуковые волны частотой ниже 16 Герц - не первое и не последнее явление, которое засекается только с помощью соответствующей аппаратуры, но инфразвук обладает колоссальными возможностями воздействия на человеческое восприятие, и именно поэтому отношение к нему должно быть соответствующее.
инфразвук организм психика человек
Глава 2. История исследований восприятия человеком инфразвуковых волн
§1. Исследования инфразвуков органных труб
Исследования воздействия акустических колебаний на состояние человека насчитывают давнюю историю. Хорошо известно, что слишком громкие звуки вызывают усталость, раздражительность, могут привести к неадекватному поведению человека. Импульсные сигналы выше уровня болевого порога оказывают прямое разрушающее действие на слуховую систему. Также имеются данные о сильном воздействии на человека не только сигналов слышимого диапазона, но и инфра - и ультразвуков. Ультразвук (частота колебаний превышает 20 тысяч в секунду) уже хорошо изучен и широко используется в науке и технике, а инфразвук (менее 16 колебаний в секунду) до сих пор во многом еще остается загадкой.
Несмотря на это, инфразвук не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях есть столь длинные органные трубы, что они издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом.
Однако более чем полстолетия назад, неслышимый звук был мало кому известен; первые научные изыскания носили чисто академический характер.
Одно из первых описаний воздействия инфразвуковых колебаний на человека принадлежит В. Сибруку [12], который в своей книге о знаменитом американском физике Роберте Вуде рассказывает о таком эпизоде его жизни: в 1929 году режиссер лондонского театра «Лайрик» Джон Болдерстон репетировал пьесу, где время действия должно было во время одного затемнения сцены переноситься от наших дней к 1783 году. Он задался вопросом: «Как сделать "перескок" психологически и эмоционально эффективным?». На помощь пришел Вуд. Его идея заключалась в том, что очень низкая нота, почти не слышимая, но колеблющая барабанную перепонку, произведет ощущение "таинственности", создаст обстановку ожидания чего-то необычного, пугающего и сообщит зрителям необходимое настроение. Это было выполнено с помощью органной "сверхтрубы", длиннее и толще, чем те, которые применяются в церковных органах. На первой же репетиции при нажатии органистом на клавишу все люди, присутствовавшие в этот момент на сцене и в зрительном зале, почувствовали беспричинный страх. Стекла в канделябрах «Лайрика» звенели, окна дребезжали, даже лошади, стоящие возле крыльца, проявляли «беспричинное» волнение. Люди, живущие по соседству с театром, позднее подтвердили, что и они испытали в те минуты то же самое. Постановщик Джильберт Миллер тут же решил прекратить эксперимент.
Со времен американского физика Р. Вуда стало известно, что инфразвук очень болезненно действует на людей. Однако, эксперименты с органными трубами проводились и далее, показывая сходные результаты и выявляя новые интересные факты об инфразвуке.
Сотрудник Национальной лаборатории физики в Англии (National Physical Laboratory in England), доктор Ричард Лорд (Richard Lord), и профессор психологии Ричард Вайсман (Richard Wiseman) из Хертфордширского университета (University of Hertfordshire) провели эксперимент над аудиторией из 750 человек. С помощью семиметровой трубы им удалось примешать к звучанию обычных акустических инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта, слушателей попросили описать их впечатления. "Подопытные" сообщили, что почувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже побежали мурашки, у кого-то возникло тяжелое чувство страха. Самовнушением это можно было бы объяснить лишь отчасти. Из четырех сыгранных на концерте произведений, инфразвук присутствовал только в двух, при этом слушателям не сообщали, в каких именно.
26 сентября 2002 года в Ливерпуле посетители концерта органной музыки стали участниками научного эксперимента: британские исследователи хотели проверить, как слушатели будут реагировать на инфразвук, то есть звуковые вибрации, недоступные для восприятия человеческим ухом. Учёные ожидали, что во время 50-минутного концерта российской органистки Евгении Чудинович, который прошел в центральном соборе города (Metropolitan Cathedral), инфразвук вызовет у аудитории сугубо положительные эмоции, к примеру, у людей поднимется настроение. С другой стороны, от "беззвучной музыки" у слушателей могут возникнуть и рвотные позывы.
