¿Qué es la ecografía? El uso de la ecografía en tecnología y medicina. Ultrasonidos e infrasonidos en la naturaleza viva Ultrasonidos en la naturaleza y la tecnología Comunicación
El sonido es un proceso físico de propagación de ondas elásticas en un medio, por un lado, y por otro lado, es un proceso psicofisiológico asociado al primer proceso.
En física, las ondas elásticas se denominan sonido, mientras que las ondas con una frecuencia inferior a 16 Hz se denominan infrasónicas y las ondas con frecuencias superiores a 20 kHz se denominan ultrasónicas. Las ondas ultrasónicas con frecuencias superiores a $ (10) ^ 9Hz $ se denominan hipersónicas.
Ultrasonido
La onda ultrasónica consta de aglomeraciones alternas y áreas de descarga de partículas del medio. La onda ultrasónica se propaga a una velocidad que depende de las propiedades de la sustancia y su temperatura. La velocidad de una onda de sonido en el aire a una temperatura de 200 C es aproximadamente 343,1 $ \ frac (m) (s) $.
Dado que la longitud de onda ($ \ lambda $) depende de la frecuencia, la longitud de onda disminuye al aumentar la frecuencia, por lo tanto, la longitud de onda ultrasónica es mucho más corta que la longitud de onda del sonido que escucha una persona.
Emisores y receptores de ultrasonidos
Las ondas mecánicas con una frecuencia de más de 2 $ \ cdot (10) ^ 4 $ Hz se denominan ultrasonidos. El límite superior de la frecuencia del ultrasonido determina la distancia entre moléculas, por tanto, depende del estado de agregación del medio en el que se propaga. El ultrasonido puede ocurrir tanto como resultado de procesos naturales como generarse artificialmente.
Las fuentes naturales de ultrasonido incluyen animales que lo emiten. Los animales generan y perciben los ultrasonidos utilizando dispositivos receptores especiales. El ultrasonido les ayuda a navegar en el espacio. Las vibraciones ultrasónicas creadas por los animales se reflejan en los objetos y los órganos auditivos especializados las perciben como obstáculos en el camino. Los ultrasonidos también pueden ser emitidos, por ejemplo, por saltamontes, grillos, delfines. El audífono de algunos insectos, aves y animales puede percibir una gama más amplia de vibraciones sonoras que la de los humanos.
Entonces, los límites superiores de las frecuencias de sonido percibidas:
- ranas es $ \ nu = 3 \ cdot (10) ^ 4Hz $;
- perros $ \ \ nu = 6 \ cdot (10) ^ 4Hz $;
- gatos $ \ nu = (10) ^ 5Hz $;
- saltamontes $ \ nu = (10) ^ 5Hz $;
- murciélagos $ \ nu = 1,5 \ cdot (10) ^ 5Hz $;
- mariposas $ \ nu = 1,6 \ cdot (10) ^ 5Hz $;
- delfines $ \ nu = 2 \ cdot (10) ^ 5Hz $;
- gaviotas $ \ nu = 8 \ cdot (10) ^ 3Hz. $
La naturaleza inanimada también puede generar ultrasonidos. Ocurre con el viento, las frecuencias ultrasónicas están presentes en el ruido de la cascada y los sonidos del mar.
Los dispositivos técnicos durante su funcionamiento son capaces de emitir ultrasonidos, por ejemplo, algunos motores y máquinas herramienta.
El ultrasonido se obtiene de forma selectiva utilizando generadores de ultrasonido. Para el registro y análisis de ultrasonidos se utilizan sensores piezoeléctricos o magnetoestrictivos.
Efectos biológicos de la exposición a ondas ultrasónicas.
Los efectos biológicos que pueden inducir las ondas ultrasónicas dependen de la intensidad, frecuencia y duración de la exposición. Si las ondas ultrasónicas tienen una intensidad baja e irradian un objeto biológico, entonces se produce una microvibración a nivel celular. Al mismo tiempo, se activan los procesos de transporte, se mejoran los procesos metabólicos en los tejidos y se logra un efecto positivo. Cuando aumenta la intensidad, la presión ultrasónica puede dañar las moléculas. Con la exposición prolongada al ultrasonido, por ejemplo, en producción, una persona experimenta un aumento de la fatiga, somnolencia y puede ocurrir un trastorno del sistema nervioso.
Infrasonido
El infrasonido se denomina ondas mecánicas elásticas que tienen frecuencias más bajas que las frecuencias del sonido que escucha una persona. El límite superior de las ondas infrasónicas es 16-25 Hz, el límite superior no está definido.
El infrasonido se absorbe poco en diferentes sustancias, por lo que estas ondas pueden propagarse a largas distancias.
Fuentes de infrasonido
El infrasonido se encuentra en el ruido de la atmósfera, los árboles en el bosque y el agua en el mar. En la corteza terrestre, es posible detectar frecuencias infrasónicas de diversas fuentes, por ejemplo, deslizamientos de tierra, explosiones y operaciones de transporte.
La llamada "voz del mar" son ondas de infrasonido que aparecen sobre la superficie del mar como resultado de la formación de vórtices detrás de las crestas de las olas con vientos fuertes. Dado que el infrasonido se absorbe poco, la "voz del mar" puede propagarse a largas distancias ya una velocidad bastante alta. Esta propiedad del infrasonido sirve para predecir tormentas. Algunos organismos vivos son capaces de percibir infrasonidos. Entonces, las medusas tienen "orejas de infante" que escuchan infrasonidos con una frecuencia de 8-13 Hz. Si una tormenta todavía está a cientos de kilómetros de la costa y se acerca a ella casi en un día, entonces las medusas ya pueden escucharla y adentrarse en las profundidades de las aguas.
Las fuentes de infrasonidos son: huracanes, tormentas y algunos tipos de terremotos. Algunos animales usan infrasonidos cuando cazan, por lo que se cree que un tigre puede emitir un rugido con una frecuencia de 18 Hz. Los elefantes usan infrasonidos para comunicarse.
Una persona no escucha infrasonidos, pero estas ondas pueden causarle ansiedad, miedo. El infrasonido puede causar agresión en humanos.
Algunos instrumentos musicales pueden generar infrasonidos. Algunas composiciones musicales, que consisten en pulsaciones intermitentes, pueden provocar una respuesta biopsíquica del cuerpo humano, que puede afectar las funciones de los órganos humanos.
Los mecanismos que operan a frecuencias inferiores a 20 $ \ frac (aproximadamente) (s) $ generan infrasonidos. Si un automóvil se mueve a una velocidad de más de 100 $ \ frac (km) (h) $, entonces es una fuente de infrasonido, que aparece debido a la separación del flujo de aire de su superficie.
Acción de ondas infrasónicas
Muchos procesos que ocurren en el cuerpo humano están en el rango de frecuencia correspondiente a la frecuencia del infrasonido, como sigue:
- el corazón humano late a una frecuencia de 1-2 Hz;
- delta: el ritmo cerebral es de 0,5 a 3,5 Hz;
- ritmo cerebral alfa - 8-13 Hz.
Si las vibraciones de la onda infrasónica coinciden con las vibraciones de los órganos humanos, entonces, debido a la resonancia, puede lesionarse el órgano resonante. 8 a 15 Hz es la frecuencia de vibración natural del cuerpo humano. Podemos decir que cualquier movimiento de cada músculo crea un micro espasmo amortiguado del cuerpo con esta frecuencia. Si el cuerpo humano está expuesto a infrasonidos y resuena, la amplitud de las micro convulsiones se multiplicará por diez.
A una frecuencia de infrasonidos de 7-13 Hz (frecuencia de terremotos y tifones, erupciones volcánicas), los animales intentan abandonar la fuente del desastre natural.
El infrasonido con frecuencias de 6-9 Hz se considera el más peligroso. La frecuencia de infrasonidos de 7 Hz corresponde a las vibraciones del cerebro en reposo, con tal sonido el efecto psicotrópico es máximo, cualquier estrés mental es imposible, la cabeza estalla. A mediados del siglo XX, se estableció experimentalmente que con una frecuencia de infrasonidos de 6 Hz, una persona siente fatiga, luego ansiedad, que se convierte en horror. A 7 Hz, es posible la parálisis del corazón y del sistema nervioso.
Ejemplos de tareas con solución
Ejemplo 1
Ejercicio. El murciélago emite ultrasonidos a una frecuencia $ (\ nu) _0, $ moviéndose en la dirección de un resonador estacionario, que está sintonizado en la frecuencia $ (\ nu) _r \ (Fig. 1) $. ¿Qué tan rápido se movió el mouse si las ondas de sonido que creó hicieron vibrar el resonador? Temperatura del aire $ T, \ $ masa molar$ \ mu $, razón de Poisson - $ \ gamma $.
Solución. De acuerdo con el efecto Doppler, la frecuencia del sonido que percibirá el resonador es:
\ [\ nu = \ frac (v "+ u) (v" -v) (\ nu) _0 \ left (1.1 \ right), \]
donde $ (\ nu) _0 $ es la frecuencia del sonido que emite el mouse; $ v "$ es la velocidad del sonido en la materia (en el aire). Dado que el resonador está estacionario, transformamos la expresión (1.1) en la forma:
\ [\ nu = \ frac (v ") (v" -v) (\ nu) _0 \ left (1.2 \ right), \]
De la fórmula (1.2) obtenemos la velocidad de vuelo del mouse:
Encontramos la velocidad del sonido como:
Para que las ondas que llegan al resonador provoquen sus oscilaciones, su frecuencia debe coincidir con la frecuencia natural del resonador:
\ [\ nu = (\ nu) _r \ left (1.5 \ right). \]
Teniendo en cuenta (1.4) y (1.5), la expresión (1.3) se transforma en la forma:
Respuesta.$ v = \ sqrt (\ frac (\ gamma RT) (\ mu)) \ left (1- \ frac ((\ nu) _0) ((\ nu) _r) \ right) \ \ frac (m) (s PS
Ejemplo 2
Ejercicio.¿Por qué los delfines usan ultrasonidos para comunicarse con una frecuencia de aproximadamente 10-400 Hz, y para la ubicación del sonido usan frecuencias de 750 - $ 3 \ cdot (10) ^ 5Hz $?
Solución. Para obtener una mayor precisión en la ubicación de los objetos circundantes, se deben usar ondas con altas frecuencias (longitudes cortas), ya que si las dimensiones de los objetos son más grandes que la longitud de onda, resulta reflejo en el espejo ondas. A efectos de comunicación, es más conveniente utilizar ondas largas (bajas frecuencias), que se atenúan débilmente al superar distancias importantes.
Introducción
2. Hallazgo de eco
3. Tipos de sonares naturales
4. Sentir ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos
5. Murciélagos de pesca
6. Y los murciélagos se equivocan
7. Gritos en el abismo
8. Radar de elefante de agua
Conclusión
Literatura
Introducción
El descubrimiento de la ecolocalización está asociado con el nombre del naturalista italiano Lázaro Spallanzani. Llamó la atención sobre el hecho de que los murciélagos vuelan libremente en una habitación absolutamente oscura (donde incluso los búhos están indefensos) sin tocar objetos. En su experiencia, cegó a varios animales, sin embargo, incluso después de eso volaron a la par con los videntes. El colega de Spallanzani, J. Jurin, realizó otro experimento en el que cubrió las orejas de los murciélagos con cera: los animales chocaban con todos los objetos. A partir de esto, los científicos concluyeron que los murciélagos se guían por el oído. Sin embargo, esta idea fue ridiculizada por los contemporáneos, ya que no se podía decir nada más; en ese momento todavía era imposible registrar señales ultrasónicas cortas.
La idea de la ubicación del sonido activo en los murciélagos fue propuesta por primera vez en 1912 por H. Maxim. Él planteó la hipótesis de que los murciélagos generan señales de ecolocalización de baja frecuencia al batir sus alas a una frecuencia de 15 Hz.
El ultrasonido fue adivinado en 1920 por el inglés H. Hartridge, quien reprodujo los experimentos de Spallanzani. Esto se confirmó en 1938 gracias a la bioacústica D. Griffin y al físico G. Pearce. Griffin propuso el nombre ecolocalización (por analogía con radar) para referirse a la forma en que se orientan los murciélagos mediante ultrasonido.
1. Ultrasonidos en la naturaleza
Durante los últimos diez o quince años, los biofísicos se han asombrado al descubrir que la naturaleza, aparentemente, no fue muy tacaña al dotar a sus hijos de sonares. Desde murciélagos hasta delfines, desde delfines hasta peces, pájaros, ratas, ratones, monos, conejillos de indias, escarabajos, los investigadores se movieron con sus dispositivos, detectando ultrasonidos en todas partes.
Resulta que muchas aves están armadas con ecosondas. Ata chorlitos, zarapitos, búhos y algunos pájaros cantores, atrapados en vuelo por la niebla y la oscuridad, exploran el camino con la ayuda de ondas sonoras. Al gritar, "sienten" el suelo y, por la naturaleza del eco, aprenden sobre la altitud de vuelo, la proximidad de los obstáculos y el terreno.
Obviamente, a los efectos de la ecolocalización, otros animales emiten ultrasonidos de baja frecuencia (veinte a ochenta kilohercios): conejillos de indias, ratas, ardillas voladoras marsupiales e incluso algunos monos sudamericanos.
Ratones y musarañas en laboratorios experimentales enviaron exploradores de alas rápidas (ultrasonidos) por delante de ellos antes de partir por los rincones oscuros de los laberintos en los que se puso a prueba su memoria. En completa oscuridad, encuentran perfectamente agujeros en el suelo. Y aquí ayuda la ecosonda: ¡el eco no vuelve por estos agujeros!
Los chotacabras gordos, o guajaro, como se les llama en América, viven en las cuevas de Perú, Venezuela, Guayana y la isla de Trinidad. Si decide visitarlos, tenga paciencia y, lo más importante, escaleras y luces eléctricas. También es necesario familiarizarse con los conceptos básicos del montañismo, porque los chotacabras anidan en las montañas y, a menudo, tienen que escalar acantilados empinados para llegar a ellos.
Y al entrar en la cueva con todo este equipo, tapón tus oídos a tiempo, porque miles de pájaros, despertados por la luz, caerán de las cornisas y muros y, con un grito ensordecedor, se precipitarán sobre tu cabeza. Las aves son grandes, de hasta un metro de envergadura, de color marrón chocolate con grandes manchas blancas. Al contemplar sus virtuosas maniobras en las lóbregas grutas del reino de Hades, todos quedan asombrados y se hacen la misma pregunta: ¿cómo logran estos trogloditas emplumados, volando en completa oscuridad, no chocar contra las paredes, todo tipo de estalactitas y estalagmitas que sostienen el bóvedas de las mazmorras?
Apaga las luces y escucha. Habiendo volado un poco, los pájaros pronto se calmarán, dejarán de gritar, y luego escucharás el suave batir de las alas y, como acompañamiento, un suave clic. ¡Aqui esta la respuesta a tu pregunta!
Por supuesto, esto es lo que funcionan las ecosondas. Nuestro oído también capta sus señales, porque suenan en el rango de frecuencias relativamente bajas, alrededor de siete kilohercios. Cada clic dura una o dos milésimas de segundo. Donald Griffin, ya conocido por nosotros como investigador del sonar de los murciélagos, tapó las orejas de algunos guajaros con un algodón y los lanzó al pasillo oscuro. Y los virtuosos de los vuelos nocturnos, habiendo quedado sordos, inmediatamente "se quedaron ciegos": tropezaron impotentes con todos los objetos de la habitación. Al no escuchar ningún eco, no pudieron navegar en la oscuridad.
Guajaro pasa el día en cuevas. También arreglan sus nidos de arcilla, pegándolos de alguna manera a las cornisas de los muros. Por la noche, los pájaros abandonan las mazmorras y vuelan hacia donde hay muchos árboles frutales y palmeras con frutos suaves como ciruelas. Miles de bandadas también están atacando las plantaciones de palma aceitera. Los frutos se tragan enteros y los huesos se regurgitan luego de regresar a las cuevas. Por eso, en las mazmorras donde anidan los guajaros, siempre hay muchas "plantitas" de frutos jóvenes, que sin embargo mueren rápidamente: no pueden crecer sin luz.
El vientre de los polluelos de guajaro recién hechos está cubierto con una gruesa capa de grasa. Cuando los jóvenes trogloditas tienen alrededor de dos semanas, la gente llega a las cuevas con antorchas y palos largos. Destruyen nidos, matan miles de aves raras e inmediatamente, a la entrada de las cuevas, derriten su grasa. Aunque esta grasa tiene buenas cualidades nutricionales, se utiliza principalmente como combustible en linternas y lámparas.
Se quema mejor que el queroseno y es más barato que él: esta es la opinión en la patria de un pájaro, que por la malvada ironía del destino está condenado a pasar toda su vida en la oscuridad, para morir para dar luz al hogar de una persona. .
