超聲波和次聲波

意大利科學(xué)家斯帕拉捷習(xí)慣晚飯后到附近的街道上散步，他常?？吹?，很多蝙蝠靈活地在空中飛來飛去，卻從不會撞到墻上，這個現(xiàn)象引起了他的好奇：蝙蝠憑什么特殊本領(lǐng)在夜空中自由自在飛行呢?這些小精靈一定長著一雙特別敏銳的眼睛，斯帕拉捷這樣猜想。

1793年夏天，一個晴朗的夜晚，斯帕拉捷匆匆吃完飯，便走出街頭，把籠子里的幾只蒙上眼睛的蝙蝠放了出去，當(dāng)他看到放出去的蝙蝠輕盈敏捷地來回飛翔時，不由得尖叫起來，因為它們都是“瞎子”呀，不用眼睛，蝙蝠憑什么來辨別前方的物體，捕捉靈活的飛蛾呢?

于是，他又捉來幾只蝙蝠，把它們的鼻子堵住，結(jié)果，蝙蝠在空中還是飛得那么敏捷、輕松，他又用油漆涂滿它們的全身。然而還是沒有影響到它們的飛行。

最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把它們放到夜空中，這次，蝙蝠可沒有了先前的神氣，它們像無頭蒼蠅一樣在空中東碰西撞，很快就跌落在地。

啊!蝙蝠在夜間飛行，捕捉食物，原來是靠聽覺來辨別方向、確認(rèn)目標(biāo)的!那么蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“聽”到?jīng)]有聲音的物體呢?

后來人們繼續(xù)研究。終于弄清了其中的奧秘，原來，蝙蝠能靠喉嚨發(fā)出人耳聽不見的“超聲波”，這種聲音沿著直線傳播，一碰到物體就像光照到鏡子上那樣反射回來，蝙蝠用耳朵接受到這種“超聲波”，就能迅速做出判斷，從而自由飛翔，捕捉食物。

我們知道，物體振動時會發(fā)出出聲音，我們?nèi)祟惗淠苈牭铰暡l率為20～20000Hz當(dāng)聲波的振動頻率大于20000Hz或小于20Hz時，我們便聽不見了，我們把頻率高于20000Hz的聲波稱為“超聲波”，把頻率低于20Hz的聲波稱為“次聲波”。

雖然超聲波和?次聲波是我們聽不見的聲波，但它們卻被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等領(lǐng)域，發(fā)揮著巨大的作用，就讓我們一起來看看它們的超能力吧!

一、默默的功臣——超聲波

超聲波有兩個特點，一個是沿直線傳播，另一個是能量大，它的應(yīng)用就是按照這兩個特點展開的，下面我們通過一些實例來說明。

1、聲吶探測器 聲波是能夠繞過障礙物傳播的，但是，頻率越高，這種繞射現(xiàn)象越不明顯，因此，超聲波基本上是沿直線傳播的，可以定向發(fā)射，回聲十分清晰，所以蝙蝠分析回聲的方向和回傳時間，便可以知道環(huán)境的精確圖像，人們根據(jù)蝙蝠“聽”事物的原理，發(fā)明了聲吶探測器，如果漁船載有水下聲吶探測器，它旋轉(zhuǎn)著向各個方向發(fā)射超聲波，超聲波遇到魚群會反射回來，儀器接收和分析反射回來的信息，就可得知魚群的位置，海豚就是利用自身完善的“聲吶”系統(tǒng)，在混濁的水中準(zhǔn)確地確定遠(yuǎn)處小魚的位置。

此外，聲吶也可以用來探測水中的暗礁、敵人的潛艇，測量海水的深度及整個海床的面貌，如果把聲吶安裝在汽車上，還可以做成超聲波倒車傳感器，使得駕駛員可以安全地倒車。

2、“B超” 醫(yī)生所用的超聲波掃描術(shù)可以說是超聲波最重要的應(yīng)用，檢查的工作原理與聲吶有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減，因為人體各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，例如，健康內(nèi)臟和病變內(nèi)臟對超聲波的反射能力就不一樣，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影像的特征來辨別它們，平常說的“B超”就是根據(jù)內(nèi)臟反射的超聲波進(jìn)行造影。幫助醫(yī)生分析體內(nèi)的病變，及早發(fā)現(xiàn)胎兒先天性心臟毛病，還可以確定腫瘤的有無、位置和大小等等。