Результаты свидетельствуют, что странные ощущения возрастали на 22% при прослушивании самых низких нот. По мнению профессора Ричарда Вайсмана, именно наличием таких труб в органе можно объяснить таинственный трепет, охватывающий многих прихожан, который они отождествляют с Богом. "Странные ощущения" включали в себя: "дрожь в суставах", "странное ощущение в животе", "участившееся сердцебиение", "ужасное беспокойство", "внезапное воспоминание об утрате". "Некоторые учёные полагают, что инфразвуковые частоты могут присутствовать в местах, которые, по легендам, посещают призраки, и именно инфразвук вызывает странные впечатления, обычно ассоциирующиеся с привидениями, - наше исследование подтверждает эти идеи", - заявил Вайсман.
Итак, Британские учёные продемонстрировали, что инфразвук может оказывать очень странное, и, как правило, негативное влияние на психику людей.
Стоит вспомнить, кстати, что еще в 1934 году советский психиатр М. Никитин наблюдал у больного припадки эпилепсии, проявлявшейся всякий раз, когда при нем начинали играть на органе: вибрация органных труб, как известно, рождала инфразвуки.
§2. Исследования инфразвука В. Гавро
В начале 1950-х годов французский исследователь В. Гавро, изучавший влияние инфразвука на организм человека, установил, что при колебаниях порядка 6 Гц у добровольцев, участвовавших в опытах, возникает ощущение усталости, потом беспокойства, переходящего в безотчетный ужас. По мнению Гавро, при 7 Гц возможен паралич сердца и нервной системы. Заинтересовался инфразвуками профессор в результате одного случая. В одном из помещений его лаборатории с некоторых пор стало невозможно работать. Не пробыв здесь и двух часов, люди чувствовали себя совсем больными: кружилась голова, наваливалась сильная усталость, нарушались мыслительные способности. В результате длительных исследований оказалось, что инфразвуковые колебания большой мощности создавала вентиляционная система завода, который был построен вблиз
mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию
(1)
(2)
(3)
(4)
Частота ω вынуждающей силы, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной. Для того чтобы найти значение ωрез, необходимо найти условие максимума амплитуды. Для этого нужно определить условие минимума знаменателя в (3) (т.е. исследовать (3) на экстремум).
- статическое отклонение.
, то в системе устанавливаются гармонические колебания с частотой внешней вынуждающей силы (процесс установления колебаний изображен на рисунке: вынужденные колебания накладываются на свободные затухающие колебания; после того, как свободные колебания прекращаются, остаются только вынужденные).
Наибольшее распространение, как в технике, так и в медицинской практике получили пьезоэлектрические излучатели УЗ. Пьезоэлектрическим излучателями служат кристаллы кварца, титаната бария, сегнетовой соли и др. Пьезоэффектом (прямым) называют явление возникновения на поверхностях упомянутых кристаллических пластинок противоположных по знаку зарядов под действием механических деформаций (рис.3а). После снятия деформации заряды исчезают.
Существует и обратный пьезоэффект, который нашел применение и в медицинской практике для получения высокочастотного УЗ. Если на посеребренные грани поверхности пластинки пьезоэлемента (рис.3б) подать переменное напряжение от генератора, то кварцевая пластинка придет в колебание в такт переменного напряжения генератора. Амплитуда колебаний будет максимальной, когда собственная частота кварцевой пластинки (ν0) совпадает с частотой генератора (ν г), т.е. наступит резонанс (ν 0 = ν г). Приемник УЗ можно создать на основе прямого пьезоэлектрического эффекта. При этом под воздействием УЗ-волн происходит деформация кристалла, что приводит к появлению переменного напряжения, которое может быть измерено или зафиксировано на экране электронного осциллографа после предварительного его усиления.
При распространении УЗ в среде возникает звуковое давление, которое колеблется, принимая положительное значение в области сжатия и отрицательное в следующей за ней области разряжения. Так, например, при интенсивности ультразвука 2 Вт/см2 в тканях человека создается давление в области сжатия + 2,6 атм., которое в следующей области переходит в разряжение - 2,6 атм. (рис.4). Сжатие и разряжение, создаваемые ультразвуком, приводят к образованию разрывов сплошной жидкости с образованием микроскопических полостей (кавитация). Если этот процесс происходит в жидкости, то пустоты заполняются парами жидкости или растворенными в ней газами. Затем на месте полости образуется участок сжатия вещества, полость быстро захлопывается, выделяется значительное количество энергии в малом объеме, что приводит к разрушению микроструктур вещества.
Главная 
Новости 
Инфразвук и его влияние на психику человека.