En el sur de Asia, desde India hasta Australia, hay otro pájaro que usa el sonar para encontrar su camino hacia el nido en la oscuridad. También anida en cuevas (a veces, sin embargo, en rocas bajo aire libre). Esta es la famosa salangana vencejo, bien conocida por todos los gourmets vencejos locales: la sopa se hace a partir de sus nidos.
Así es como la salangana hace un nido: se aferra con sus patas a una roca y lubrica una piedra con saliva pegajosa, dibujando en ella la silueta de una cuna. Mueve la cabeza hacia la derecha y hacia la izquierda: la saliva se congela inmediatamente y se convierte en una costra marrón. Y la salangana lo engrasa desde arriba. Las paredes del nido crecen y obtienes una pequeña cuna sobre una enorme roca.
Esta cuna, dicen, es muy sabrosa. La gente trepa por altos acantilados, trepa por las paredes de las cuevas a la luz de las antorchas y recolecta nidos de salanganas. Luego se hierven en agua hirviendo (¡o en caldo de pollo!), Y el resultado es una excelente sopa, como aseguran los conocedores.
Recientemente, se descubrió que los vencejos son de interés no solo para los gastrónomos, sino también para los biofísicos: estos pájaros, volando en la oscuridad, también envían exploradores acústicos por delante, que "crujen como un juguete de relojería infantil".
2. Cojinete de eco
Desde un punto de vista físico, cualquier sonido es un movimiento oscilatorio que se propaga en ondas en un medio elástico.
Cuantas más vibraciones por segundo tenga un cuerpo oscilante (o medio elástico), mayor será la frecuencia del sonido. La voz humana más baja (bajo) tiene una frecuencia de vibración de unas ochenta veces por segundo o, como dicen los físicos, su frecuencia alcanza los ochenta hercios. La voz más alta (por ejemplo, la soprano de la cantante peruana Ima Sumac) es de unos 1400 hercios.
En la naturaleza y la tecnología, se conocen sonidos de frecuencias aún más altas: cientos de miles e incluso millones de hercios. El cuarzo tiene un sonido récord: ¡hasta mil millones de hercios! La potencia sonora de una placa de cuarzo vibrando en un líquido es 40 mil veces mayor que la potencia sonora de un motor de avión. Pero no podemos quedarnos sordos de este “estruendo infernal”, porque no lo escuchamos. El oído humano percibe sonidos con una frecuencia de vibración de solo dieciséis a veinte mil hercios. Las vibraciones acústicas de más alta frecuencia se denominan generalmente ultrasonidos, los murciélagos "sienten" su entorno como ondas.
Los ultrasonidos se originan en la laringe del murciélago. Aquí, en forma de peculiares cuerdas, se estiran las cuerdas vocales que, vibrando, producen sonido. La laringe, después de todo, por su estructura se asemeja a un silbido ordinario: el aire exhalado por los pulmones se precipita a través de ella en un vórtice: se produce un "silbido" de una frecuencia muy alta, hasta 150 mil hercios (una persona no puede escucharlo) .
El murciélago puede bloquear intermitentemente el flujo de aire. Luego estalla con tanta fuerza, como si fuera arrojado por una explosión. La presión del aire que corre a través de la laringe es el doble que la de una caldera de vapor. ¡No es un mal logro para un animal que pesa entre 5 y 20 gramos!
En la laringe de un murciélago, se excitan vibraciones de sonido de alta frecuencia a corto plazo: impulsos ultrasónicos. Por segundo sigue de 5 a 60, y en algunas especies incluso de 10 a 200 impulsos. Cada impulso, "explosión", dura sólo de 2 a 5 milésimas de segundo (en murciélagos de herradura, de 5 a 10 centésimas de segundo).
La brevedad de la señal de audio es un factor físico muy importante. Solo gracias a él, es posible la ubicación precisa del eco, es decir, la orientación con la ayuda de ultrasonidos.
Desde un obstáculo que se encuentra a diecisiete metros de distancia, el sonido reflejado regresa al animal en aproximadamente 0,1 segundos. Si la señal de sonido dura más de 0,1 segundos, su eco, reflejado por objetos ubicados a menos de diecisiete metros, será percibido por los órganos auditivos del animal simultáneamente con el sonido principal.
Pero es precisamente a partir del intervalo de tiempo entre el final de la señal enviada y los primeros sonidos del eco que regresa que el murciélago tiene instintivamente una idea de la distancia al objeto que reflejó el ultrasonido. Por eso el pulso del sonido es tan corto.
El científico soviético E. Ya. Pumper hizo una suposición muy interesante en 1946, que explica bien la naturaleza fisiológica de la ubicación del eco. Él cree que el murciélago emite cada nuevo sonido inmediatamente después de escuchar el eco de la señal anterior. Así, los impulsos se suceden reflexivamente, y el eco percibido por el oído sirve como estímulo que los provoca. Cuanto más cerca vuela el murciélago del obstáculo, más rápido vuelve el eco y, por lo tanto, más a menudo el animal emite nuevos "gritos" que suenan como eco. Finalmente, al acercarse directamente a un obstáculo, los impulsos sonoros comienzan a seguirse con una rapidez excepcional. Ésta es una señal de peligro. El murciélago cambia instintivamente su curso de vuelo, evitando la dirección desde la que los sonidos reflejados llegan demasiado rápido.
De hecho, los experimentos han demostrado que los murciélagos emiten solo de 5 a 10 pulsos ultrasónicos por segundo antes del lanzamiento. En vuelo, se aumentan a 30. Al acercarse a un obstáculo, las señales de sonido siguen aún más rápido, hasta 50-60 veces por segundo. Algunos murciélagos, mientras cazan insectos nocturnos, alcanzan a sus presas, incluso emiten 250 "gritos" por segundo.
El bat sonar es un "dispositivo" de navegación muy preciso: es capaz de rastrear incluso un objeto microscópicamente pequeño, ¡de solo 0,1 milímetros de diámetro!
Y solo cuando los experimentadores redujeron el grosor del cable estirado en la habitación donde los murciélagos revoloteaban a 0.07 milímetros, los animales comenzaron a chocar contra él.
Los murciélagos aumentan la frecuencia de las señales de la ecosonda a unos dos metros del cable. Entonces, a dos metros de distancia, la "tantean" con sus "gritos". Pero el murciélago no cambia de dirección de inmediato, vuela más directamente hacia el obstáculo y solo a unos centímetros de él con un aleteo agudo del ala se desvía hacia un lado.
Con la ayuda de los sonares que la naturaleza les ha dotado, los murciélagos no solo navegan por el espacio, sino que también cazan para su pan de cada día: mosquitos, polillas y otros insectos nocturnos.
En algunos experimentos, los animales se vieron obligados a atrapar mosquitos en una pequeña sala de laboratorio. Fueron fotografiados, pesados; en una palabra, mantuvieron un registro de cuán exitosamente cazaban. Un murciélago que pesaba siete gramos por hora atrapó un gramo de insectos. Otro bebé, que pesaba sólo tres gramos y medio, tragaba mosquitos tan rápido que en un cuarto de hora "engordó" en un diez por ciento. Cada mosquito pesa aproximadamente 0,002 gramos. Esto significa que se capturaron 175 mosquitos en quince minutos de caza, ¡un mosquito cada seis segundos! Ritmo muy animado. Griffin dice que si no fuera por el sonar, el murciélago, incluso volando toda la noche con la boca abierta, habría atrapado "por casualidad" un solo mosquito, y luego si hubiera muchos mosquitos alrededor.
3. Tipos de sonares naturales
Hasta hace poco, se pensaba que solo los pequeños murciélagos insectívoros como nuestro murciélago y el murciélago, y los grandes zorros voladores y perros que comían toneladas de fruta en selva, parecen estar privados. Quizás sea así, pero entonces, el rosettus es una excepción, porque los perros voladores de este género están dotados de sonares.
En vuelo, los rosetones chasquean la lengua todo el tiempo. El sonido estalla en las comisuras de la boca, que siempre están entreabiertas en el rosetón. Los chasquidos recuerdan en cierto modo a una especie de traqueteo de la lengua, al que a veces recurre la gente cuando condena algo. Sin embargo, el primitivo sonar de un perro volador funciona con bastante precisión: detecta un cable milimétrico desde una distancia de varios metros.
Sin excepción, todos los murciélagos pequeños del suborden Microchiroptera, es decir, micro-murciélagos, están dotados de ecosondas. Pero los modelos de estos "dispositivos" son diferentes. V Últimamente Los investigadores distinguen principalmente tres tipos de sonares naturales: susurrantes, cánticos y chirridos, o de tipo modulador de frecuencia.
Los murciélagos susurrantes son nativos de los trópicos de América. Muchos de ellos, como los perros voladores, comen fruta. También capturan insectos, pero no en el aire, sino en las hojas de las plantas. Sus señales de ecosonda son clics muy cortos y muy silenciosos. Cada sonido dura una milésima de segundo y es muy débil. Solo los dispositivos muy sensibles pueden escucharlo. A veces, sin embargo, los murciélagos susurrantes "susurran" tan fuerte que una persona los oye. Pero, por lo general, su sonar funciona a frecuencias de 150 kilohercios.
El famoso vampiro también es un susurrador. Susurrando "hechizos" desconocidos para nosotros, busca viajeros exhaustos en los podridos bosques del Amazonas y les chupa la sangre. Notamos que los perros rara vez son mordidos por vampiros: un oído sutil les advierte de antemano sobre la aproximación de chupasangres. Los perros se despiertan y huyen. Después de todo, los vampiros solo atacan a los animales dormidos. Incluso se han realizado experimentos de este tipo. Los perros fueron entrenados: cuando escucharon el "susurro" del vampiro, inmediatamente comenzaron a ladrar y despertar a la gente. Se supone que las futuras expediciones a los trópicos americanos estarán acompañadas por estos "vampirolators" entrenados.
Los murciélagos de herradura están cantando. Algunos de ellos viven en el sur de nuestro país, en Crimea, el Cáucaso y Asia Central. Los murciélagos de herradura reciben su nombre de los crecimientos en el hocico, en forma de herradura correosa con un anillo doble que rodea las fosas nasales y la boca. Los crecimientos no son decoraciones ociosas: son una especie de cuerno que dirige las señales de sonido en un haz estrecho en la dirección hacia donde mira el murciélago. Por lo general, el animal cuelga boca abajo y, girando (¡casi trescientos sesenta grados!) Primero a la derecha, luego a la izquierda, siente los alrededores con un sonido. Articulaciones de la cadera en los murciélagos de herradura tropicales son muy flexibles, por lo que pueden hacer sus giros artísticos. Tan pronto como un mosquito o un escarabajo entra en el campo de su localizador, el avión guía rompe la rama y se pone en marcha en busca de combustible, es decir, de comida.
Y esta "máquina voladora", al parecer, incluso es capaz de determinar, utilizando el conocido efecto Doppler para los físicos, dónde vuela la comida: si se acerca a la perra de la que cuelga el orificio de herradura o se aleja de ella. Las tácticas de persecución están cambiando en consecuencia.
Los murciélagos de herradura se utilizan para cazar por mucho tiempo (en comparación con los "gritos" de otros murciélagos) y sonidos monótonos. Cada señal dura un décimo o un vigésimo de segundo, y la frecuencia de su sonido no cambia; siempre es igual a ciento o ciento veinte kilohercios.
Pero ahora nuestros murciélagos ordinarios y sus primos norteamericanos hacen eco en el espacio con sonidos modulados en frecuencia, como mejores modelos sonares hechos por el hombre. El tono de la señal cambia constantemente, lo que significa que el tono del sonido reflejado también cambia. Esto, a su vez, significa que en un momento dado el tono del eco recibido no coincide con el tono de la señal enviada. Y para el profano, está claro que un dispositivo de este tipo facilita enormemente el sonido del eco.
4. El tacto ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos
Los científicos llegaron a la solución de este interesante problema casi simultáneamente en diferentes países.
El holandés Sven Diygraaf decidió probar si el sentido del tacto realmente ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos. Cortó los nervios táctiles de las alas: los animales operados volaban bien. Entonces, el sentido del tacto no tiene nada que ver con eso. Luego, el experimentador privó a los murciélagos de la audición; inmediatamente se quedaron ciegos.
Diygraaf razonó de la siguiente manera: dado que las paredes y los objetos que encuentran los murciélagos en vuelo no emiten ningún sonido, significa que los propios ratones están gritando. El eco de su propia voz, reflejada por los objetos circundantes, notifica a los animales de un obstáculo en el camino.
Diygraaf notó que el murciélago abrió la boca antes de emprender el vuelo. Evidentemente, hace sonidos inaudibles para nosotros, "sintiendo" su entorno. En vuelo, los murciélagos también abren la boca de vez en cuando (incluso cuando no están cazando insectos).
Esta observación le dio a Diygraaf la idea de hacer el siguiente experimento. Puso un gorro de papel en la cabeza del animal. Al frente, como una visera en el casco de un caballero, una pequeña puerta se abría y se cerraba en la gorra.
Un murciélago con la puerta cerrada en la gorra no podía volar, chocaba contra objetos. Tan pronto como se levantó la visera en un casco de papel, el animal se transformó, su vuelo volvió a ser preciso y seguro.
Diygraaf publicó sus observaciones en 1940. Y en 1946, el científico soviético, el profesor A.P. Kuzyakin, inició una serie de experimentos con murciélagos. Les cubrió la boca y las orejas con plastilina y los soltó en la habitación con cuerdas estiradas a lo largo y ancho; casi todos los animales no podían volar. El experimentador estableció dato interesante: los murciélagos, a los que se les permitió entrar por primera vez en el vuelo de prueba con los ojos abiertos, "repetidamente y con gran fuerza, como pájaros recién capturados, golpearon el vidrio de las ventanas sin terminar". Esto ocurrió durante el día. Por la noche, bajo la luz de una lámpara eléctrica, los ratones ya no chocaban contra el cristal. Esto significa que durante el día, cuando es claramente visible, los murciélagos confían en sus ojos más que en otros sentidos. Pero muchos investigadores se inclinaron a ignorar por completo la visión de los murciélagos.
El profesor A.P. Kuzyakin continuó sus experimentos en el bosque. En las cabezas de los animales, noctras rojas, se puso gorras de papel negro. Los animales ahora no podían ver ni usar su radar acústico. Los murciélagos no se atrevieron a volar hacia lo desconocido, abrieron sus alas y descendieron sobre ellos, como en paracaídas, al suelo. Solo unos pocos desesperados volaron al azar. El resultado fue triste: chocaron contra los árboles y cayeron al suelo. Luego se cortaron tres agujeros en las tapas negras: uno para la boca, dos para las orejas. Los animales volaron sin miedo. AP Kuzyakin llegó a la conclusión de que los órganos de orientación sonora de los murciélagos "pueden reemplazar casi por completo la visión, pero los órganos del tacto no juegan ningún papel en la orientación y los animales no los usan en vuelo".
Unos años antes, los científicos estadounidenses D. Griffin y R. Galambos aplicaron un método diferente para estudiar las misteriosas habilidades de los murciélagos.
Comenzaron simplemente llevando estos animales al aparato de Pierce, un dispositivo que podía "escuchar" ultrasonidos. E inmediatamente quedó claro que los murciélagos "hacen muchos gritos, pero casi todos caen dentro del rango de frecuencias que se encuentran más allá del umbral del oído humano", escribió Donald Griffin más tarde.
Con la ayuda de equipos eléctricos, Griffin y Galambos pudieron descubrir e investigar la naturaleza física de los "gritos" de los murciélagos. También se estableció, mediante la introducción de electrodos especiales en el oído interno de los animales de experimentación, qué frecuencias son percibidas por sus órganos auditivos.
5. Murciélagos de pesca
El murciélago rojo comienza a piar con un sonido con una frecuencia de aproximadamente noventa kilohercios y termina con una nota de cuarenta y cinco kilohercios. ¡Durante dos milésimas de segundo, mientras dura su "grito", la señal corre en la escala de frecuencia dos veces más que todo el espectro de sonidos percibidos por el oído humano! Hay unas cincuenta ondas sonoras en el "grito", pero entre ellas no hay dos de la misma duración. Hay diez o veinte de esos "gritos" modulados en frecuencia por segundo. Al acercarse a un obstáculo o un mosquito que se escapa, el murciélago aumenta sus señales. Ahora no suena 12, sino 200 veces por segundo.
Griffin escribe: "En uno de los prácticos tipos de equipos de escucha, cada chillido de alta frecuencia emitido por un murciélago sonará como un clic en el teléfono". Si llegas al borde del bosque con este dispositivo, donde los murciélagos cazan mosquitos, cuando uno de ellos vuele, escucharemos en los auriculares un tapping no muy apresurado “putt-putt-putt-putt”, “como de un viejo motor de gasolina perezoso ".
Pero entonces el murciélago se puso en marcha en busca de una polilla o decidió examinar un guijarro arrojado; inmediatamente empezó a sonar "pit-pit-pit-pit-bizzz". Ahora "los sonidos se suceden, como el escape de una motocicleta a toda velocidad".
