Физика в мире животных: дельфины и эхолокация. Муха на потолке

December 9th, 2015

Дельфин обладает недостижимой для созданных человеком приборов эффективностью гидроакустической локацией. Он лоцирует дробинку, упавшую в воду на расстоянии 15м; различает размеры предметов одинаковой формы, отличающиеся на единицы процентов, их материал; различает подобно томографу детали внутреннего строения объектов, находящихся в воде или в слое ила, их форму и другие параметры, обнаруживает съедобную рыбу на расстоянии три километра и отличает от той, которая не идет в пищу.

Это достигается совершенством системы гидролокатор-мозг. На рисунке приведена сугубо схематическая структура функционирования гидролокатора дельфина.

По эхолокационным сигналам дельфинов ученые смогли выяснить, как эти морские млекопитающие «видят» находящегося в воде человека. Сонарные сигналы, записанные подводным микрофоном, были преобразованы в картинки. Об этом сообщает Daily Mail.

И вот как это выглядит …

Исследование проведено в дельфинарии города Пуэрто-Авентурас (штат Кинтана-Роо, Мексика). Дайвер Джим МакДоноу (Jim McDonough) надел грузовой пояс и активно выдыхал воздух. Было принято решение не использовать акваланг, так как пузырьки от него повлияли бы на исход эксперимента. Сигналы (записанное на микрофон эхо от сигналов дельфина, направленных в сторону МакДоноу) были переданы британскому ученому Джону Стюарту Риду (John Stuart Reid) - специалисту по акустической физике, создателю аппарата визуализации звука CymaScope.

Основной принцип работы аппарата - преобразование звуковых вибраций в колебания воды. Сначала ученые загрузили последовательность ультразвуковых эхолокационных сигналов дельфина в CymaScope, поставив камеру в режим воспроизводства видео. На поверхности воды они увидели некую странную форму. Затем они проиграли видео назад, кадр за кадром, и через некоторое время увидели смутный силуэт человека. Компьютерная обработка изображения принесла новые детали (в частности, исследователи смогли разглядеть грузовой пояс МакДоноу).

Ранее (в 2012 году) с помощью той же методики биологи выяснили, как животные воспринимают неодушевленные объекты.

Таким образом, эхолокация позволяет дельфинам «увидеть» не только тени объектов, но и очертания их поверхности. «Мы думаем, что дельфины могут пользоваться звуко-визуальным языком - языком картинок, которыми они делятся друг с другом (кодируя картинки эхолокационными сигналами - прим. «Ленты.ру» )», - заявил автор исследования Джек Кассевиц (Jack Kassewitz).

А теперь давайте все же подробнее изучим как это работает.

Носовой канал (1 ) , идущий от дыхала к легким соединяет три пары воздушных мешков (2) , представляющие собой полости, окруженные системой радиальных мышц.

Мембраны, находящиеся в месте соединения мешков с носовым каналом, при продувании воздуха из левого мешка в правый или наоборот генерируют ультразвуковые колебания, которые фокусируются с помощью рефлектора (3) , представляющего собой параболическое углубление в передней части черепа и акустической линзы (4) , представляющей собой жировое образование, окруженное системой мышц, изменяющих при необходимости его форму и, следовательно, фокусное расстояние.

В результате образуется ультразвуковой луч (5) , частота и диаграмма направленности которого могут меняться. Лоцируемый объект 6 рассеивает падающее на него излучение и воспринимается антенной системой в виде трех областей (7) , расположенных на коже раструма и нижней челюсти дельфина.Эти области образуются акустическими рецепторами кожи с плотностью распределения около 600 единиц на 1 кв.см. и представляют собой, по сути, пространственную голографическую приемную систему.

Приведенная схема сугубо условна . Действительная форма ее элементов значительно сложнее. Однако отображение этих анатомических деталей только усложнило бы понимание принципа действия системы.

Сделаем маленькое отступление. Скорость движения дельфина в воде может достигать величины50-60 км/час , что намного превышает его мускульные энергетические возможности. Впервые на этот факт обратил внимание Джон Грэй .

Он показал, что удобообтекаемое твердое тело одинаковых с дельфином размеров и формой должно было бы затрачивать для преодоления сопротивления воды мощность, примерно в семь раз большую, чем та, которой он располагает.

