意大利科学家斯帕拉捷习惯晚饭后到附近的街道上散步,他常常看到,很多蝙蝠灵活地在空中飞来飞去,却从不会撞到墙上,这个现象引起了他的好奇:蝙蝠凭什么特殊本领在夜空中自由自在飞行呢?这些小精灵一定长着一双特别敏锐的眼睛,斯帕拉捷这样猜想。
1793年夏天,一个晴朗的夜晚,斯帕拉捷匆匆吃完饭,便走出街头,把笼子里的几只蒙上眼睛的蝙蝠放了出去,当他看到放出去的蝙蝠轻盈敏捷地来回飞翔时,不由得尖叫起来,因为它们都是“瞎子”呀,不用眼睛,蝙蝠凭什么来辨别前方的物体,捕捉灵活的飞蛾呢?
于是,他又捉来几只蝙蝠,把它们的鼻子堵住,结果,蝙蝠在空中还是飞得那么敏捷、轻松,他又用油漆涂满它们的全身。然而还是没有影响到它们的飞行。
最后,斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵,把它们放到夜空中,这次,蝙蝠可没有了先前的神气,它们像无头苍蝇一样在空中东碰西撞,很快就跌落在地。
啊!蝙蝠在夜间飞行,捕捉食物,原来是靠听觉来辨别方向、确认目标的!那么蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜,“听”到没有声音的物体呢?
后来人们继续研究。终于弄清了其中的奥秘,原来,蝙蝠能靠喉咙发出人耳听不见的“超声波”,这种声音沿着直线传播,一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来,蝙蝠用耳朵接受到这种“超声波”,就能迅速做出判断,从而自由飞翔,捕捉食物。
我们知道,物体振动时会发出出声音,我们人类耳朵能听到声波频率为20~20000Hz当声波的振动频率大于20000Hz或小于20Hz时,我们便听不见了,我们把频率高于20000Hz的声波称为“超声波”,把频率低于20Hz的声波称为“次声波”。
虽然超声波和?次声波是我们听不见的声波,但它们却被广泛应用在工业、农业、医疗和***事等领域,发挥着巨大的作用,就让我们一起来看看它们的超能力吧!
一、默默的功臣――超声波
超声波有两个特点,一个是沿直线传播,另一个是能量大,它的应用就是按照这两个特点展开的,下面我们通过一些实例来说明。
1、声呐探测器 声波是能够绕过障碍物传播的,但是,频率越高,这种绕射现象越不明显,因此,超声波基本上是沿直线传播的,可以定向发射,回声十分清晰,所以蝙蝠分析回声的方向和回传时间,便可以知道环境的精确***像,人们根据蝙蝠“听”事物的原理,发明了声呐探测器,如果渔船载有水下声呐探测器,它旋转着向各个方向发射超声波,超声波遇到鱼群会反射回来,仪器接收和分析反射回来的信息,就可得知鱼群的位置,海豚就是利用自身完善的“声呐”系统,在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。
此外,声呐也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇,测量海水的深度及整个海床的面貌,如果把声呐安装在汽车上,还可以做成超声波倒车传感器,使得驾驶员可以安全地倒车。
2、“B超” 医生所用的超声波扫描术可以说是超声波最重要的应用,检查的工作原理与声呐有一定的相似性,即将超声波发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减,因为人体各种组织的形态与结构是不相同的,因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同,例如,健康内脏和病变内脏对超声波的反射能力就不一样,医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线,或影像的特征来辨别它们,平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影。帮助医生分析体内的病变,及早发现胎儿先天性心脏毛病,还可以确定肿瘤的有无、位置和大小等等。
3、超声波探伤仪超声波的穿透能力很强,能够透入任何介质。对不同介质透入的深浅不同,利用这个特点可以制成超声波探伤仪,用来检查或显示介质中是否存在障碍物,以及障碍物有哪些特征,例如可以探测金属、塑料制品、陶瓷制品以及混凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。
4、超声波清洗金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事,如果在放有这些物品的清洗液中通人超声波,清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢,能够很快清洗干净,利用这个原理,牙医还可以利用超声波给病人清洗牙垢呢!
二、无声的“杀手”――次声波
1890年,一艘名叫“马尔波罗号”的帆船在从新西兰驶往英国的途中,突然神秘地失踪了,20年后,人们在火地岛海岸边发现了它,奇怪的是:船上的物品原封未动,完好如初,船长航海日记的字迹仍然依稀可辨;就连那些已死多年的船员,也都“各在其位”,保持着当年在岗时的“姿势”,1948年初,另一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时,一场风暴过后,全船海员莫名其妙地死光……
他们是怎么死的?是死于天火或是雷击的吗?不是,因为船上没有丝毫燃烧的痕迹;是死于海盗刀下的吗?不!遇难者遗骸上没有看到死前打斗的迹象;是死于饥饿干渴的吗?也不是!船上当时贮存着足够的食物和淡水。
案情的确蹊跷而迷离莫测!
经过反复调查,终于弄清了制造上述惨案的“凶手”――次声波!
次声波又称亚声波,它具有极强的穿透力,不仅可以穿透大气、海水、土壤,而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物,甚至连坦克、***舰、潜艇和飞机都不在话下,次声波穿透人体时。就会引起人体内脏的“共振”。不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊,吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木,而且还可能破坏大脑神经系统,造成大脑组织的重大损伤,次声波对心脏影响最为严重,最终可导致死亡。
科学研究发现,许多自然现象出现时,如海上风暴、火山爆发、地震、大陨石落地、台风等等。都可伴有次声波的发生,次声波每秒钟振动次数很少,波长却很长,传播距离也很远,它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远,例如,频率低于1Hz的次声波,可以传到几千以至上万千米以外的地方,1883年8月27日印度尼西亚的喀拉喀托火山爆发时,它所产生的次声波围绕地球转了三圈,传播了十几万千米,1960年,南美洲的智利发生大地震,地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落,1961年,前苏联在北极圈内进行了一次核爆炸,产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失!
次声波不但“跑”得远,而且“跑”得快,所以它就成了海洋风暴、地震等自然灾害来临的前奏曲,人们可以利用次声波来预报风暴的来临,许多动物对次声波感觉十分灵敏,在感触到次声波时,便会惊恐万状,以致出现冬蛇出洞,鱼跃水面,猪牛跳圈,狗哭狼嚎等异常现象,通常我们也可以用动物对次声波的敏感反常现象,来预测地震等自然灾害,
现在,人们对于超声波和次声波的认识与利用还处在一个开始阶段,它们对基础科学、应用科学和工程技术等的贡献,还具有相当大的潜力,随着科学技术的进一步发展。人类对于它们的研究将更加广泛和深入,超声技术和次声波的应用也将能更好地为人类服务。