La polilla sintió una persecución y estaba tratando de salvar su vida con hábiles maniobras. Pero el murciélago no es menos diestro, escribe extrañas piruetas en el cielo, lo alcanza, y en el teléfono ya no hay escapes fraccionarios, sino el zumbido monótono de una sierra eléctrica.
Los murciélagos pesqueros se han descubierto hace relativamente poco tiempo. Su sonar también es del tipo de modulación de frecuencia. Ya se han descrito cuatro especies de tales ratones. Viven en América tropical. Al anochecer (y algunos incluso por la tarde) vuelan para cazar y cazar toda la noche. Vuelan bajo sobre el agua, de repente ponen sus patas en el agua, arrebatan el pez e inmediatamente lo envían a la boca. Las patas de los murciélagos son largas y las garras son afiladas y torcidas, como las del águila pescadora, su competidor emplumado, solo que, por supuesto, no tan grande.
Algunos murciélagos que se alimentan de pescado se denominan murciélagos de labios de liebre. El labio inferior bifurcado cuelga de ellos, y se cree que a través de este canal un ratón que revolotea sobre el mar dirige sus sonidos directamente hacia el agua.
Habiendo atravesado la columna de agua, el "gorjeo" se refleja en la vejiga natatoria del pez y su eco regresa al pescador. Dado que el cuerpo de un pez es más del noventa por ciento de agua, casi no refleja los sonidos subacuáticos. Pero una vejiga natatoria llena de aire es una pantalla lo suficientemente "opaca" para el sonido.
Cuando el sonido del aire ingresa al agua y, a la inversa, del agua al aire, pierde más del 99,9 por ciento de su energía. Esto es sabido por los físicos desde hace mucho tiempo. Incluso si el sonido golpea la superficie del agua en ángulo recto, solo el 0,12 por ciento de su energía viaja bajo el agua. Esto significa que las señales de un murciélago, habiendo hecho un doble viaje a través de la frontera aire-agua, deben perder tanta energía debido a las altas tarifas que existen aquí, ¡que la potencia del sonido será un millón y medio de veces más débil!
Además, habrá otras pérdidas: no toda la energía del sonido se reflejará en el pez, y no toda, habiendo regresado al aire, caerá en los oídos del animal que hace eco.
Después de todo este razonamiento, es difícil creer que la ecolocalización aire-agua no sea un mito, sino una realidad.
Sin embargo, Donald Griffin calculó que los murciélagos regresan del agua con un eco cuatro veces menos potente que un murciélago normal que hace sonar insectos en el aire. Ya no es tan malo. además, si asumimos que los sonares de los murciélagos detectan insectos no a dos metros de distancia, como asumió en sus cálculos, pero ya desde dos metros ochenta centímetros (lo cual es bastante posible), entonces la intensidad de la señal de retorno será la misma para ambos - el pescador y el mosquito.
El "sentido común", concluye Griffin, "y las primeras impresiones pueden ser engañosas cuando tratamos temas que se encuentran fuera del ámbito de la experiencia humana ordinaria, sobre los cuales, después de todo, se construye lo que llamamos sentido común".
6. Y los murciélagos se equivocan
Como los humanos, los murciélagos también pueden equivocarse. Y esto sucede a menudo cuando están cansados o no se han despertado realmente después de un día en rincones oscuros. Esto lo demuestran los cadáveres mutilados de murciélagos que chocan contra el Empire Building y otros rascacielos todas las noches.
Si se tira del cable sobre el río, los murciélagos suelen tocarlo cuando bajan al agua para saciar su sed con unas gotas lamidas sobre la marcha. Los animales escuchan dos ecos al mismo tiempo: fuerte desde la superficie del agua y débil desde el cable, y no prestan atención a este último, por lo que se rompen en el cable.
Los murciélagos, acostumbrándose a volar por pistas probadas durante mucho tiempo, eligen su memoria como guía y luego no escuchan las protestas del sonar. Los investigadores realizaron los mismos experimentos con ellos que con las abejas en el antiguo aeródromo. (¿Recuerdas?) Colocaron todo tipo de obstáculos en los caminos trillados durante siglos, por los cuales los murciélagos volaban todas las noches para cazar, y al amanecer regresaban. Los animales tropezaron con estos obstáculos, aunque sus sonares funcionaron y dieron señales de alerta temprana a los pilotos. Pero creían en su memoria más que en sus oídos. Los murciélagos suelen cometer errores porque los insectos que cazan tampoco son tontos: muchos de ellos han adquirido antisónares.
En el proceso de evolución, los insectos han desarrollado una serie de dispositivos que protegen contra los ultrasonidos. Muchas polillas nocturnas, por ejemplo, están densamente cubiertas de pelos finos. El hecho es que los materiales suaves: plumón, algodón, lana - absorben los ultrasonidos. Esto significa que las polillas peludas son más difíciles de rastrear. Algunos insectos nocturnos han desarrollado órganos auditivos sensibles al ultrasonido que les ayudan a saber de antemano sobre un peligro inminente. Una vez dentro del alcance de la ecosonda del murciélago, comienzan a correr de un lado a otro, tratando de salir de la zona de peligro. Las polillas y los escarabajos seguidos por un murciélago incluso usan una técnica tan táctica: doblan sus alas y caen, congelados en el suelo. En estos insectos, los órganos auditivos suelen percibir sonidos de dos rangos diferentes: de baja frecuencia, en la que "hablan" sus parientes, y de alta frecuencia, en la que funcionan los sonares de los murciélagos. A frecuencias intermedias (entre estos dos rangos) son sordos.
7. Gritos en el abismo
ecolocalización eco búsqueda de dirección radar de delfines
En la tarde del 7 de marzo de 1949, el buque de investigación Atlantic escuchaba el mar a ciento setenta millas al norte de Puerto Rico. Había grandes profundidades debajo del barco. Cinco kilómetros de agua salada llenaron una depresión gigante en el suelo.
Y de este abismo salieron fuertes gritos. Un grito, luego su eco. Otro grito y otro eco. Muchos gritos seguidos con un intervalo de aproximadamente un segundo y medio. Cada uno duró aproximadamente un tercio de segundo y su tono fue de quinientos hercios.
Inmediatamente se calculó que la criatura desconocida estaba practicando solos vocales a una profundidad de unos tres kilómetros y medio. El eco de su voz se reflejaba en el fondo del mar y por tanto llegó a los instrumentos del barco con cierta demora.
Dado que las ballenas no se sumergen a tanta profundidad, y los cangrejos de río y los cangrejos no hacen sonidos tan fuertes, los biólogos asumieron que algún tipo de pez gritaba en el abismo. Y gritó con un propósito: sondeó el océano con sonido. Medido, simplemente, su profundidad. Estudio del terreno, topografía del fondo.
Esta idea ahora parece increíble para pocas personas. Pues ya se ha establecido que los peces, que durante mucho tiempo fueron considerados mudos, emiten miles de sonidos de todo tipo, golpeando sus vejigas natatorias con músculos especiales, como un tambor. Otros rechinan los dientes, chasquean los nudillos de sus armaduras. Muchos de estos crujidos, crujidos y chirridos suenan en el rango ultracorto y se utilizan, aparentemente, para la ecolocalización y orientación en el espacio. Entonces, como los murciélagos, los peces tienen sus propios sonares.
Los sonares de peces aún no se han estudiado, pero están bien investigados en delfines. Los delfines son muy conversadores. No guardarán silencio ni un minuto. La mayoría de sus gritos son coloquiales, por así decirlo, vocabulario, pero ahora no nos interesa. Otros claramente sirven sonar.
El delfín mular silba, chasquea, gruñe, ladra, chilla a diferentes voces en el rango de frecuencia de ciento cincuenta a ciento cincuenta y cinco mil hercios. Pero cuando nada "silenciosamente", su sonar siente constantemente el entorno con una "lluvia" de gritos rápidos, o, como dicen, klaks. No duran más de unos pocos milisegundos y, por lo general, se repiten entre quince y veinte veces por segundo. ¡Y a veces cientos de veces!
El más leve chapoteo en la superficie - y el delfín aumenta inmediatamente sus gritos, "sintiendo" con ellos un objeto sumergido. El sonar del delfín es tan sensible que ni siquiera una pequeña bolita, cuidadosamente sumergida en el agua, escapará a su atención. Un pez arrojado a un estanque se detecta de inmediato. El delfín sale en su persecución. Al no ver una presa en el agua fangosa, la persigue infaliblemente. Siguiendo al pez, cambia de rumbo con precisión. Al escuchar el eco de su voz, el delfín inclina levemente la cabeza hacia un lado o hacia el otro, como una persona que intenta establecer con mayor precisión la dirección del sonido.
Si se colocan varias docenas de cañas verticales en una pequeña piscina, el delfín nada rápidamente entre ellas sin tocarlas. Sin embargo, aparentemente no puede detectar redes de malla gruesa con su sonar. Las células finas "tantean" fácilmente.
El punto aquí, aparentemente, es que las celdas grandes son demasiado "transparentes" para el sonido, y las pequeñas lo reflejan, casi como una barrera sólida.
William Sheville y Barbara Lawrence-Sheville, investigadores del Instituto Oceanográfico Woodshole, han demostrado en una serie de experimentos interesantes lo delicado que es el "toque" acústico del delfín.
El delfín nadaba en una pequeña cala cercada del mar y "crujía" todo el tiempo. Y a veces el dispositivo traqueteaba salvajemente por aplausos demasiado rápidos. Esto sucedió cuando se arrojaron trozos de pescado al agua. No solo arrojado, sino silenciosamente, sin salpicaduras, depositado en el fondo. Pero era difícil ocultarle al delfín el más silencioso que arrojaba comida al estanque, incluso si nadaba en el otro extremo a veinte metros del lugar del sabotaje. Y el agua en este charco estaba tan turbia que cuando una placa de metal se sumergió en él durante medio metro, pareció disolverse: incluso el ojo humano más agudo no podía verlo.
Los experimentadores bajaron peces pequeños de unos quince centímetros de largo al agua. El delfín divisó instantáneamente al pez con un sonar, aunque apenas estaba sumergido: el hombre la sostenía por la cola.
Se cree que los clacks sirven al delfín para una orientación cercana. El reconocimiento general de la zona y la sensación de objetos más distantes se producen mediante silbidos. ¡Y este silbido está modulado en frecuencia! Pero a diferencia del mismo tipo de sonar de murciélago, comienza con notas más bajas y termina con notas altas.
Otras ballenas (cachalotes, ballenas de aleta y ballenas beluga) también parecen estar guiadas por ultrasonido. Simplemente no saben todavía cómo hacen estos sonidos. Algunos investigadores piensan que es el orificio nasal, es decir, las fosas nasales y los sacos de aire del canal respiratorio, otros, que la garganta. Aunque las ballenas no tienen cuerdas vocales reales, pueden ser reemplazadas con éxito por, como algunos creen, crecimientos especiales en las paredes internas de la laringe.
O tal vez tanto el espiráculo como la laringe sirven al sistema de transmisión del sonar en igual medida.
8. Radar de elefante de agua
Entre los muchos animales sagrados del Antiguo Egipto, había un pez con habilidades completamente únicas.
Este pez es un mormyrus o elefante de agua. Sus mandíbulas se extienden en una pequeña trompa. La inexplicable habilidad del Mormir para ver lo invisible parecía un milagro sobrenatural. La invención del radar ayudó a descubrir el misterio.
Resulta que la naturaleza ha dotado al elefante de agua con el órgano más asombroso: ¡el radar!
Se sabe que muchos peces tienen órganos eléctricos. Mormyrus también tiene una pequeña "batería de bolsillo" en su cola. El voltaje que genera es pequeño, solo seis voltios, pero eso es suficiente.
Cada minuto, el radar Mormyrus envía de ochenta a cien impulsos eléctricos al espacio. Las oscilaciones electromagnéticas que surgen de las descargas de la "batería" se reflejan parcialmente en los objetos circundantes y, en forma de eco de radio, vuelven de nuevo al mormir. El receptor de eco se encuentra en la base de la aleta dorsal de este asombroso pez. ¡Mormirus "sondea" los alrededores usando ondas de radio!
El informe sobre las propiedades inusuales del mormyrus fue elaborado en 1953 por el Instituto Ictiológico de África Oriental. El instituto notó que los mormirus que se encontraban en el acuario comenzaron a correr inquietos cuando un objeto con una alta conductividad eléctrica, como un trozo de alambre, se introducía en el agua. ¿Parece que el mormyrus tiene la capacidad de detectar cambios en el campo electromagnético generado por su órgano eléctrico? Los anatomistas examinaron los peces. Ramas emparejadas de grandes nervios pasaban a lo largo de su espalda desde el cerebro hasta la base de la aleta dorsal, donde, ramificándose en pequeñas ramas, terminaban en formaciones de tejido a intervalos iguales entre sí. Aparentemente, aquí se coloca un órgano que capta las ondas de radio reflejadas. Mormyrus, con los nervios cortados al servicio de este órgano, estaba perdiendo sensibilidad a la radiación electromagnética.
Mormyrus vive en el fondo de ríos y lagos y se alimenta de larvas de insectos, que extrae del limo con largas mandíbulas, como pinzas. Mientras busca comida, el pez suele estar rodeado por una espesa nube de limo agitado y no ve nada a su alrededor. Los capitanes de barcos saben por experiencia propia lo irremplazable que es un radar en tales condiciones.
Mormyrus no es el único "radar viviente" del mundo. Un ojo de radio notable también se encuentra en la cola de una anguila eléctrica. Sudamerica Cuyas "baterías" desarrollan un voltaje récord de corriente: ¡hasta quinientos voltios y, según algunas fuentes, hasta ochocientos voltios!
El investigador estadounidense Christopher Coates, después de una serie de experimentos realizados en el Acuario de Nueva York, llegó a la conclusión de que las pequeñas verrugas en la cabeza de una anguila eléctrica son antenas de radar. Captan ondas electromagnéticas reflejadas por los objetos circundantes, cuyo emisor se encuentra al final de la cola de la anguila. La sensibilidad del sistema de radar de este pez es tal que la anguila, obviamente, puede establecer de qué naturaleza era el objeto en el campo de acción del localizador. Si se trata de un animal comestible, la anguila eléctrica girará inmediatamente la cabeza hacia él. Luego activa los poderosos órganos eléctricos de la parte frontal del cuerpo - se lanza a la víctima del "rayo" - y devora lentamente a la presa muerta por la descarga eléctrica.
En los mismos ríos, donde las anguilas eléctricas duermen perezosamente en el fondo, elegantes peces cuchillo - eigenmania - corretean entre los matorrales. Se ven extraños: no tienen aletas dorsales ni tampoco aletas caudal (solo una delgada aguja desnuda en la cola). Y estos peces se comportan de una manera inusual: hacen girar esta misma aguja en todas direcciones, como si olieran la cola. Y antes de meterse debajo de un obstáculo o en una cueva en el fondo, primero clavan la cola en el espacio y luego, si el examen arroja resultados positivos, por así decirlo, ellos mismos llegan allí. Pero no suben de cabeza, sino de cola. Parece que los peces confían en él más que en sus ojos.
Todo se explicó de manera muy simple: al final de la cola filamentosa de Aigenmania, los científicos descubrieron un "ojo" eléctrico, como el de un Mormyrus.
Los gimnótidos, muy similares a la Aigenmania de los peces tropicales americanos, también parecen tener radares, aunque esto aún no se ha demostrado.
Recientemente, el Dr. Lissman de Cambridge se ha vuelto a interesar por el bagre eléctrico, estudiado durante mucho tiempo, que vive en los ríos de África y que han sido estudiados durante mucho tiempo por los zoólogos. Este pez, capaz de desarrollar un voltaje de hasta doscientos voltios, caza de noche. Pero tiene ojos muy "miopes" y en la oscuridad ve mal. Entonces, ¿cómo encuentra el bagre una presa? El Dr. Lissman demostró que, como una anguila eléctrica, el bagre eléctrico también usa sus poderosas baterías como radar.
Conclusión
De lo anterior, podemos concluir que la naturaleza, aparentemente, no fue muy tacaña a la hora de dotar a sus hijos de sonares. Desde murciélagos hasta delfines, desde delfines hasta peces, pájaros, ratas, ratones, monos, conejillos de indias, escarabajos, los investigadores se movieron con sus dispositivos, detectando ultrasonidos en todas partes. Los animales usan la ecolocalización para orientarse en el espacio y para determinar la ubicación de los objetos alrededor, principalmente usando señales de sonido de alta frecuencia. Se desarrolla más en murciélagos y delfines, también es utilizado por musarañas, varios pinnípedos (focas), aves (guajaro, salanganas, etc.).
El origen de la ecolocalización en animales sigue sin estar claro; probablemente surgió como un sustituto de la visión para quienes viven en la oscuridad de las cuevas o en las profundidades del océano. En lugar de una onda de luz, se utilizó sonido para la ubicación.