Этот факт, получивший впоследствии название «парадокс Грэя» , объясняется тем, что коэффициент сопротивления при ламинарном обтекании значительно ниже, чем при турбулентном.

Объясняют парадокс Грэя особенности структуры и функционирования кожного покрова с гидрофобными и демпфирующими свойствами, а также двигательный механизм, как кожного покрова, так и всего тела дельфина.

Прежде всего, поверхность кожи совершенно гладкая и обладает гидрофоб-ным свойством (когда дельфин выныривает, на его коже нет капель воды). Гладкость же поверхности обеспечивается ее постоянным обновлением, слущиванием отмирающих частей, что защищает от биологического обрастания, столь характерного для морских плавсредств и многих обитателей морей. Это первая ступень защиты , обеспечивающая минимальный коэффициент трения.

Вторая ступень защиты обеспечивает гашение мелкомасштабных пульсаций давления водной среды предвещающих образование турбулентности.

Для этой цели эпидермис содержит два слоя: тонкий наружный и лежащий под ним ростковый или шиповидный. В ростковый слой входят шиповидные упругие сосочки дермы, которые обеспечивают надежное сцепление с амортизатором – слоем жира, пронизанным густыми сплетениями коллагеновых и эластиновых волокон.

Первая и вторая ступени – пассивные.
Под жировым слоем находится слой развитой системы подкожной мускулатуры и кровеносных сосудов. Это третья ступень защиты .

Работает третья ступень защиты следующим образом. Важнейшим условием сохранения ламинарности (безвихревого обтекания) является наличие продольного, отрицательного градиента давления, который препятствует образованию вихрей. Как только в каком либо мес-те кожи возникает тенденция к образованию положительного градиента, мускулатурный, насыщенный кровью слой тут же меняет форму поверхности тела дельфина в соответствующем месте таким образом, что ликвидирует эту тенденцию. Это уже активная мышечно-гидравлическая защита.

Информацию о поле давления выдают соответствующие рецепторы, покрывающие все тело дельфина. Одним из рецепторов осязания у животных и человека являются волосы. Дельфин, утратив волосы при своей эволюции, превратил то, что от них осталось в эти рецепторы. Поле дав-лений обтекающей воды анализируется соответствующим разделом мозга и выдает нужные команды вегетативной нервной системе, управляющей системой мускулатуры и крови.

Ту же роль в сохранении ламинарности обтекания тела дельфина играет его хвостовая часть, движения которой создают отрицательный градиент давления. Это четвертая степень защиты.

Когда дельфину нужно достичь максимально возможной скорости, например, перед высоким прыжком, он включает «форсаж», превращая кожу в дополнительный двигатель. На скоростной киносъемке хорошо видно, как по телу дельфина в направлении хвоста бежит поперечный «гофр» из выступов кожи, который является дополнительным гребным механизмом.

Таким образом, дельфин весь является двигателем высшей степени совершенства, способным двигаться с большой скоростью, находясь при этом в полностью ламинарном обтекании.

А это значит, кроме всего прочего, что у него нет и шумов обтекания, которыми так богаты технические морские средства.

А теперь, закончим сделанное отступление и вернемся к гидроакустике, зная, что дельфин движется, не создавая гидродинамических шумов.

Все тело человека покрыто густой сетью рецепторов осязания. Рецепторов прикосновения и давления (механорецепторов) в коже человека свыше 600 тысяч. Это тельца Пачини и Мейснера, а также диски Меркеля.

Механорецепторы воспринимают, в том числе вибрации и звук. Последнее не является основным их назначением – для этого существуют уши. Однако известны случаи, когда с детства глухие люди, положив ладони на стол или поставив ступни на пол, могут слушать музыку.

У дельфина механорецепторов, по-видимому, значительно больше , чем у человека. В процессе эволюции они превратились в многие тысячи гидрофонов, покрывающих все тело дельфина. В результате поверхность тела дельфина представляет собой чрезвычайно развитое многофункциональное антенное устройство, работающее в диапазоне частот от нескольких герц до 200 кГц при очень низком уровне собственных шумов и имеющее на выходе уникальное анализирующее устройство – мозг.

Иными словами все тело дельфина – это совершенный акустический глаз , который может работать как в активном, так и в пассивном режиме с круговым обзором и возможностью концентрировать максимальную разрешающую способность в нужном направлении.

Различие между оптическим глазом и акустическим заключается только в том, что в первом случае анализ информации осуществляется на основе законов геометрической оптики, а во втором – на основе законов акустической голографии.

