正確答案:
人耳最高只能感覺到大約20000Hz的聲波,頻率更高的聲波就是超聲波了.超聲波廣泛地應用在多種技術中.
超聲波有兩個特點,一個是能量大,一個是沿直線傳播.它的應用就是按照這兩個特點展開的.
理論研究表明,在振幅相同的情況下,一個物體振動的能量跟振動頻率的二次方成正比.超聲波在介質中傳播時,介質質點振動的頻率很高,因而能量很大.在我國北方乾燥的冬季,如果把超聲波通入水罐中,劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴,再用小風扇把霧滴吹入室內,就可以增加室內空氣的濕度.這就是超聲波加濕器的原理.對於咽喉炎、氣管炎等疾病,藥力很難達到患病的部位.利用加濕器的原理,把藥液霧化,讓病人吸入,能夠增進療效.利用超聲波的巨大能量還可以把人體內的結石擊碎.
金屬零件、玻璃和陶瓷製品的除垢是件麻煩事.如果在放有這些物品的清洗液中通入超聲波,清洗液的劇烈振動衝擊物品上的污垢,能夠很快清洗乾淨.
俗話說「隔牆有耳」(圖1),這說明聲波能夠繞過障礙物.但是,波長越短,這種繞射現象越不明顯,因此,超聲波基本上是沿直線傳播的,可以定向發射.如果漁船載有水下超聲波發生器,它旋轉著向各個方向發射超聲波,超聲波遇到魚群會反射回來,漁船探測到反射波就知道魚群的位置了.這種儀器叫做聲納.聲納也可以用來探測水中的暗礁、敵人的潛艇,測量海水的深度.
根據同樣的道理也可以用超聲波探測金屬、陶瓷混凝土製品,甚至水庫大壩,檢查內部是否有氣泡、空洞和裂紋.
人體各個內臟的表面對超聲波的反射能力是不同的,健康內臟和病變內臟的反射能力也不一樣.平常說的「B超」就是根據內臟反射的超聲波進行造影,幫助醫生分析體內的病變(圖2).
有趣的是,很多動物都有完善的發射和接收超聲波的器官.以昆蟲為食的編幅,視覺很差,飛行中不斷發出超聲波的脈衝,依靠昆蟲身體的反射波來發現食物.海豚也有完善的「聲納」系統,使它能在混濁的水中準確地確定遠處小魚的位置.現代的無線電定位器——雷達,質量有幾十、幾百、幾千千克,蝙蝠的超聲定位系統只有幾分之一克,而在一些重要性能上,如確定目標方位的精確度、抗干擾的能力等都遠優於現代的無線電定位器.深入研究動物身上各種器官的功能和構造,將獲得的知識用來改進現有的設備和創製新的設備,這是近幾十年來發展起來的一門新學科,叫做仿生學.