Este método de orientación en el espacio permite a los animales detectar objetos, reconocerlos e incluso cazar en condiciones de total ausencia de luz, en cuevas y a profundidades considerables.
Pinemaskin Vadim, estudiante de noveno grado
El papel presenta material visual a la lección del noveno grado sobre el tema "Infrasonidos y ultrasonidos"
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Ultrasonido y su aplicación.
Ultrasonido Ultrasonido: vibraciones elásticas con una frecuencia que supera el límite auditivo de una persona. Por lo general, se considera que el rango ultrasónico son frecuencias superiores a 18.000 hercios. Aunque la existencia de la ecografía se conoce desde hace mucho tiempo, su uso práctico es bastante reciente. Hoy en día, el ultrasonido se usa ampliamente en diversos métodos físicos y tecnológicos. Entonces, de acuerdo con la velocidad de propagación del sonido en un medio, uno puede juzgar su características físicas... Las medidas de velocidad a frecuencias ultrasónicas permiten, con muy pequeños errores, determinar, por ejemplo, las características adiabáticas de los procesos rápidos, los valores de la capacidad calorífica específica de los gases y las constantes elásticas de los sólidos.
Fuentes de ultrasonido La frecuencia de las vibraciones ultrasónicas utilizadas en la industria y la biología está en el rango del orden de varios MHz. Estas vibraciones se crean generalmente utilizando transductores piezoeléctricos de titanio y bario. En aquellos casos en los que la potencia de las vibraciones ultrasónicas es de primordial importancia, se suelen utilizar fuentes mecánicas de ultrasonidos. Inicialmente, todas las ondas ultrasónicas se recibieron mecánicamente (diapasones, silbatos, sirenas). En la naturaleza, las ondas ultrasónicas se encuentran tanto como componentes de muchos ruidos naturales (en el ruido del viento, cascada, lluvia, en el ruido de los guijarros rodando por las olas del mar, en los sonidos que acompañan a las descargas de rayos, etc.), y entre los sonidos del mundo animal. Algunos animales usan ondas ultrasónicas para detectar obstáculos y orientarse en el espacio. Los emisores de ultrasonido se pueden dividir en dos grandes grupos. El primero incluye emisores-generadores; las vibraciones en ellos se excitan debido a la presencia de obstáculos en el camino de un flujo constante: un chorro de gas o líquido. El segundo grupo de emisores son los transductores electroacústicos; convierten las oscilaciones ya dadas de un voltaje o corriente eléctrica en una oscilación mecánica de un sólido, que irradia en ambiente ondas acústicas.
Silbato de Galton El primer silbato ultrasónico fue realizado en 1883 por el inglés Galton. El ultrasonido se crea aquí como un sonido agudo en el filo de un cuchillo cuando lo golpea una corriente de aire. El papel de tal punta en el silbato de Galton lo desempeña un "labio" en una pequeña cavidad de resonancia cilíndrica. El gas a alta presión que pasa a través del cilindro hueco golpea este labio; se producen vibraciones, cuya frecuencia (es de aproximadamente 170 kHz) está determinada por el tamaño de la boquilla y el labio. El poder del silbato de Galton es bajo. Se utiliza principalmente para dar órdenes al entrenar perros y gatos.
Uso diagnóstico del ultrasonido en medicina (ultrasonido) Debido a la buena propagación del ultrasonido en los tejidos blandos humanos, su relativa inocuidad en comparación con los rayos X y la facilidad de uso en comparación con la resonancia magnética, el ultrasonido se usa ampliamente para visualizar el estado de los seres humanos. órganos internos, especialmente en la cavidad abdominal y la cavidad pélvica.
Aplicación terapéutica de la ecografía en medicina Además de su uso generalizado con fines diagnósticos ( Ecografía), la ecografía se utiliza en medicina como remedio. El ultrasonido tiene la siguiente acción: antiinflamatorio, analgésico absorbible, antiespasmódico, mejora de la permeabilidad de la piel. La fonoforesis es un método combinado en el que se actúa sobre los tejidos mediante ultrasonidos y sustancias medicinales introducidas con su ayuda (tanto medicamentos como de origen natural). La realización de sustancias bajo la acción del ultrasonido se debe a un aumento en la permeabilidad de la epidermis y las glándulas cutáneas. membranas celulares y paredes de recipientes para sustancias pequeñas peso molecular, especialmente - iones de minerales bischofite. Conveniencia de la fonoforesis de medicamentos y sustancias naturales: la sustancia medicinal, cuando se administra por ultrasonido, no destruye el sinergismo de la acción del ultrasonido y la sustancia medicinal Indicaciones para la fonoforesis de bischofite: osteoartritis, osteocondrosis, artritis, bursitis, epicondilitis, espolón del talón , condiciones después de lesiones del sistema musculoesquelético; Neuritis, neuropatía, radiculitis, neuralgia, lesión nerviosa. Se aplica gel de bischofite y se realiza un micro-masaje de la zona afectada por la superficie de trabajo del emisor. La técnica es lábil, habitual para la fonoforesis (con UVF de las articulaciones, la columna, la intensidad en la región cervical es 0.2-0.4 W / cm2, en la región torácica y lumbar - 0.4-0.6 W / cm2).
Corte de metal con ultrasonido En las máquinas de corte de metal convencionales, no puede perforar un orificio estrecho con una forma compleja, por ejemplo, en forma de estrella de cinco puntas, en una pieza de metal. Con la ayuda del ultrasonido es posible, el vibrador magnetoestrictivo puede perforar un agujero de cualquier forma. El cincel ultrasónico reemplaza completamente a la fresadora. Además, un cincel de este tipo es mucho más simple que una fresadora y es más barato y rápido procesar piezas metálicas con él que fresadora... Incluso puede utilizar el ultrasonido para hacer roscas de tornillos en piezas de metal, vidrio, rubí o diamante. Por lo general, el hilo se fabrica primero en metal blando y luego se endurece la pieza. En una máquina de ultrasonidos, se pueden hacer roscas en metal ya endurecido y en las aleaciones más duras. Lo mismo ocurre con los sellos. Por lo general, el sello se endurece después de haber sido cuidadosamente terminado. En una máquina ultrasónica, el procesamiento más complejo se realiza mediante un abrasivo (esmeril, polvo de corindón) en el campo de una onda ultrasónica. Vibrando continuamente en el campo de ultrasonidos, las partículas de polvo sólido se cortan en la aleación que se está procesando y cortan un orificio de la misma forma que el de la broca.
Preparación de mezclas mediante ultrasonidos El ultrasonido se utiliza ampliamente para la preparación de mezclas homogéneas (homogeneización). En 1927, los científicos estadounidenses Limus y Wood descubrieron que si se vierten dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, aceite y agua) en un vaso de precipitados y se exponen a ultrasonido, se forma una emulsión en el vaso de precipitados, es decir, una suspensión fina de aceite en agua. Estas emulsiones juegan un papel importante en la industria: barnices, pinturas, productos farmacéuticos, cosméticos.
Aplicación del ultrasonido en biología La capacidad del ultrasonido para romper las membranas celulares ha encontrado aplicación en la investigación biológica, por ejemplo, cuando es necesario separar la célula de las enzimas. El ultrasonido también se usa para destruir estructuras intracelulares como mitocondrias y cloroplastos con el fin de estudiar la relación entre su estructura y función. Otra aplicación de la ecografía en biología está relacionada con su capacidad para inducir mutaciones. La investigación en Oxford ha demostrado que incluso los ultrasonidos de baja intensidad pueden dañar el ADN. [Fuente no especificada 694 días] La mutación dirigida artificialmente juega un papel importante en el fitomejoramiento. La principal ventaja del ultrasonido sobre otros mutágenos (rayos X, rayos ultravioleta) es que es extremadamente fácil de trabajar.
El uso de ultrasonidos para la limpieza El uso de ultrasonidos para la limpieza mecánica se basa en la aparición bajo su influencia en un líquido de diversos efectos no lineales. Estos incluyen cavitación, corrientes acústicas y presión sonora. El papel principal lo juega la cavitación. Sus burbujas, que aparecen y colapsan cerca de la contaminación, las destruyen. Este efecto se conoce como erosión por cavitación. El ultrasonido utilizado para estos fines tiene una frecuencia baja y una potencia aumentada. En condiciones industriales y de laboratorio, los baños ultrasónicos llenos de un disolvente (agua, alcohol, etc.) se utilizan para lavar piezas pequeñas y platos. A veces, con su ayuda, incluso los cultivos de raíces (papas, zanahorias, remolachas, etc.) se eliminan de las partículas del suelo. En la vida cotidiana, para lavar textiles, se utilizan dispositivos especiales que emiten ultrasonidos, colocados en un recipiente separado.
Aplicaciones de ecolocalización ultrasónica La industria pesquera utiliza la ecolocalización ultrasónica para detectar bancos de peces. Las ondas ultrasónicas se reflejan en los bancos de peces y llegan al receptor de ultrasonido antes que la onda ultrasónica reflejada desde el fondo. Los sensores de estacionamiento ultrasónicos se utilizan en automóviles.
Soldadura por ultrasonidos La soldadura por ultrasonidos es una soldadura a presión realizada por la acción de vibraciones ultrasónicas. Este tipo de soldadura se utiliza para unir piezas difíciles de calentar, o cuando se unen metales disímiles o metales con películas de óxidos fuertes (aluminio, acero inoxidable, núcleos magnéticos permalloy, etc.). Por tanto, la soldadura ultrasónica se utiliza en la producción de circuitos integrados.
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Introducción
1. Ultrasonidos en la naturaleza
2. Hallazgo de eco
3. Tipos de sonares naturales
4. Sentir ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos
5. Murciélagos de pesca
6. Y los murciélagos se equivocan
7. Gritos en el abismo
8. Radar de elefante de agua
Conclusión
Literatura
Introducción
El descubrimiento de la ecolocalización está asociado con el nombre del naturalista italiano Lázaro Spallanzani. Llamó la atención sobre el hecho de que los murciélagos vuelan libremente en una habitación absolutamente oscura (donde incluso los búhos están indefensos) sin tocar objetos. En su experiencia, cegó a varios animales, sin embargo, incluso después de eso volaron a la par con los videntes. El colega de Spallanzani, J. Jurin, realizó otro experimento en el que cubrió las orejas de los murciélagos con cera: los animales chocaban con todos los objetos. A partir de esto, los científicos concluyeron que los murciélagos se guían por el oído. Sin embargo, esta idea fue ridiculizada por los contemporáneos, ya que no se podía decir nada más; en ese momento todavía era imposible registrar señales ultrasónicas cortas.
La idea de la ubicación del sonido activo en los murciélagos fue propuesta por primera vez en 1912 por H. Maxim. Él planteó la hipótesis de que los murciélagos generan señales de ecolocalización de baja frecuencia al batir sus alas a una frecuencia de 15 Hz.
El ultrasonido fue adivinado en 1920 por el inglés H. Hartridge, quien reprodujo los experimentos de Spallanzani. Esto se confirmó en 1938 gracias a la bioacústica D. Griffin y al físico G. Pearce. Griffin propuso el nombre ecolocalización (por analogía con radar) para referirse a la forma en que se orientan los murciélagos mediante ultrasonido.
1. Ultrasonidos en la naturaleza
Durante los últimos diez o quince años, los biofísicos se han asombrado al descubrir que la naturaleza, aparentemente, no fue muy tacaña al dotar a sus hijos de sonares. Desde murciélagos hasta delfines, desde delfines hasta peces, pájaros, ratas, ratones, monos, conejillos de indias, escarabajos, los investigadores se movieron con sus dispositivos, detectando ultrasonidos en todas partes.
Resulta que muchas aves están armadas con ecosondas. Ata chorlitos, zarapitos, búhos y algunos pájaros cantores, atrapados en vuelo por la niebla y la oscuridad, exploran el camino con la ayuda de ondas sonoras. Al gritar, "sienten" el suelo y, por la naturaleza del eco, aprenden sobre la altitud de vuelo, la proximidad de los obstáculos y el terreno.
Obviamente, a los efectos de la ecolocalización, otros animales emiten ultrasonidos de baja frecuencia (veinte a ochenta kilohercios): conejillos de indias, ratas, ardillas voladoras marsupiales e incluso algunos monos sudamericanos.
Ratones y musarañas en los laboratorios experimentales enviaron exploradores de alas rápidas (ultrasonidos) por delante de ellos antes de partir por los rincones oscuros de los laberintos en los que se puso a prueba su memoria. En completa oscuridad, encuentran perfectamente agujeros en el suelo. Y aquí ayuda la ecosonda: ¡el eco no vuelve por estos agujeros!
Los chotacabras gordos, o guajaro, como se les llama en América, viven en las cuevas de Perú, Venezuela, Guayana y la isla de Trinidad. Si decide visitarlos, tenga paciencia y, lo más importante, escaleras y luces eléctricas. También es necesario familiarizarse con los conceptos básicos del montañismo, porque los chotacabras anidan en las montañas y, a menudo, tienen que escalar acantilados empinados para llegar a ellos.
Y al entrar en la cueva con todo este equipo, tapón tus oídos a tiempo, porque miles de pájaros, despertados por la luz, caerán de las cornisas y muros y, con un grito ensordecedor, se precipitarán sobre tu cabeza. Las aves son grandes, de hasta un metro de envergadura, de color marrón chocolate con grandes manchas blancas. Al contemplar sus virtuosas maniobras en las lóbregas grutas del reino de Hades, todos quedan asombrados y se hacen la misma pregunta: ¿cómo logran estos trogloditas emplumados, volando en completa oscuridad, no chocar contra las paredes, todo tipo de estalactitas y estalagmitas que sostienen el bóvedas de las mazmorras?
Apaga las luces y escucha. Habiendo volado un poco, los pájaros pronto se calmarán, dejarán de gritar, y luego escucharás el suave batir de las alas y, como acompañamiento, un suave clic. ¡Aqui esta la respuesta a tu pregunta!
Por supuesto, esto es lo que funcionan las ecosondas. Nuestro oído también capta sus señales, porque suenan en el rango de frecuencias relativamente bajas, alrededor de siete kilohercios. Cada clic dura una o dos milésimas de segundo. Donald Griffin, ya conocido por nosotros como investigador del sonar de los murciélagos, tapó las orejas de algunos guajaros con un algodón y los lanzó al pasillo oscuro. Y los virtuosos de los vuelos nocturnos, habiendo quedado sordos, inmediatamente "se quedaron ciegos": tropezaron impotentes con todos los objetos de la habitación. Al no escuchar ningún eco, no pudieron navegar en la oscuridad.
Guajaro pasa el día en cuevas. También arreglan sus nidos de arcilla, pegándolos de alguna manera a las cornisas de los muros. Por la noche, los pájaros abandonan las mazmorras y vuelan hacia donde hay muchos árboles frutales y palmeras con frutos suaves como ciruelas. Miles de bandadas también están atacando las plantaciones de palma aceitera. Los frutos se tragan enteros y los huesos se regurgitan luego de regresar a las cuevas. Por eso, en las mazmorras donde anidan los guajaros, siempre hay muchas "plantitas" de frutos jóvenes, que sin embargo mueren rápidamente: no pueden crecer sin luz.
El vientre de los polluelos de guajaro recién hechos está cubierto con una gruesa capa de grasa. Cuando los jóvenes trogloditas tienen alrededor de dos semanas, la gente llega a las cuevas con antorchas y palos largos. Destruyen nidos, matan miles de aves raras e inmediatamente, a la entrada de las cuevas, derriten su grasa. Aunque esta grasa tiene buenas cualidades nutricionales, se utiliza principalmente como combustible en linternas y lámparas.
Se quema mejor que el queroseno y es más barato que él: esta es la opinión en la patria de un pájaro, que por la malvada ironía del destino está condenado a pasar toda su vida en la oscuridad, para morir para dar luz al hogar de una persona. .
En el sur de Asia, desde India hasta Australia, hay otro pájaro que usa el sonar para encontrar su camino hacia el nido en la oscuridad. También anida en cuevas (a veces, sin embargo, en rocas al aire libre). Esta es la famosa salangana vencejo, bien conocida por todos los gourmets vencejos locales: la sopa se hace a partir de sus nidos.
Así es como la salangana hace un nido: se aferra con sus patas a una roca y lubrica una piedra con saliva pegajosa, dibujando en ella la silueta de una cuna. Mueve la cabeza hacia la derecha y hacia la izquierda: la saliva se congela inmediatamente y se convierte en una costra marrón. Y la salangana lo engrasa desde arriba. Las paredes del nido crecen y obtienes una pequeña cuna sobre una enorme roca.
Esta cuna, dicen, es muy sabrosa. La gente trepa por altos acantilados, trepa por las paredes de las cuevas a la luz de las antorchas y recolecta nidos de salanganas. Luego se hierven en agua hirviendo (¡o en caldo de pollo!), Y el resultado es una excelente sopa, como aseguran los conocedores.