В линзовой системе единственная информация, которую можно получить от одного рецептора, это амплитуда акустического давления. В голографической же системе построения изображения используется как амплитуда, так и фаза. Поскольку голографическая антенна несет большую информацию от каждого рецептора, то получаемые изображения обладают большей информативностью. К тому же, поскольку рецепторы покрывают все тело дельфина, т.е. антенна имеет максимальные размеры, то и разрешение ее имеет максимально достижимую величину.

На основе вышесказанного рассмотрим общую схему гидроакустической системы дельфина.

Дельфин как приемно-излучающая гидроакустическая
система.

Первая подсистема – уши (1) , дополняемые третьим приемным устройством – нижней челюстью. Она обеспечивает, в основном, прием коммуникационных сигналов, а также обеспечивает часть функций освещения подводной обстановки.

Вторая подсистема – изучающая все типы звуков в диапазоне 10 Гц – 196 кГц. Зона ее излучения (2) .

Третья подсистема – система ближней гидролокации работает в зоне (3) и использует наиболее высокочастотные сигналы.Те же гидроакустические рецепторы, что с большой плотностью распределены на лицевой стороне, с меньшей плотностью расположены по поверхности всего тела дельфина и образуют многоэлементную широкополосную гидроакустическую приемную антенну с круговой диаграммой направленности (4) .
Эта подсистема голографического приема обеспечивает освещение подводной обстановки, работая как в активном, так и в пассивном режимах, а также дополняет работу первой подсистемы.

Дельфин может воспринимать звуки такой частоты, которые сам не в состоянии воспроизвести, в отличие от наземных млекопитающих и человека, которые слышат звуки, только такой частоты, которые издают сами.

Дельфин обладает несколькими гидроакустическими информационными системами, частично перекрывающими друг друга и работающих параллельно.Разделение поступающей информации, и совместная ее обработка осуществляется с по-мощью мозга, в реальном масштабе времени.

Таким образом, обеспечивается существенное улучшение отношения сигнал/шум и соединение направленного приема, обеспечивающего высокое пространственное разрешение, с круговым обзором, который ведется как в активном, так и в пассивном режиме, что недоступно для технических средств.

Полученная информация кодируется мозгом, по-видимому, в виде четырехмерных образов (три пространственных и один частотный).
Для дельфина гидроакустический канал получения информации означает гораздо больше, чем зрение для человека. Остальные органы чувств играют вспомогательную роль.

Что видит дельфин с помощью своей гидроакустической системы? Он видит поверхность, видит дно со всеми деталями его строения, в том числе с деталями слоев подстилающих пород; видит предметы, лежащие на дне, в том числе и лежащие глубоко в иле; видит особенности каждого предмета, его размеры, форму, особенности материала, внутреннего устройства.

Он ничего не может «сказать», о каком либо конкретном предмете, если раньше его не видел. Но если рядом находятся два подобных друг другу предмета, он при некоторой тренировке, может отличить один от другого по любому параметру: по размеру, по форме, по материалу, по на-личию пустот внутри, размерам и форме этих пустот и т.д.

Он видит все плавающие вокруг него объекты (в общих чертах, так сказать «боковым зрением») и если что-то его заинтересовало, концентрирует на нем остроту своего акустического зрения. Кстати, когда дельфин плывет или хочет рассмотреть что-либо, он делает движения головой, очень похожие на движения зрачков человека в подобных ситуациях.

Несколько простейших примеров. Дельфин различает: два совершенно одинаковых по форме и размерам предмета, но сделанных, один — из стали, другой – из латуни; два одинаково обработанных сплошных стальных шара, различающихся по диаметру на 2-3%; два одинаковых герметичных толстостенных полых цилиндра, полость которых частично заполнена водой, если разность уровней воды в них со-ставляет 3-4 мм и т д.

Более сложный пример. Если в воде плывет несколько человек, среди которых один знаком дельфину, дельфин подплывет именно к нему, если знакомство имеет положительный оттенок. Если плывет одновременно, пусть на большом расстоянии, несколько хорошо знакомых людей, тренированный дельфин подплывет в случае получения команды именно к тому, на кого ему будет указано.