3、超聲波探傷儀超聲波的穿透能力很強(qiáng)，能夠透入任何介質(zhì)。對不同介質(zhì)透入的深淺不同，利用這個特點可以制成超聲波探傷儀，用來檢查或顯示介質(zhì)中是否存在障礙物，以及障礙物有哪些特征，例如可以探測金屬、塑料制品、陶瓷制品以及混凝土制品，甚至水庫大壩，檢查內(nèi)部是否有氣泡、空洞和裂紋。

4、超聲波清洗金屬零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事，如果在放有這些物品的清洗液中通人超聲波，清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢，能夠很快清洗干凈，利用這個原理，牙醫(yī)還可以利用超聲波給病人清洗牙垢呢!

二、無聲的“殺手”——次聲波

1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”的帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了，20年后，人們在火地島海岸邊發(fā)現(xiàn)了它，奇怪的是：船上的物品原封未動，完好如初，船長航海日記的字跡仍然依稀可辨；就連那些已死多年的船員，也都“各在其位”，保持著當(dāng)年在崗時的“姿勢”，1948年初，另一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時，一場風(fēng)暴過后，全船海員莫名其妙地死光……

他們是怎么死的?是死于天火或是雷擊的嗎?不是，因為船上沒有絲毫燃燒的痕跡；是死于海盜刀下的嗎?不!遇難者遺骸上沒有看到死前打斗的跡象；是死于饑餓干渴的嗎?也不是!船上當(dāng)時貯存著足夠的食物和淡水。

案情的確蹊蹺而迷離莫測!

經(jīng)過反復(fù)調(diào)查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”——次聲波!

次聲波又稱亞聲波，它具有極強(qiáng)的穿透力，不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機(jī)都不在話下，次聲波穿透人體時。就會引起人體內(nèi)臟的“共振”。不僅能使人產(chǎn)生頭暈、煩燥、耳鳴、惡心、心悸、視物模糊，吞咽困難、胃痛、肝功能失調(diào)、四肢麻木，而且還可能破壞大腦神經(jīng)系統(tǒng)，造成大腦組織的重大損傷，次聲波對心臟影響最為嚴(yán)重，最終可導(dǎo)致死亡。

科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，許多自然現(xiàn)象出現(xiàn)時，如海上風(fēng)暴、火山爆發(fā)、地震、大隕石落地、臺風(fēng)等等。都可伴有次聲波的發(fā)生，次聲波每秒鐘振動次數(shù)很少，波長卻很長，傳播距離也很遠(yuǎn)，它比一般的聲波、光波和無線電波都要傳得遠(yuǎn)，例如，頻率低于1Hz的次聲波，可以傳到幾千以至上萬千米以外的地方，1883年8月27日印度尼西亞的喀拉喀托火山爆發(fā)時，它所產(chǎn)生的次聲波圍繞地球轉(zhuǎn)了三圈，傳播了十幾萬千米，1960年，南美洲的智利發(fā)生大地震，地震時產(chǎn)生的次聲波傳遍了全世界的每一個角落，1961年，前蘇聯(lián)在北極圈內(nèi)進(jìn)行了一次核爆炸，產(chǎn)生的次聲波竟繞地球轉(zhuǎn)了5圈之后才消失!

次聲波不但“跑”得遠(yuǎn)，而且“跑”得快，所以它就成了海洋風(fēng)暴、地震等自然災(zāi)害來臨的前奏曲，人們可以利用次聲波來預(yù)報風(fēng)暴的來臨，許多動物對次聲波感覺十分靈敏，在感觸到次聲波時，便會驚恐萬狀，以致出現(xiàn)冬蛇出洞，魚躍水面，豬牛跳圈，狗哭狼嚎等異常現(xiàn)象，通常我們也可以用動物對次聲波的敏感反?，F(xiàn)象，來預(yù)測地震等自然災(zāi)害，

現(xiàn)在，人們對于超聲波和次聲波的認(rèn)識與利用還處在一個開始階段，它們對基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)等的貢獻(xiàn)，還具有相當(dāng)大的潛力，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。人類對于它們的研究將更加廣泛和深入，超聲技術(shù)和次聲波的應(yīng)用也將能更好地為人類服務(wù)。