Recientemente, se descubrió que los vencejos son de interés no solo para los gastrónomos, sino también para los biofísicos: estos pájaros, volando en la oscuridad, también envían exploradores acústicos por delante, que "crujen como un juguete de relojería infantil".
2. Cojinete de eco
Desde un punto de vista físico, cualquier sonido es un movimiento oscilatorio que se propaga en ondas en un medio elástico.
Cuantas más vibraciones por segundo tenga un cuerpo oscilante (o medio elástico), mayor será la frecuencia del sonido. La voz humana más baja (bajo) tiene una frecuencia de vibración de unas ochenta veces por segundo o, como dicen los físicos, su frecuencia alcanza los ochenta hercios. La voz más alta (por ejemplo, la soprano de la cantante peruana Ima Sumac) es de unos 1400 hercios.
En la naturaleza y la tecnología, se conocen sonidos de frecuencias aún más altas: cientos de miles e incluso millones de hercios. El cuarzo tiene un sonido récord: ¡hasta mil millones de hercios! La potencia sonora de una placa de cuarzo vibrando en un líquido es 40 mil veces mayor que la potencia sonora de un motor de avión. Pero no podemos quedarnos sordos de este “estruendo infernal”, porque no lo escuchamos. El oído humano percibe sonidos con una frecuencia de vibración de solo dieciséis a veinte mil hercios. Las vibraciones acústicas de más alta frecuencia se denominan generalmente ultrasonidos, los murciélagos "sienten" su entorno como ondas.
Los ultrasonidos se originan en la laringe del murciélago. Aquí, en forma de peculiares cuerdas, se estiran las cuerdas vocales que, vibrando, producen sonido. La laringe, después de todo, por su estructura se asemeja a un silbido ordinario: el aire exhalado por los pulmones se precipita a través de ella en un vórtice: se produce un "silbido" de una frecuencia muy alta, hasta 150 mil hercios (una persona no puede escucharlo) .
El murciélago puede bloquear intermitentemente el flujo de aire. Luego estalla con tanta fuerza, como si fuera arrojado por una explosión. La presión del aire que corre a través de la laringe es el doble que la de una caldera de vapor. ¡No es un mal logro para un animal que pesa entre 5 y 20 gramos!
En la laringe de un murciélago, se excitan vibraciones de sonido de alta frecuencia a corto plazo: impulsos ultrasónicos. Por segundo sigue de 5 a 60, y en algunas especies incluso de 10 a 200 impulsos. Cada impulso, "explosión", dura sólo de 2 a 5 milésimas de segundo (en murciélagos de herradura, de 5 a 10 centésimas de segundo).
La brevedad de la señal de audio es un factor físico muy importante. Solo gracias a él, es posible la ubicación precisa del eco, es decir, la orientación con la ayuda de ultrasonidos.
Desde un obstáculo que se encuentra a diecisiete metros de distancia, el sonido reflejado regresa al animal en aproximadamente 0,1 segundos. Si la señal de sonido dura más de 0,1 segundos, su eco, reflejado por objetos ubicados a menos de diecisiete metros, será percibido por los órganos auditivos del animal simultáneamente con el sonido principal.
Pero es precisamente a partir del intervalo de tiempo entre el final de la señal enviada y los primeros sonidos del eco que regresa que el murciélago tiene instintivamente una idea de la distancia al objeto que reflejó el ultrasonido. Por eso el pulso del sonido es tan corto.
El científico soviético E. Ya. Pumper hizo una suposición muy interesante en 1946, que explica bien la naturaleza fisiológica de la ubicación del eco. Él cree que el murciélago emite cada nuevo sonido inmediatamente después de escuchar el eco de la señal anterior. Así, los impulsos se suceden reflexivamente, y el eco percibido por el oído sirve como estímulo que los provoca. Cuanto más cerca vuela el murciélago del obstáculo, más rápido vuelve el eco y, por lo tanto, más a menudo el animal emite nuevos "gritos" que suenan como eco. Finalmente, al acercarse directamente a un obstáculo, los impulsos sonoros comienzan a seguirse con una rapidez excepcional. Ésta es una señal de peligro. El murciélago cambia instintivamente su curso de vuelo, evitando la dirección desde la que los sonidos reflejados llegan demasiado rápido.
De hecho, los experimentos han demostrado que los murciélagos emiten solo de 5 a 10 pulsos ultrasónicos por segundo antes del lanzamiento. En vuelo, se aumentan a 30. Al acercarse a un obstáculo, las señales de sonido siguen aún más rápido, hasta 50-60 veces por segundo. Algunos murciélagos, mientras cazan insectos nocturnos, alcanzan a sus presas, incluso emiten 250 "gritos" por segundo.
El bat sonar es un "dispositivo" de navegación muy preciso: es capaz de rastrear incluso un objeto microscópicamente pequeño, ¡de solo 0,1 milímetros de diámetro!
Y solo cuando los experimentadores redujeron el grosor del cable estirado en la habitación donde los murciélagos revoloteaban a 0.07 milímetros, los animales comenzaron a chocar contra él.
Los murciélagos aumentan la frecuencia de las señales de la ecosonda a unos dos metros del cable. Entonces, a dos metros de distancia, la "tantean" con sus "gritos". Pero el murciélago no cambia de dirección de inmediato, vuela más directamente hacia el obstáculo y solo a unos centímetros de él con un aleteo agudo del ala se desvía hacia un lado.
Con la ayuda de los sonares que la naturaleza les ha dotado, los murciélagos no solo navegan por el espacio, sino que también cazan para su pan de cada día: mosquitos, polillas y otros insectos nocturnos.
En algunos experimentos, los animales se vieron obligados a atrapar mosquitos en una pequeña sala de laboratorio. Fueron fotografiados, pesados; en una palabra, mantuvieron un registro de cuán exitosamente cazaban. Un murciélago que pesaba siete gramos por hora atrapó un gramo de insectos. Otro bebé, que pesaba sólo tres gramos y medio, tragaba mosquitos tan rápido que en un cuarto de hora "engordó" en un diez por ciento. Cada mosquito pesa aproximadamente 0,002 gramos. Esto significa que se capturaron 175 mosquitos en quince minutos de caza, ¡un mosquito cada seis segundos! Ritmo muy animado. Griffin dice que si no fuera por el sonar, el murciélago, incluso volando toda la noche con la boca abierta, habría atrapado "por casualidad" un solo mosquito, y luego si hubiera muchos mosquitos alrededor.
3. Tipos de sonares naturales
Hasta hace poco, se pensaba que solo los pequeños murciélagos insectívoros como nuestro murciélago y nuestro murciélago, y los grandes zorros voladores y perros, que devoran toneladas de frutas en los bosques tropicales, tienen sonares naturales. Quizás sea así, pero entonces, el rosettus es una excepción, porque los perros voladores de este género están dotados de sonares.
En vuelo, los rosetones chasquean la lengua todo el tiempo. El sonido estalla en las comisuras de la boca, que siempre están entreabiertas en el rosetón. Los chasquidos recuerdan en cierto modo a una especie de traqueteo de la lengua, al que a veces recurre la gente cuando condena algo. Sin embargo, el primitivo sonar de un perro volador funciona con bastante precisión: detecta un cable milimétrico desde una distancia de varios metros.
Sin excepción, todos los murciélagos pequeños del suborden Microchiroptera, es decir, micro-murciélagos, están dotados de ecosondas. Pero los modelos de estos "dispositivos" son diferentes. Recientemente, los investigadores han distinguido principalmente tres tipos de sonares naturales: susurrantes, cánticos y chirridos, o de tipo modulador de frecuencia.
Los murciélagos susurrantes son nativos de los trópicos de América. Muchos de ellos, como los perros voladores, comen fruta. También capturan insectos, pero no en el aire, sino en las hojas de las plantas. Sus señales de ecosonda son clics muy cortos y muy silenciosos. Cada sonido dura una milésima de segundo y es muy débil. Solo los dispositivos muy sensibles pueden escucharlo. A veces, sin embargo, los murciélagos susurrantes "susurran" tan fuerte que una persona los oye. Pero, por lo general, su sonar funciona a frecuencias de 150 kilohercios.
El famoso vampiro también es un susurrador. Susurrando "hechizos" desconocidos para nosotros, busca viajeros exhaustos en los podridos bosques del Amazonas y les chupa la sangre. Notamos que los perros rara vez son mordidos por vampiros: un oído sutil les advierte de antemano sobre la aproximación de chupasangres. Los perros se despiertan y huyen. Después de todo, los vampiros solo atacan a los animales dormidos. Incluso se han realizado experimentos de este tipo. Los perros fueron entrenados: cuando escucharon el "susurro" del vampiro, inmediatamente comenzaron a ladrar y despertar a la gente. Se supone que las futuras expediciones a los trópicos americanos estarán acompañadas por estos "vampirolators" entrenados.
Los murciélagos de herradura están cantando. Algunos de ellos viven en el sur de nuestro país, en Crimea, el Cáucaso y Asia Central. Los murciélagos de herradura reciben su nombre de los crecimientos en el hocico, en forma de herradura correosa con un anillo doble que rodea las fosas nasales y la boca. Los crecimientos no son decoraciones ociosas: son una especie de cuerno que dirige las señales de sonido en un haz estrecho en la dirección hacia donde mira el murciélago. Por lo general, el animal cuelga boca abajo y, girando (¡casi trescientos sesenta grados!) Primero a la derecha, luego a la izquierda, siente los alrededores con un sonido. Las articulaciones de la cadera de los murciélagos de herradura tropicales son muy flexibles, por lo que pueden hacer sus giros artísticos. Tan pronto como un mosquito o un escarabajo entra en el campo de su localizador, el avión guía rompe la rama y se pone en marcha en busca de combustible, es decir, de comida.
Y esta "máquina voladora", al parecer, incluso es capaz de determinar, utilizando el conocido efecto Doppler para los físicos, dónde vuela la comida: si se acerca a la perra de la que cuelga el orificio de herradura o se aleja de ella. Las tácticas de persecución están cambiando en consecuencia.
Los murciélagos de herradura se utilizan para cazar por mucho tiempo (en comparación con los "gritos" de otros murciélagos) y sonidos monótonos. Cada señal dura un décimo o un vigésimo de segundo, y la frecuencia de su sonido no cambia; siempre es igual a ciento o ciento veinte kilohercios.
Pero nuestros murciélagos habituales y sus primos norteamericanos hacen eco del espacio con sonidos modulados en frecuencia, al igual que los mejores modelos de sonares artificiales. El tono de la señal cambia constantemente, lo que significa que el tono del sonido reflejado también cambia. Esto, a su vez, significa que en un momento dado el tono del eco recibido no coincide con el tono de la señal enviada. Y para el profano, está claro que un dispositivo de este tipo facilita enormemente el sonido del eco.
4 . El tacto ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos
Los científicos llegaron a la solución de este interesante problema casi simultáneamente en diferentes países.
El holandés Sven Diygraaf decidió probar si el sentido del tacto realmente ayuda a los murciélagos a evitar obstáculos. Cortó los nervios táctiles de las alas: los animales operados volaban bien. Entonces, el sentido del tacto no tiene nada que ver con eso. Luego, el experimentador privó a los murciélagos de la audición; inmediatamente se quedaron ciegos.
Diygraaf razonó de la siguiente manera: dado que las paredes y los objetos que encuentran los murciélagos en vuelo no emiten ningún sonido, significa que los propios ratones están gritando. El eco de su propia voz, reflejada por los objetos circundantes, notifica a los animales de un obstáculo en el camino.
Diygraaf notó que el murciélago abrió la boca antes de emprender el vuelo. Evidentemente, hace sonidos inaudibles para nosotros, "sintiendo" su entorno. En vuelo, los murciélagos también abren la boca de vez en cuando (incluso cuando no están cazando insectos).
Esta observación le dio a Diygraaf la idea de hacer el siguiente experimento. Puso un gorro de papel en la cabeza del animal. Al frente, como una visera en el casco de un caballero, una pequeña puerta se abría y se cerraba en la gorra.
Un murciélago con la puerta cerrada en la gorra no podía volar, chocaba contra objetos. Tan pronto como se levantó la visera en un casco de papel, el animal se transformó, su vuelo volvió a ser preciso y seguro.
Diygraaf publicó sus observaciones en 1940. Y en 1946, el científico soviético, el profesor A.P. Kuzyakin, inició una serie de experimentos con murciélagos. Les cubrió la boca y las orejas con plastilina y los soltó en la habitación con cuerdas estiradas a lo largo y ancho; casi todos los animales no podían volar. El experimentador estableció un hecho interesante: a los murciélagos, primero se les permitió entrar en el vuelo de prueba con los ojos abiertos, "repetidamente y con gran fuerza, mientras los pájaros recién capturados, golpeaban el vidrio de las ventanas sin terminar". Esto ocurrió durante el día. Por la noche, bajo la luz de una lámpara eléctrica, los ratones ya no chocaban contra el cristal. Esto significa que durante el día, cuando es claramente visible, los murciélagos confían en sus ojos más que en otros sentidos. Pero muchos investigadores se inclinaron a ignorar por completo la visión de los murciélagos.
El profesor A.P. Kuzyakin continuó sus experimentos en el bosque. En las cabezas de los animales, noctras rojas, se puso gorras de papel negro. Los animales ahora no podían ver ni usar su radar acústico. Los murciélagos no se atrevieron a volar hacia lo desconocido, abrieron sus alas y descendieron sobre ellos, como en paracaídas, al suelo. Solo unos pocos desesperados volaron al azar. El resultado fue triste: chocaron contra los árboles y cayeron al suelo. Luego se cortaron tres agujeros en las tapas negras: uno para la boca, dos para las orejas. Los animales volaron sin miedo. AP Kuzyakin llegó a la conclusión de que los órganos de orientación sonora de los murciélagos "pueden reemplazar casi por completo la visión, pero los órganos del tacto no juegan ningún papel en la orientación y los animales no los usan en vuelo".
Unos años antes, los científicos estadounidenses D. Griffin y R. Galambos aplicaron un método diferente para estudiar las misteriosas habilidades de los murciélagos.
Comenzaron simplemente llevando estos animales al aparato de Pierce, un dispositivo que podía "escuchar" ultrasonidos. E inmediatamente quedó claro que los murciélagos "hacen muchos gritos, pero casi todos caen dentro del rango de frecuencias que se encuentran más allá del umbral del oído humano", escribió Donald Griffin más tarde.
Con la ayuda de equipos eléctricos, Griffin y Galambos pudieron descubrir e investigar la naturaleza física de los "gritos" de los murciélagos. También se estableció, mediante la introducción de electrodos especiales en el oído interno de los animales de experimentación, qué frecuencias son percibidas por sus órganos auditivos.
5 . Murciélagos de pesca
El murciélago rojo comienza a piar con un sonido con una frecuencia de aproximadamente noventa kilohercios y termina con una nota de cuarenta y cinco kilohercios. ¡Durante dos milésimas de segundo, mientras dura su "grito", la señal corre en la escala de frecuencia dos veces más que todo el espectro de sonidos percibidos por el oído humano! Hay unas cincuenta ondas sonoras en el "grito", pero entre ellas no hay dos de la misma duración. Hay diez o veinte de esos "gritos" modulados en frecuencia por segundo. Al acercarse a un obstáculo o un mosquito que se escapa, el murciélago aumenta sus señales. Ahora no suena 12, sino 200 veces por segundo.
Griffin escribe: "En uno de los prácticos tipos de equipos de escucha, cada chillido de alta frecuencia emitido por un murciélago sonará como un clic en el teléfono". Si llegas al borde del bosque con este dispositivo, donde los murciélagos cazan mosquitos, cuando uno de ellos vuele, escucharemos en los auriculares un tapping no muy apresurado “putt-putt-putt-putt”, “como de un viejo motor de gasolina perezoso ".
Pero entonces el murciélago se puso en marcha en busca de una polilla o decidió examinar un guijarro arrojado; inmediatamente empezó a sonar "pit-pit-pit-pit-bizzz". Ahora "los sonidos se suceden, como el escape de una motocicleta a toda velocidad".
La polilla sintió una persecución y estaba tratando de salvar su vida con hábiles maniobras. Pero el murciélago no es menos diestro, escribe extrañas piruetas en el cielo, lo alcanza, y en el teléfono ya no hay escapes fraccionarios, sino el zumbido monótono de una sierra eléctrica.
Los murciélagos pesqueros se han descubierto hace relativamente poco tiempo. Su sonar también es del tipo de modulación de frecuencia. Ya se han descrito cuatro especies de tales ratones. Viven en América tropical. Al anochecer (y algunos incluso por la tarde) vuelan para cazar y cazar toda la noche. Vuelan bajo sobre el agua, de repente ponen sus patas en el agua, arrebatan el pez e inmediatamente lo envían a la boca. Las patas de los murciélagos son largas y las garras son afiladas y torcidas, como las del águila pescadora, su competidor emplumado, solo que, por supuesto, no tan grande.