Как это происходит? Каждый подводный объект является трансформатором гидроакустических полей в окружающем его пространстве. На каких-то частотах преобладает отражение падающих на объект волн, на каких-то – поглощение. Происходит сдвиг фаз и меняется интерференционная структура поля, поглощенная объектом акустическая энергия переизлучается им на собственных резонансных частотах и т.д.

Каждый излученный дельфином гидроакустический локационный импульс, отражаясь от объекта, несет информацию о его положении, размерах и форме (по углу и времени прихода эхо-волн). Энергия же импульса, имеющего форму дельта-функции, возбуждает весь спектр собственных резонансных частот объекта, что создает его неповторимый акустический образ.

Основную информацию дельфину дают активные гидролокаторы: передний (высокого разрешения) и кругово й (грубого разрешения), а также пассивная слуховая стереосистема приема окружающих акустических полей.

Но возможно, определенный вклад вносит и голографическая система, работающая в пассивном режиме (без собственной подсветки), основанная на искажении объектами интерференционных полей на различных частотах, образуемых внешними источниками как когерентного, так и широкополосного фонового излучения.

источники

http://www.delphinidae.ru/publ/5-1-0-66

http://lenta.ru/news/2015/12/07/sonar/

http://www.v-ratio.ru/more/049-izluchatel.html

И еще интересное про дельфинов: вот , а вот , а вот еще один редкий и и с черными дельфинами. Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

Ультразвук, как один из наиболее часто применяемых методов физической терапии, используется в нашей стране уже более 50 лет. «Ультра» в переводе с латинского означает «сверх», «за пределами». Ультразвуки - это те же звуки, которые буквально окружают нас - их издают и животные, и птицы, и насекомые, они есть в нашем голосе, в шуме ветра, шуршании песка или скрипе снега под ногами. Но мы их не слышим, так как этой способностью мы заплатили за возможность разговаривать друг с другом.

Текст: Юлия АЛМАЗОВА

Вместе с технологическими усовершенствованиями ультразвук прогрессировал от большой, громоздкой машины, воспроизводящей неоптимальные изображения, к переносному, удобному для использования и сложному прибору. Такая эволюция потребовала тесного единения физики, физиологии, медицины, техники и управления.

Сегодня человек научился генерировать и «слышать» ультразвуки, но… только с помощью физиотерапевтических приборов. Данное перспективное направление медицины в последние годы стало полноправной областью науки - биомедицинской радиофизики.

В основе ультразвуковой терапии лежит специфический характер взаимодействия ультразвука с биологическими тканями человеческого организма. Ультразвуковые колебания распространяются в тканях человека на вполне достаточную глубину и обладают выраженным терапевтическим эффектом.

НЕСЛЫШИМЫЕ ВОЛНЫ ЖИЗНИ

Человеческое ухо слышит звуки различной частоты (или длины волны) - от 17 Гц (20 м) до 20 000 Гц (1,65 см). Правда, с возрастом этот диапазон сужается. Но человек слышит далеко не все низкие и не все высокие звуки. Инфразвуки (они ниже частоты 17 Гц) и ультразвуки (они выше частоты 20 000 Гц) человек не слышит, хотя они постоянно присутствуют в природе.

Так, например, инфразвуки возникают в океане во время штормов и подводных землетрясений, а на суше - при вскрытии рек во время ледохода. Инфранизкие частоты способны воспринимать медузы, рыбы, чайки и другие морские обитатели. Улавливая инфразвук, они стараются покинуть опасные места заранее.

Человек не слышит инфразвуковых колебаний, но это не значит, что он их не ощущает. Частота в 6 Гц может вызвать у нас ощущение усталости, тоски, морскую болезнь. Инфразвук в 7 Гц особо опасен: смерть может наступить от внезапной остановки сердца. Частота в 5 Гц повреждает печень, а некоторые инфранизкие частоты способны вызвать приступ безумия. Определенные низкочастотные звуки действуют на слуховые анализаторы мозга и могут даже «убедить» человека бросить курить, соблюдать диету, усваивать иностранные языки и т.д. И этим пользуются для так называемого «кодирования».

А самый высокий звук, который слышит человек, - это писк комара. Но еще более высокие звуки (более 20 тыс. колебаний в секунду) человек уже не слышит - это и есть ультразвук. В ультразвуковых колебаниях человек не разбирается, хотя кошки, собаки и другие животные их слышат и используют.