Algunos murciélagos que se alimentan de pescado se denominan murciélagos de labios de liebre. El labio inferior bifurcado cuelga de ellos, y se cree que a través de este canal un ratón que revolotea sobre el mar dirige sus sonidos directamente hacia el agua.
Habiendo atravesado la columna de agua, el "gorjeo" se refleja en la vejiga natatoria del pez y su eco regresa al pescador. Dado que el cuerpo de un pez es más del noventa por ciento de agua, casi no refleja los sonidos subacuáticos. Pero una vejiga natatoria llena de aire es una pantalla lo suficientemente "opaca" para el sonido.
Cuando el sonido del aire ingresa al agua y, a la inversa, del agua al aire, pierde más del 99,9 por ciento de su energía. Esto es sabido por los físicos desde hace mucho tiempo. Incluso si el sonido golpea la superficie del agua en ángulo recto, solo el 0,12 por ciento de su energía viaja bajo el agua. Esto significa que las señales de un murciélago, habiendo hecho un doble viaje a través de la frontera aire-agua, deben perder tanta energía debido a las altas tarifas que existen aquí, ¡que la potencia del sonido será un millón y medio de veces más débil!
Además, habrá otras pérdidas: no toda la energía del sonido se reflejará en el pez, y no toda, habiendo regresado al aire, caerá en los oídos del animal que hace eco.
Después de todo este razonamiento, es difícil creer que la ecolocalización aire-agua no sea un mito, sino una realidad.
Sin embargo, Donald Griffin calculó que los murciélagos regresan del agua con un eco cuatro veces menos potente que un murciélago normal que hace sonar insectos en el aire. Ya no es tan malo. Además, si asumimos que los sonares de los murciélagos detectan insectos no a dos metros de distancia, como asumió en sus cálculos, pero ya desde dos metros ochenta centímetros (lo cual es bastante posible), entonces la intensidad de la señal de retorno será la misma para ambos, y para el pescador y el mosquito.
"El sentido común", concluye Griffin, "y las primeras impresiones pueden ser engañosas cuando tratamos temas que se encuentran fuera del ámbito de la experiencia humana ordinaria, sobre los cuales, después de todo, se construye lo que llamamos sentido común".
6. Y los murciélagos se equivocan
Como los humanos, los murciélagos también pueden equivocarse. Y esto sucede a menudo cuando están cansados o no se han despertado realmente después de un día en rincones oscuros. Esto lo demuestran los cadáveres mutilados de murciélagos que chocan contra el Empire Building y otros rascacielos todas las noches.
Si se tira del cable sobre el río, los murciélagos suelen tocarlo cuando bajan al agua para saciar su sed con unas gotas lamidas sobre la marcha. Los animales escuchan dos ecos al mismo tiempo: fuerte desde la superficie del agua y débil desde el cable, y no prestan atención a este último, por lo que se rompen en el cable.
Los murciélagos, acostumbrándose a volar por pistas probadas durante mucho tiempo, eligen su memoria como guía y luego no escuchan las protestas del sonar. Los investigadores realizaron los mismos experimentos con ellos que con las abejas en el antiguo aeródromo. (¿Recuerdas?) Colocaron todo tipo de obstáculos en los caminos trillados durante siglos, por los cuales los murciélagos volaban todas las noches para cazar, y al amanecer regresaban. Los animales tropezaron con estos obstáculos, aunque sus sonares funcionaron y dieron señales de alerta temprana a los pilotos. Pero creían en su memoria más que en sus oídos. Los murciélagos suelen cometer errores porque los insectos que cazan tampoco son tontos: muchos de ellos han adquirido antisónares.
En el proceso de evolución, los insectos han desarrollado una serie de dispositivos que protegen contra los ultrasonidos. Muchas polillas nocturnas, por ejemplo, están densamente cubiertas de pelos finos. El hecho es que los materiales suaves: plumón, algodón, lana - absorben los ultrasonidos. Esto significa que las polillas peludas son más difíciles de rastrear. Algunos insectos nocturnos han desarrollado órganos auditivos sensibles al ultrasonido que les ayudan a saber de antemano sobre un peligro inminente. Una vez dentro del alcance de la ecosonda del murciélago, comienzan a correr de un lado a otro, tratando de salir de la zona de peligro. Las polillas y los escarabajos seguidos por un murciélago incluso usan una técnica tan táctica: doblan sus alas y caen, congelados en el suelo. En estos insectos, los órganos auditivos suelen percibir sonidos de dos rangos diferentes: de baja frecuencia, en la que "hablan" sus parientes, y de alta frecuencia, en la que funcionan los sonares de los murciélagos. A frecuencias intermedias (entre estos dos rangos) son sordos.
7. Gritos en el abismo
ecolocalización eco búsqueda de dirección radar de delfines
En la tarde del 7 de marzo de 1949, el buque de investigación Atlantic escuchaba el mar a ciento setenta millas al norte de Puerto Rico. Había grandes profundidades debajo del barco. Cinco kilómetros de agua salada llenaron una depresión gigante en el suelo.
Y de este abismo salieron fuertes gritos. Un grito, luego su eco. Otro grito y otro eco. Muchos gritos seguidos con un intervalo de aproximadamente un segundo y medio. Cada uno duró aproximadamente un tercio de segundo y su tono fue de quinientos hercios.
Inmediatamente se calculó que la criatura desconocida estaba practicando solos vocales a una profundidad de unos tres kilómetros y medio. El eco de su voz se reflejaba en el fondo del mar y por tanto llegó a los instrumentos del barco con cierta demora.
Dado que las ballenas no se sumergen a tanta profundidad, y los cangrejos de río y los cangrejos no hacen sonidos tan fuertes, los biólogos asumieron que algún tipo de pez gritaba en el abismo. Y gritó con un propósito: sondeó el océano con sonido. Medido, simplemente, su profundidad. Estudio del terreno, topografía del fondo.
Esta idea ahora parece increíble para pocas personas. Pues ya se ha establecido que los peces, que durante mucho tiempo fueron considerados mudos, emiten miles de sonidos de todo tipo, golpeando sus vejigas natatorias con músculos especiales, como un tambor. Otros rechinan los dientes, chasquean los nudillos de sus armaduras. Muchos de estos crujidos, crujidos y chirridos suenan en el rango ultracorto y se utilizan, aparentemente, para la ecolocalización y orientación en el espacio. Entonces, como los murciélagos, los peces tienen sus propios sonares.
Los sonares de peces aún no se han estudiado, pero están bien investigados en delfines. Los delfines son muy conversadores. No guardarán silencio ni un minuto. La mayoría de sus gritos son coloquiales, por así decirlo, vocabulario, pero ahora no nos interesa. Otros claramente sirven sonar.
El delfín mular silba, chasquea, gruñe, ladra, chilla a diferentes voces en el rango de frecuencia de ciento cincuenta a ciento cincuenta y cinco mil hercios. Pero cuando nada "silenciosamente", su sonar siente constantemente el entorno con una "lluvia" de gritos rápidos, o, como dicen, klaks. No duran más de unos pocos milisegundos y, por lo general, se repiten entre quince y veinte veces por segundo. ¡Y a veces cientos de veces!
El más leve chapoteo en la superficie - y el delfín aumenta inmediatamente sus gritos, "sintiendo" con ellos un objeto sumergido. El sonar del delfín es tan sensible que ni siquiera una pequeña bolita, cuidadosamente sumergida en el agua, escapará a su atención. Un pez arrojado a un estanque se detecta de inmediato. El delfín sale en su persecución. Al no ver una presa en el agua fangosa, la persigue infaliblemente. Siguiendo al pez, cambia de rumbo con precisión. Al escuchar el eco de su voz, el delfín inclina levemente la cabeza hacia un lado o hacia el otro, como una persona que intenta establecer con mayor precisión la dirección del sonido.
Si se colocan varias docenas de cañas verticales en una pequeña piscina, el delfín nada rápidamente entre ellas sin tocarlas. Sin embargo, aparentemente no puede detectar redes de malla gruesa con su sonar. Las células finas "tantean" fácilmente.
El punto aquí, aparentemente, es que las celdas grandes son demasiado "transparentes" para el sonido, y las pequeñas lo reflejan, casi como una barrera sólida.
William Sheville y Barbara Lawrence-Sheville, investigadores del Instituto Oceanográfico Woodshole, han demostrado en una serie de experimentos interesantes lo delicado que es el "toque" acústico del delfín.
El delfín nadaba en una pequeña cala cercada del mar y "crujía" todo el tiempo. Y a veces el dispositivo traqueteaba salvajemente por aplausos demasiado rápidos. Esto sucedió cuando se arrojaron trozos de pescado al agua. No solo arrojado, sino silenciosamente, sin salpicaduras, depositado en el fondo. Pero era difícil ocultarle al delfín el más silencioso que arrojaba comida al estanque, incluso si nadaba en el otro extremo a veinte metros del lugar del sabotaje. Y el agua en este charco estaba tan turbia que cuando una placa de metal se sumergió en él durante medio metro, pareció disolverse: incluso el ojo humano más agudo no podía verlo.
Los experimentadores bajaron peces pequeños de unos quince centímetros de largo al agua. El delfín divisó instantáneamente al pez con un sonar, aunque apenas estaba sumergido: el hombre la sostenía por la cola.
Se cree que los clacks sirven al delfín para una orientación cercana. El reconocimiento general de la zona y la sensación de objetos más distantes se producen mediante silbidos. ¡Y este silbido está modulado en frecuencia! Pero a diferencia del mismo tipo de sonar de murciélago, comienza con notas más bajas y termina con notas altas.
Otras ballenas (cachalotes, ballenas de aleta y ballenas beluga) también parecen estar guiadas por ultrasonido. Simplemente no saben todavía cómo hacen estos sonidos. Algunos investigadores piensan que es el orificio nasal, es decir, las fosas nasales y los sacos de aire del canal respiratorio, otros, que la garganta. Aunque las ballenas no tienen cuerdas vocales reales, pueden ser reemplazadas con éxito por, como algunos creen, crecimientos especiales en las paredes internas de la laringe.
O tal vez tanto el espiráculo como la laringe sirven al sistema de transmisión del sonar en igual medida.
8. Radar de elefante de agua
Entre los muchos animales sagrados del Antiguo Egipto, había un pez con habilidades completamente únicas.
Este pez es un mormyrus o elefante de agua. Sus mandíbulas se extienden en una pequeña trompa. La inexplicable habilidad del Mormir para ver lo invisible parecía un milagro sobrenatural. La invención del radar ayudó a descubrir el misterio.
Resulta que la naturaleza ha dotado al elefante de agua con el órgano más asombroso: ¡el radar!
Se sabe que muchos peces tienen órganos eléctricos. Mormyrus también tiene una pequeña "batería de bolsillo" en su cola. El voltaje que genera es pequeño, solo seis voltios, pero eso es suficiente.
Cada minuto, el radar Mormyrus envía de ochenta a cien impulsos eléctricos al espacio. Las oscilaciones electromagnéticas que surgen de las descargas de la "batería" se reflejan parcialmente en los objetos circundantes y, en forma de eco de radio, vuelven de nuevo al mormir. El receptor de eco se encuentra en la base de la aleta dorsal de este asombroso pez. ¡Mormirus "sondea" los alrededores usando ondas de radio!
El informe sobre las propiedades inusuales del mormyrus fue elaborado en 1953 por el Instituto Ictiológico de África Oriental. El instituto notó que los mormirus que se encontraban en el acuario comenzaron a correr inquietos cuando un objeto con una alta conductividad eléctrica, como un trozo de alambre, se introducía en el agua. ¿Parece que el mormyrus tiene la capacidad de detectar cambios en el campo electromagnético generado por su órgano eléctrico? Los anatomistas examinaron los peces. Ramas emparejadas de grandes nervios pasaban a lo largo de su espalda desde el cerebro hasta la base de la aleta dorsal, donde, ramificándose en pequeñas ramas, terminaban en formaciones de tejido a intervalos iguales entre sí. Aparentemente, aquí se coloca un órgano que capta las ondas de radio reflejadas. Mormyrus, con los nervios cortados al servicio de este órgano, estaba perdiendo sensibilidad a la radiación electromagnética.
Mormyrus vive en el fondo de ríos y lagos y se alimenta de larvas de insectos, que extrae del limo con largas mandíbulas, como pinzas. Mientras busca comida, el pez suele estar rodeado por una espesa nube de limo agitado y no ve nada a su alrededor. Los capitanes de barcos saben por experiencia propia lo irremplazable que es un radar en tales condiciones.
Mormyrus no es el único "radar viviente" del mundo. También se encontró un maravilloso ojo de radio en la cola de una anguila eléctrica en América del Sur, cuyas "baterías" desarrollan un voltaje récord de corriente: ¡hasta quinientos voltios y, según algunas fuentes, hasta ochocientos voltios!
El investigador estadounidense Christopher Coates, después de una serie de experimentos realizados en el Acuario de Nueva York, llegó a la conclusión de que las pequeñas verrugas en la cabeza de una anguila eléctrica son antenas de radar. Captan ondas electromagnéticas reflejadas por los objetos circundantes, cuyo emisor se encuentra al final de la cola de la anguila. La sensibilidad del sistema de radar de este pez es tal que la anguila, obviamente, puede establecer de qué naturaleza era el objeto en el campo de acción del localizador. Si se trata de un animal comestible, la anguila eléctrica girará inmediatamente la cabeza hacia él. Luego activa los poderosos órganos eléctricos de la parte frontal del cuerpo - se lanza a la víctima del "rayo" - y devora lentamente a la presa muerta por la descarga eléctrica.
En los mismos ríos, donde las anguilas eléctricas duermen perezosamente en el fondo, elegantes peces cuchillo - eigenmania - corretean entre los matorrales. Se ven extraños: no tienen aletas dorsales ni tampoco aletas caudal (solo una delgada aguja desnuda en la cola). Y estos peces se comportan de una manera inusual: hacen girar esta misma aguja en todas direcciones, como si olieran la cola. Y antes de meterse debajo de un obstáculo o en una cueva en el fondo, primero clavan la cola en el espacio y luego, si el examen arroja resultados positivos, por así decirlo, ellos mismos llegan allí. Pero no suben de cabeza, sino de cola. Parece que los peces confían en él más que en sus ojos.
Todo se explicó de manera muy simple: al final de la cola filamentosa de Aigenmania, los científicos descubrieron un "ojo" eléctrico, como el de un Mormyrus.
Los gimnótidos, muy similares a la Aigenmania de los peces tropicales americanos, también parecen tener radares, aunque esto aún no se ha demostrado.
Recientemente, el Dr. Lissman de Cambridge se ha vuelto a interesar por el bagre eléctrico, estudiado durante mucho tiempo, que vive en los ríos de África y que han sido estudiados durante mucho tiempo por los zoólogos. Este pez, capaz de desarrollar un voltaje de hasta doscientos voltios, caza de noche. Pero tiene ojos muy "miopes" y en la oscuridad ve mal. Entonces, ¿cómo encuentra el bagre una presa? El Dr. Lissman demostró que, como una anguila eléctrica, el bagre eléctrico también usa sus poderosas baterías como radar.
Conclusión
De lo anterior, podemos concluir que la naturaleza, aparentemente, no fue muy tacaña a la hora de dotar a sus hijos de sonares. Desde murciélagos hasta delfines, desde delfines hasta peces, pájaros, ratas, ratones, monos, conejillos de indias, escarabajos, los investigadores se movieron con sus dispositivos, detectando ultrasonidos en todas partes. Los animales usan la ecolocalización para orientarse en el espacio y para determinar la ubicación de los objetos alrededor, principalmente usando señales de sonido de alta frecuencia. Se desarrolla más en murciélagos y delfines, también es utilizado por musarañas, varios pinnípedos (focas), aves (guajaro, salanganas, etc.).
El origen de la ecolocalización en animales sigue sin estar claro; probablemente surgió como un sustituto de la visión para quienes viven en la oscuridad de las cuevas o en las profundidades del océano. En lugar de una onda de luz, se utilizó sonido para la ubicación.
Este método de orientación en el espacio permite a los animales detectar objetos, reconocerlos e incluso cazar en condiciones de total ausencia de luz, en cuevas y a profundidades considerables.
Abstracto
Disciplina: física de los sistemas biológicos
sobre el tema: Ultrasonidos e infrasonidos en la naturaleza y la tecnología
Introducción
Infrasonido (del latín infra - abajo, abajo), ondas elásticas, similares a las ondas sonoras, pero con frecuencias por debajo del rango de frecuencia audible para los humanos. Por lo general, las frecuencias de 16-25 Hz se toman como el límite superior de la región infrasónica. El límite inferior del rango infrasónico no está definido. Las oscilaciones de décimas e incluso centésimas de Hz pueden ser de interés práctico, es decir, con períodos de diez segundos. Por lo general, el oído humano percibe vibraciones en el rango de 16 a 20 000 Hz (vibraciones por segundo). El infrasonido provoca tensión nerviosa, malestar, mareos, cambios en la actividad de los órganos internos, especialmente del sistema nervioso y cardiovascular.
El infrasonido se caracteriza por una baja absorción en diversos medios, por lo que las ondas infrasónicas en el aire, el agua y la corteza terrestre pueden propagarse a distancias muy largas. Este fenómeno encuentra una aplicación práctica para determinar la ubicación de fuertes explosiones o la posición de un arma que dispara. La propagación del infrasonido a grandes distancias en el mar permite predecir un desastre natural: un tsunami. Los sonidos de las explosiones, que contienen una gran cantidad de frecuencias infrasónicas, se utilizan para estudiar las capas superiores de la atmósfera y las propiedades del medio acuático. "Voice of the Sea" son ondas infrasónicas que surgen sobre la superficie del mar con vientos fuertes, como resultado de la formación de vórtices detrás de las crestas de las olas. Debido a que el infrasonido se caracteriza por una baja absorción, puede propagarse a grandes distancias, y dado que su velocidad de propagación es mucho mayor que la velocidad de movimiento del área de tormenta, la "voz del mar" puede servir para predecir la tormenta. por adelantado. Las medusas son una especie de indicador de tormentas. En el borde de la "campana" de la medusa, hay ojos primitivos y órganos de equilibrio: conos auditivos del tamaño de la cabeza de un alfiler. Estas son las "orejas" de las medusas. Escuchan infrasonidos con una frecuencia de 8-13 Hz. La tormenta se desarrolla a cientos de kilómetros de la costa, llegará a estos lugares en unas 20 horas, y las medusas ya la escuchan y se van a las profundidades. La longitud de la onda infrasónica es muy grande (a una frecuencia de 3.5 Hz es igual a 100 metros), la penetración en los tejidos del cuerpo también es grande. Podemos decir que una persona escucha infrasonidos “con todo su cuerpo”.
El concepto de "ultrasonido" ha adquirido ahora un significado más amplio que simplemente designar la parte de alta frecuencia del espectro de ondas acústicas. A él se asocian áreas enteras de la física moderna, la tecnología industrial, la tecnología de la información y la medición, la medicina y la biología. Aunque los primeros estudios ecográficos se realizaron ya en el siglo pasado, las bases de una amplia aplicación práctica de la ecografía se establecieron más tarde, en el primer tercio del siglo XX. Como campo de la ciencia y la tecnología, el ultrasonido se ha desarrollado con especial rapidez en las últimas tres o cuatro décadas. Esto está asociado con el progreso general de la acústica como ciencia y, en particular, con la formación y desarrollo de ramas de la misma como la acústica no lineal y la acústica cuántica, así como con el desarrollo de la física. cuerpo solido, electrónica y especialmente con el nacimiento de la electrónica cuántica.
El uso generalizado de métodos ultrasónicos se debe a la aparición de nuevos medios confiables de radiación y recepción de ondas acústicas, por un lado, que permitieron aumentar significativamente la potencia ultrasónica emitida y aumentar la sensibilidad al recibir señales débiles, y, por otro lado, hizo posible mover el límite superior del rango de ondas emitidas y recibidas a la región de frecuencias hipersónicas. Un rasgo característico del estado actual de la física y la tecnología del ultrasonido es la extraordinaria variedad de sus aplicaciones, que cubren el rango de frecuencia desde el sonido audible hasta las frecuencias altas extremadamente alcanzables y el rango de potencia desde fracciones de un milivatio hasta decenas de kilovatios.
El ultrasonido se utiliza en metalurgia para influir en el metal fundido y en microelectrónica y fabricación de instrumentos para el procesamiento de precisión de las piezas más finas. Como medio de obtención de información, sirve tanto para medir la profundidad, localizar obstáculos submarinos en el océano, como para detectar microdefectos en piezas y productos críticos. Los métodos ultrasónicos se utilizan para detectar los más mínimos cambios en la composición química de las sustancias y para determinar el grado de endurecimiento del hormigón en el cuerpo de la presa. En el campo de las aplicaciones de control y medición del ultrasonido, la detección de fallas por ultrasonidos se ha convertido en una sección independiente y establecida, cuyas capacidades y la variedad de tareas que resuelve han aumentado significativamente. Recientemente, la acústica electrónica y la acústica óptica han surgido como campos independientes. El primero de ellos está asociado al procesamiento de señales eléctricas, utilizando su conversión en señales ultrasónicas. Las líneas de retardo y los filtros son los dispositivos acústicos electrónicos más conocidos y más utilizados. Los avances en el estudio de las ondas superficiales, la generación y recepción de ondas hipersónicas y el establecimiento de una conexión entre ondas elásticas y excitaciones elementales en un sólido han llevado a una expansión significativa de las capacidades de estos dispositivos y a la creación de nuevos dispositivos acústicos electrónicos. que proporcionan un procesamiento de señal más complejo. La acústico-óptica, asociada al procesamiento de señales luminosas por medio de ultrasonidos, es una de las áreas más jóvenes y de mayor crecimiento de la tecnología de ultrasonidos. Los últimos métodos ultrasónicos incluyen la holografía acústica, cuyas perspectivas son muy prometedoras, ya que crea la posibilidad de obtener imágenes de objetos en medios opacos a los rayos de luz. Teniendo en cuenta la variedad de aplicaciones prácticas de las vibraciones y ondas ultrasónicas, no se puede dejar de mencionar el diagnóstico médico por ultrasonido, que en algunos casos brinda información más detallada y es más seguro que otros métodos de diagnóstico. Acerca de la terapia de ultrasonido, que ha tomado una posición sólida entre los métodos fisioterapéuticos modernos y, finalmente, sobre la nueva dirección de aplicación de ultrasonido en medicina: la cirugía de ultrasonido. Además de sus aplicaciones prácticas, el ultrasonido juega un papel importante en la investigación científica. Es imposible imaginar la física moderna del estado sólido sin el uso de métodos ultrasónicos e hipersónicos, sin el concepto de fotones, su comportamiento e interacciones con varios campos y excitaciones en un sólido. Los métodos de acústica molecular se utilizan ampliamente en el estudio de líquidos y gases; Los métodos de ultrasonido en biología desempeñan un papel cada vez más importante. El interés por el ultrasonido y la tecnología del ultrasonido está aumentando debido a su penetración en las áreas más diversas de la actividad humana. Crece el número de publicaciones sobre él en periódicos y revistas, y en publicaciones populares. Ingenieros y científicos en una amplia variedad de campos. economía nacional y ciencias, evalúan las posibilidades de utilizar métodos ultrasónicos para sus tareas específicas y, en este sentido, quieren hacerse una idea de diversos aspectos de la física y tecnología del ultrasonido a nivel moderno. Sin embargo, la literatura científica y técnica disponible actualmente no es capaz de satisfacer plenamente esta necesidad. Las publicaciones generales bien conocidas sobre la física y la tecnología del ultrasonido a menudo no se corresponden con el estado actual de la ciencia. Las monografías especiales de carácter científico y aplicado publicadas en los últimos años están destinadas a lectores capacitados con un acervo suficiente de conocimientos en el campo de la acústica y ramas afines de la física, por ejemplo, física del estado sólido, o en algún campo específico de la tecnología relacionada con ultrasonido. Este trabajo describe los principales temas relacionados con el infrasonido, la ecografía en la naturaleza y la tecnología.
Ultrasonidos, infrasonidos y humanos
El ultrasonido se llama vibraciones mecanicas un medio elástico con una frecuencia que excede el límite superior de audibilidad de -20 kHz. El nivel de presión sonora se mide en dB. La unidad para medir la intensidad del ultrasonido es vatios por centímetro cuadrado (W / cm 2).
El ultrasonido tiene principalmente un efecto local en el cuerpo, ya que se transmite por contacto directo con un instrumento ultrasónico, piezas procesadas o medios donde se excitan las vibraciones ultrasónicas. Las vibraciones ultrasónicas generadas por ultrasonidos por equipos industriales de baja frecuencia tienen un efecto adverso en el cuerpo humano. La exposición sistemática a largo plazo a los ultrasonidos en el aire provoca cambios en los sistemas nervioso, cardiovascular y endocrino, analizadores auditivos y vestibulares. Lo más característico es la presencia de distonía vegetativo-vascular y síndrome asténico.
La gravedad de los cambios depende de la intensidad y duración de la exposición al ultrasonido y aumenta en presencia de ruido de alta frecuencia en el espectro, mientras que se suma una pérdida auditiva pronunciada. En el caso de un contacto continuado con la ecografía, estos trastornos se vuelven más persistentes.
Bajo la acción de la ecografía local, se producen los fenómenos de polineuritis vegetativa de las manos (con menos frecuencia de las piernas) de diversa gravedad, hasta el desarrollo de paresia de las manos y antebrazos, disfunción vegetativo-vascular.
La naturaleza de los cambios que ocurren en el cuerpo bajo la influencia del ultrasonido depende de la dosis de exposición.
Pequeñas dosis - nivel de sonido 80-90 dB - dan un efecto estimulante - micromasaje, aceleración de procesos metabólicos. Grandes dosis, un nivel de sonido de 120 dB o más, tienen un efecto sorprendente. La base para la prevención de los efectos adversos del ultrasonido en las personas que dan servicio a las instalaciones ultrasónicas es la regulación higiénica.
De acuerdo con GOST 12.1.01-89 "Ultrasonido. Requisitos generales de seguridad", "Normas y reglas sanitarias cuando se trabaja en instalaciones ultrasónicas industriales" (No. 1733-77) limitan los niveles de presión sonora en la región de alta frecuencia de sonidos audibles y ultrasonido en los lugares de trabajo (de 80 a 110 dB a frecuencias medias geométricas de bandas de un tercio de octava de 12,5 a 100 kHz).
Las medidas para prevenir el efecto desfavorable de los ultrasonidos en el cuerpo de los operadores de instalaciones tecnológicas, personal de salas médicas y de diagnóstico consisten, en primer lugar, en la realización de medidas de carácter técnico. Estos incluyen la creación de equipos ultrasónicos automatizados controlados a distancia; el uso de equipos de baja potencia como sea posible, lo que ayuda a reducir la intensidad del ruido y los ultrasonidos en los lugares de trabajo en 20-40 dB; colocación de equipos en salas insonorizadas o armarios con mando a distancia; equipos para insonorización, carcasas, mamparas de chapa de acero o duraluminio, recubiertas de caucho, masilla antirruido y otros materiales.
Al diseñar instalaciones ultrasónicas, es aconsejable utilizar las frecuencias de funcionamiento más alejadas del rango audible, no inferiores a 22 kHz.
Para excluir el efecto de los ultrasonidos en contacto con medios líquidos y sólidos, es necesario instalar un sistema para el apagado automático de los transductores ultrasónicos durante las operaciones en las que es posible el contacto (por ejemplo, carga y descarga de materiales). Para proteger las manos de la acción de contacto de los ultrasonidos, se recomienda utilizar una herramienta de trabajo especial con un mango aislante de vibraciones.
Si por razones de producción es imposible reducir el nivel de ruido y la intensidad del ultrasonido a los valores permitidos, es necesario usar equipo de protección personal: antirruido, guantes de goma con una almohadilla de algodón, etc.
El desarrollo de la tecnología y el transporte), la mejora de los procesos y equipos tecnológicos van acompañados de un aumento en la potencia y dimensiones de las máquinas, lo que conduce a una tendencia al aumento de los componentes de baja frecuencia en los espectros y a la aparición de infrasonidos. que es un factor del entorno de producción relativamente nuevo y no completamente estudiado.
¡El infrasonido a menudo se llama vibraciones acústicas! por debajo de 20 Hz. Este rango de frecuencia se encuentra por debajo del umbral de audición y el oído humano no puede percibir las vibraciones de estas frecuencias.
El infrasonido industrial se produce debido a los mismos procesos que el ruido de las frecuencias audibles. La mayor intensidad de vibraciones infrasónicas es creada por máquinas y mecanismos con grandes superficies que realizan vibraciones mecánicas de baja frecuencia (infrasonidos de origen mecánico) o flujos turbulentos de gases y líquidos (infrasonidos de origen aerodinámico o hidrodinámico).
Los niveles máximos de vibraciones acústicas de baja frecuencia de fuentes industriales y de transporte alcanzan los 100-110 dB.
Los estudios del efecto biológico del infrasonido en el cuerpo han demostrado que a un nivel de 110 a 150 dB o más, puede causar sensaciones subjetivas desagradables en las personas y numerosos cambios reactivos, que incluyen cambios en los sistemas nervioso central, cardiovascular y respiratorio, y el analizador vestibular. ... Existe evidencia de que el infrasonido causa pérdida de audición principalmente en frecuencias bajas y medias. La gravedad de estos cambios depende del nivel de intensidad del infrasonido y de la duración del factor.
De acuerdo con las normas de higiene del infrasonido en los lugares de trabajo (No. 2274-80), el infrasonido se divide en banda ancha y armónico por la naturaleza del espectro. La naturaleza armónica del espectro se establece en bandas de frecuencia de octava por el exceso del nivel en una banda sobre las vecinas en al menos 10 dB.
En términos de características de tiempo, el infrasonido se subdivide en permanente y no permanente.
Las características normalizadas del infrasonido en los lugares de trabajo son los niveles de presión sonora en decibelios en bandas de frecuencia de octava con frecuencias medias geométricas de 2, 4, 8, 16 Hz. Los niveles aceptables de presión sonora son 105 dB en bandas de octavas de 2, 4, 8, 16 Hz y 102 dB en bandas de octavas de 31,5 Hz. En este caso, el nivel de presión acústica total no debe exceder los 110 dB Lin. Para infrasonidos no constantes, la característica normalizada es el nivel de presión acústica general.
La forma más efectiva y prácticamente la única de combatir el infrasonido es reducirlo en la fuente. Al elegir estructuras, se debe dar preferencia a máquinas de pequeño tamaño y alta rigidez, ya que en estructuras con superficies planas de un área grande y baja rigidez, se crean las condiciones para la generación de infrasonidos. La lucha contra el infrasonido en la fuente de la ocurrencia debe llevarse a cabo en la dirección de cambiar el modo de funcionamiento del equipo tecnológico, aumentando su velocidad (por ejemplo, aumentando el número de golpes de trabajo de las máquinas de forja y prensado para que la tasa de repetición principal de los pulsos de potencia se encuentran fuera del rango infrasónico).
Se deben tomar medidas para reducir la intensidad de los procesos aerodinámicos: limitar la velocidad del tráfico, reducir la tasa de flujo de líquidos (motores de aviones y cohetes, motores de combustión interna, sistemas de descarga de vapor de centrales térmicas, etc.).
En la lucha contra el infrasonido a lo largo de las rutas de propagación, los silenciadores de tipo interferencia tienen un cierto efecto, generalmente en presencia de componentes discretos en el espectro de infrasonidos.
La reciente fundamentación teórica del flujo de procesos no lineales en absorbedores de tipo resonante abre formas reales de diseñar paneles y carcasas fonoabsorbentes que sean efectivos en la región de baja frecuencia.
Como equipo de protección personal, se recomienda el uso de auriculares, auriculares que protegen el oído de los efectos adversos del ruido que los acompaña. Las medidas preventivas del plan organizativo deben incluir la observancia del régimen de trabajo y descanso, la prohibición de las horas extraordinarias. En caso de contacto con ultrasonidos durante más del 50% del tiempo de trabajo, se recomiendan descansos de 15 minutos cada 1,5 horas de funcionamiento. Un complejo de procedimientos fisioterapéuticos proporciona un efecto significativo: masajes, irradiación UT, procedimientos con agua, fortificación, etc.
Ultrasonidos e infrasonidos en la naturaleza
El hecho de que el delfín tiene una audición inusualmente desarrollada se conoce desde hace décadas. Los volúmenes de las partes del cerebro que están a cargo de las funciones auditivas son diez (!) Veces más grandes que los de los humanos (a pesar de que el volumen total del cerebro es aproximadamente el mismo). Un delfín es capaz de percibir frecuencias de vibraciones sonoras, 10 veces más altas (hasta 150 kHz) que una persona (hasta 15-18 kHz), y escucha sonidos, cuya potencia es de 10 a 30 veces menor que la de los sonidos. accesible al oído humano, que por muy buena que sea la vista del delfín, sus capacidades son limitadas debido a la poca transparencia del agua. Por tanto, el delfín recibe información básica sobre el medio ambiente con la ayuda del oído. Al mismo tiempo, utiliza una ubicación activa: escucha el eco que se produce cuando los sonidos que emite se reflejan en los objetos circundantes. Echo le brinda información precisa no solo sobre la posición de los objetos, sino también sobre su tamaño, forma y material. En otras palabras, la audición le permite a un delfín percibir el mundo que lo rodea no peor o incluso mejor que la vista.
La audición humana permite distinguir intervalos de tiempo de aproximadamente una centésima de segundo (10 ms). Los delfines, en cambio, distinguen intervalos de diez milésimas de segundo (0,1-0,3 ms). Lo mismo se observa con la acción de otros sonidos de prueba. Dos impulsos de sonido cortos difieren de uno cuando el intervalo entre ellos es de solo 0.2-0.3 ms (en humanos, varios ms). Las pulsaciones de volumen del sonido provocan respuestas cuando su frecuencia se acerca a 2 kHz (en humanos, 50-70 Hz).
Sonares de murciélago.
La naturaleza ha dotado a los murciélagos de la capacidad de emitir sonidos con una frecuencia de vibración de más de 20.000 hercios, es decir, ultrasonidos inaccesibles para el oído humano. El localizador de murciélagos es muy preciso, fiable y ultraminiatura. Siempre está en funcionamiento y es muchas veces más eficiente que todos los sistemas de ubicación creados por el hombre. Con la ayuda de esta "visión" ultrasónica, los murciélagos detectan en la oscuridad un cable tensado con un diámetro de 0,12-0,05 mm, captan un eco que es 2000 veces más débil que la señal enviada, en el contexto de una gran cantidad de interferencias sonoras. pueden emitir un sonido útil, es decir, solo el rango que necesitan.
Los murciélagos emiten sonidos con una altura de 50.000-60.000 Hz y los perciben. Esto explica su capacidad para evitar colisiones con objetos incluso cuando su visión está apagada (principio de radar). Dentro de su rango, el oído humano normal percibe todos los tonos de forma continua, sin espacios.
En los murciélagos, los ultrasonidos generalmente ocurren en la laringe, que se asemeja a un silbido regular en estructura. El aire exhalado por los pulmones se precipita a través de él en un torbellino y con tal fuerza estalla, como expulsado por una explosión. ¡La presión del aire que corre a través de la laringe es el doble que la de una caldera de vapor! Además, los sonidos emitidos son muy fuertes: si los captamos, los percibiríamos como el rugido de un motor de caza a reacción a corta distancia. Los murciélagos no se detienen porque tienen músculos que cubren sus oídos cuando envían ultrasonidos de reconocimiento. La seguridad de los oídos está garantizada por la perfección de su diseño: a la tasa máxima de repetición de los impulsos de sondeo - 250 por segundo - el amortiguador en el oído del murciélago tiene tiempo para abrirse y cerrarse 500 veces por segundo.
Dado que la velocidad del sonido es mucho más alta que la velocidad de movimiento incluso de las aves de alas rápidas, la ecolocalización también se puede utilizar durante el vuelo. El localizador más perfecto es el que poseen los murciélagos, que desarrollan una gran velocidad durante la caza y realizan constantemente acrobacias aéreas en el aire. La calidad de la audición del "localizador" se evidencia en los resultados de la caza: los depredadores más pequeños aumentan su peso en un 10 por ciento dentro de los 15 minutos de cazar mosquitos, mosquitos y mosquitos. El "dispositivo de navegación" es tan preciso que puede rastrear un objeto microscópicamente pequeño con un diámetro de sólo 0,1 milímetros. Donald Griffin, investigador de ecosondas para murciélagos (que, por cierto, les dio este nombre), cree que si no fuera por la ecosonda, incluso toda la noche, volando con la boca abierta, un murciélago habría atrapado un mosquito único por la ley del caso.
Otros sonares naturales.
Los sonares también se encuentran en varias otras especies animales. Se encuentran en los cachalotes, que los utilizan para buscar grupos de calamares de aguas profundas. El sonar del cachalote es una especie de cañón de largo alcance ", que tiene una longitud de hasta 5 my ocupa casi un tercio del cuerpo del animal. Se encontró ecolocalización en los guajaros que viven en América. Sus sonares son menos perfectos que el de los murciélagos y delfines. Trabajan a frecuencias relativamente bajas, es decir, en el intervalo de 1500 a 2500 Hz. Por lo tanto, los guajaro no notan objetos de pequeño tamaño en la oscuridad. En las cuevas, el guajaro es muy ruidoso. Los pájaros emiten gritos agudos y ominosos , con reminiscencias de llantos y gemidos, que son difíciles para un oído desacostumbrado.
La ecolocalización también es utilizada por los veloces salanganos que viven en Indonesia y en las islas del Océano Pacífico. Tener diferentes tipos Los sonares Salangan operan a diferentes frecuencias: 2000 a 7000 Hz. Es curioso que cuando el pájaro está sentado, su aparato de ecolocalización no funciona; los impulsos de ubicación se envían solo en vuelo (al batir las alas). El sonar Salangan no funciona ni siquiera a la luz.
Ultrasonidos e infrasonidos en tecnología
Actualmente, el infrasonido está comenzando a usarse lentamente en medicina. Principalmente en el tratamiento del cáncer (extirpación de tumores), en microcirugía ocular (tratamiento de enfermedades de la córnea) y en algunas otras áreas. En Rusia, por primera vez, se utilizó el tratamiento con infrasonido de la córnea del ojo en el Hospital Clínico Infantil Ruso. Por primera vez en la práctica de la oftalmología pediátrica, el infrasonido y la fonoforesis infrasónica se utilizaron en el tratamiento de enfermedades de la córnea. El suministro de sustancias medicinales a la córnea mediante infrasonidos hizo posible no solo acelerar el proceso de curación, sino que también contribuyó a la reabsorción de opacidades corneales persistentes, así como a reducir el número de recaídas de la enfermedad. Ahora hay muchos dispositivos de fisioterapia que utilizan el método de tratamiento con infrasonidos. Pero tienen aplicación solo en especializaciones limitadas. Se sabe muy poco sobre el uso de infrasonidos contra el cáncer, existen dispositivos aislados de este tipo. Aunque las perspectivas de su uso no están en gran duda. La complejidad de la aplicación se debe al hecho de que el infrasonido tiene un efecto destructivo en un organismo vivo; se necesitan cientos de pruebas y muchos años de trabajo para encontrar los parámetros de exposición adecuados. El futuro de este método no está lejos.
Armas infrasónicas (psicotrónicas) y su uso
En el siglo XXI, hay información sobre el desarrollo y prueba de armas infrasónicas por parte de algunos países, líderes en el ámbito político-militar mundial, incluidos ciertamente los Estados Unidos y Rusia. Los creadores de una superarma basada en la influencia del infrasonido afirman que suprime por completo al enemigo, provocándole consecuencias tan "inevitables" como náuseas y vómitos. Básicamente, las armas infrasónicas se utilizan contra la mano de obra. Según estudios realizados en algunos países, las vibraciones infrasónicas pueden afectar el sistema nervioso central y los órganos digestivos, provocando parálisis, vómitos y espasmos, provocando malestar general y dolor en los órganos internos, y en niveles más altos a frecuencias en unidades de Hz - a mareos, náuseas, pérdida del conocimiento y, a veces, a ceguera e incluso a la muerte.
Las armas infrasónicas también pueden causar pánico en las personas, pérdida de control sobre sí mismas y un deseo irresistible de esconderse de la fuente de la derrota (!), Lo cual es especialmente valioso en condiciones de guerra. Ciertas frecuencias pueden afectar el oído medio, provocando vibraciones, que a su vez provocan sensaciones similares a las del mareo por movimiento, mareo por movimiento. El rango de su acción está determinado por la potencia emitida, el valor de la frecuencia portadora, la amplitud del patrón direccional y las condiciones para la propagación de vibraciones acústicas en entornos reales. Desarrolladores de este tipo de arma e investigadores de sus terribles consecuencias. gastó mucho dinero del tesoro estatal.
Las armas infrasónicas son uno de los tipos de armas de destrucción masiva (armas de destrucción masiva), basadas en el uso de radiación dirigida de potentes vibraciones infrasónicas. Ya existen prototipos de tales armas y se han considerado repetidamente como posibles objetos de prueba. De interés práctico son las vibraciones con una frecuencia de décimas e incluso centésimas a unidades de Hz. El infrasonido se caracteriza por una baja absorción en diversos medios, como resultado de lo cual las ondas infrasónicas en el aire, en el agua y en la corteza terrestre pueden propagarse a largas distancias, atravesar barreras de hormigón y metal. Esta arma tiene un efecto psicotrónico sobre el sistema nervioso central (sistema nervioso central) de una persona, posteriormente, a altas frecuencias, incapacitando a todo el cuerpo. En Estados Unidos, el Pentágono, en particular el Departamento de Defensa de Estados Unidos, está desarrollando esta arma secreta. Junto con el desarrollo de un arma infrasónica, prestan especial atención a la investigación sobre los efectos de esta arma en los humanos y asignan transferencias multimillonarias. Se sabe que el desarrollo de este tipo de armas se llevó a cabo en la URSS, a finales de los años 80. De la historia de V. Kanyuk, Doctor en Ciencias Técnicas: “Dirigí el complejo secreto en Podlipki. Fue miembro de NPO Energia (director - acodemista V.P. Glushko). En cumplimiento de la Resolución cerrada del Comité Central del PCUS y del Consejo de Ministros de la URSS del 27 de enero de 1986, creamos un generador de campos físicos especiales. Pudo corregir el comportamiento de grandes masas de población. Lanzado a la órbita espacial, este equipo cubrió con su "haz" un área igual al Territorio de Krasnodar. Los fondos asignados anualmente para este y programas relacionados equivalían a cinco mil millones de dólares (!) ... ”(sí, exactamente esos dólares a una tasa de alrededor de 6 rublos por $ 1) En el verano de 1991, el comité de la Suprema El Soviet de la URSS publicó una cifra espeluznante. La KGB (el Comité de Seguridad del Estado, un análogo de nuestro FSB o el FBI estadounidense), la Academia de Ciencias, el Ministerio de Defensa y otros departamentos gastaron 500 millones de rublos anteriores a la reforma de peso completo en el desarrollo de armas psicotrónicas. Una de las principales tareas fue "el impacto médico, biológico y psicofísico a distancia sobre las tropas y la población del enemigo". En Rusia (según datos no oficiales) hay desarrollos domésticos de armas psicotrónicas basadas en la propagación de ondas infrasónicas "Lava - 5" y "Ruslo - 1". Se indica que en la clasificación de armas de destrucción masiva (es utilizada por los complejos militar-industriales de países desarrollados) ha aparecido una cláusula: “Esta es un arma con impacto en el aparato genético. En ciertos círculos se le llama "respetuoso con el medio ambiente" e incluso "humano", no destruye ciudades y, a menudo, no mata personas, por ejemplo, como arma nuclear... A pesar de su baja capacidad destructiva, tiene una mayor eficiencia contra la mano de obra enemiga (a excepción de las armas nucleares y algunas otras). Esta arma es tan interesante no solo para los militares, sino también para las fuerzas policiales, como una medida efectiva de influencia durante la dispersión de manifestaciones y disturbios, en el futuro debería reemplazar los cañones de agua, las balas y porras de goma, los gases lacrimógenos y otros medios obsoletos. También se le llama arma étnica. Es seguro decir que las armas infrasónicas son un nuevo hito en la división de armas de destrucción masiva.
El uso de la ecografía en medicina.
Higiene. El hecho de que el ultrasonido afecta activamente a los objetos biológicos (por ejemplo, mata las bacterias) se conoce desde hace más de 70 años, pero todavía no existe un consenso entre los médicos sobre el mecanismo específico de su efecto sobre los órganos enfermos. Una de las hipótesis: las vibraciones ultrasónicas de alta frecuencia provocan un calentamiento interno de los tejidos, acompañado de micromasaje.
Saneamiento. Los esterilizadores ultrasónicos de instrumentos quirúrgicos se utilizan ampliamente en hospitales y clínicas.
Diagnósticos. Para detectar tumores cerebrales y hacer un diagnóstico se utiliza un equipo electrónico con escaneo por haz de ultrasonido.
La obstetricia es un campo de la medicina donde los métodos de eco-pulso de ultrasonido están más firmemente arraigados, como el ultrasonido (ultrasonido) del movimiento fetal, que recientemente se ha establecido firmemente en la práctica. Ahora hay una acumulación de información sobre el movimiento de las extremidades fetales, la pseudorespiración, la dinámica del corazón y los vasos sanguíneos. Mientras se investiga la fisiología y el desarrollo del feto, y hasta que la detección de anomalías aún está muy lejos.
Oftalmología. La ecografía es especialmente conveniente para la determinación precisa del tamaño del ojo, así como para el estudio de patologías y anomalías de sus estructuras en caso de opacidad y, por tanto, inaccesibilidad para el examen óptico convencional. El área detrás del ojo, la órbita, es accesible para su examen a través del ojo, por lo que la ecografía, junto con la tomografía computarizada, se ha convertido en uno de los principales métodos para estudiar patologías en esta área.
Cardiología. Los métodos de ultrasonido se utilizan ampliamente para examinar el corazón y los grandes vasos adyacentes. Esto se debe a la capacidad de obtener información espacial rápidamente, así como a la capacidad de combinarla con imágenes tomográficas.
Terapia y Cirugía. Se sabe desde hace mucho tiempo que
La radiación de ultrasonido se puede hacer con un enfoque estrecho. El físico francés Paul Langevin notó por primera vez su efecto dañino sobre los organismos vivos. Los resultados de sus observaciones, así como la información de que las ondas de ultrasonido pueden penetrar los tejidos blandos del cuerpo humano, han llevado al hecho de que desde principios de la década de 1930. Surgió un gran interés por el problema del uso de la ecografía para el tratamiento de diversas enfermedades. El ultrasonido se ha vuelto especialmente utilizado en fisioterapia. Sin embargo, solo recientemente se comenzó a esbozar un enfoque científico para el análisis de los fenómenos derivados de la interacción de la radiación ultrasónica con un entorno biológico. El ultrasonido terapéutico se puede dividir en ultrasonido de baja y alta intensidad, respectivamente, calentamiento no dañino (o algunos efectos no térmicos) y estimulación y aceleración de las respuestas fisiológicas normales en el tratamiento de lesiones (fisioterapia y algunos tipos de terapias contra el cáncer). A intensidades más altas, el objetivo principal es inducir una destrucción selectiva controlada en los tejidos (cirugía). Los equipos electrónicos se utilizan en neurocirugía para inactivar partes individuales del cerebro con un potente haz enfocado de alta frecuencia (alrededor de 1000 kHz).
Otras tecnologias
Sonar. La presión en una onda ultrasónica es miles de veces mayor que la presión en una onda de sonido ordinaria y se detecta fácilmente usando micrófonos en el aire e hidrófonos en el agua. Esto hace posible el uso de ultrasonidos para detectar bancos de peces u otros objetos submarinos. Uno de los primeros sistemas prácticos de detección de submarinos ultrasónicos apareció al final de la Primera Guerra Mundial.
Medidor de flujo ultrasónico. El principio de funcionamiento de dicho dispositivo se basa en el efecto Doppler. Los pulsos de ultrasonido se dirigen alternativamente corriente arriba y corriente abajo. En este caso, la velocidad de transmisión de la señal a veces se suma al caudal y luego se le resta. La diferencia de fase que surge de los pulsos en las dos ramas del circuito de medición se registra mediante un equipo electrónico, como resultado, se calcula el caudal y, a partir de él, también se calcula la velocidad de masa (caudal). Este medidor se puede utilizar tanto en circuito cerrado (por ejemplo, para estudiar el flujo sanguíneo en la aorta o refrigerante en un reactor atómico) como en circuito abierto (por ejemplo, un río).
Tecnología química. Los métodos anteriores se clasifican como de bajo consumo, en los que las características físicas del entorno no cambian. Pero también existen métodos en los que el ultrasonido de alta intensidad se dirige al medio. Al mismo tiempo, se desarrolla un poderoso proceso de cavitación en el líquido (la formación de muchas burbujas, o cavernas, que colapsan con el aumento de la presión), provocando cambios significativos en el estado físico y físico. propiedades químicas este ambiente. Numerosos métodos de exposición al ultrasonido a sustancias químicamente activas se combinan en una rama científica y técnica del conocimiento llamada química del ultrasonido. Investiga y estimula procesos como la hidrólisis, oxidación, reordenamiento molecular, polimerización, dipolimerización y aceleración de reacciones.
Soldadura ultrasónica. La cavitación causada por potentes ondas ultrasónicas en metales fundidos destruye la película de óxido de aluminio y permite que se suelde con soldadura de estaño sin fundente. Los productos fabricados con metales soldados por ultrasonidos se han convertido en productos industriales habituales.
Procesamiento mecánico ultrasónico. La energía de los ultrasonidos se utiliza con éxito en el mecanizado de piezas fabricadas con materiales muy duros y quebradizos, como vidrio, cerámica, carburo de tungsteno, acero templado. La industria también utiliza una amplia gama de equipos para limpiar las superficies de cristales de cuarzo y vidrio óptico, pequeños rodamientos de bolas de precisión y desbarbado de piezas pequeñas.
El ultrasonido se usa ampliamente para la preparación de mezclas homogéneas. En 1927, los científicos estadounidenses Limus y Wood descubrieron que si dos líquidos inmiscibles (por ejemplo, aceite y agua)
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