Собакам доступны частоты до 60 000 Гц, а кошкам и мышам - еще больше. Но сильных ультразвуков никто из них не любит. Собак можно держать на почтительном расстоянии ультразвуковыми карманными «догчейзерами», а избавиться от присутствия мышей и крыс - специальными ультразвуковыми устройствами.

Ультразвуки также издают и воспринимают дельфины, летучие мыши, различные насекомые. Но самая фантастическая острота слуха в ультразвуковом диапазоне у летучих мышей. При полете они посылают прерывистые ультразвуковые сигналы на частотах от 30 000 до 150 000 Гц, а иногда и выше, и в паузах между ними своими ушами-локаторами принимают эхо от мельчайших мошек.

Ультразвуковая эхолокация позволяет этим уникальным летучим животным на высокой скорости обнаружить проволоку толщиной 0,1 миллиметра. Таких высоких результатов не добиваются даже с помощью самых современных радиолокаторов.

Изучая восприятие звуков у антропоидов, группа исследователей в Московском НИИ уха, горла, носа установила, что у них диапазон восприятия звуков меньше, чем у других животных, но достигает все же 40 000 Гц. Оказывается, здесь свою роль сыграло речевое общение. Люди постепенно утратили необходимость в широком частотном диапазоне голоса для передачи полезной информации. Появление речи сделало ненужным восприятие ультразвука.

Ультразвук, как и инфразвук, придает голосу эмоциональную окраску и содержит информацию о радости, страхе, недовольстве и т.д. Эти звуки с частотами до 100 000 Гц, а иногда и выше, до сих пор содержатся в нашем голосе, но воспринимаем мы их все хуже и хуже.

Ведь самый широкий диапазон мыслей можно передать словами на частотах от 200 Гц до 5000 Гц, но при этом, правда, можно скрыть свои негативные истинные намерения. Но некоторые люди, в большинстве своем женщины, все же могут улавливать ультразвуки и хорошо чувствовать настроение говорящего. Анализ ультразвуков в речи говорящего используют в «детекторах лжи» весьма успешно.

Но не только наши голосовые связки способны издавать ультразвуковые колебания. Такие колебания свойственны вообще любой живой ткани, и это экспериментально доказано работами доктора физико-математических наук Научно-исследовательского центра биомедицинской радиоэлектроники ИРЭ РАН В.И.

Пасечника, который использовал собственные ультразвуковые колебания живых биологических объектов - мышц, сосудов, печени, почек и т.д. - для разработки медицинских диагностических аппаратов.

Механические микроколебания (микровибрации) присутствуют в организме благодаря не только пульсовой активности сердца (инфразвуковые частоты) и сосудистомышечной активности (звуковые частоты), но и благодаря воздействиям внешней среды.

Ультразвуковые волны тканей человеческого организма бегут к поверхности с большой глубины и несут важнейшую информацию о состоянии разных органов. Так что все наши органы буквально «поют хором» на ультразвуковых частотах.

ДЕЛЬФИНЫ «ВИДЯТ» ПЛАЧ РЕБЕНКА

Не секрет, что некоторые животные безошибочно «считывают» наше подсознание, угадывания сокровенные желания.

На другой стороне Гольфстрима, в местечке Грэсси Ки, неподалеку от Майами, расположен Флоридский центр изучения дельфинов. Психолог центра Дэвид Натансон проводил интересный эксперимент. Он заходил в воду, держа на руках пятилетнего Билли Райнера, который от рождения страдает болезнью Дауна.

По свистку тренера дельфин по кличке Алета устремляется к людям. Натансон показывает мальчику фотографию детской площадки и спрашивает: «Что это?». Билли недовольно ерзает. «Если ты хочешь поиграть с Алетой, то должен сказать, как это называется», - настаивает Натансон. «Горка», - выпаливает Билли. Его мама, наблюдавшая за этой сценой, радостно хлопает в ладоши. Впервые в жизни ее сын без подсказки узнал и правильно назвал предмет.

Натансон сажает мальчика на дельфина, чтобы тот мог немного покататься. По словам Натансона, «между ними существует взаимопонимание, которое я не могу объяснить». Животные обращаются с мальчиком очень осторожно, как будто понимают, что он не такой, как все. А у Билли появляется стимул к учебе.

Исследование за исследованием ученые делают удивительные открытия об этих загадочных млекопитающих. Они утверждают, что дельфины действительно говорят друг с другом, извещая свистом как о себе, так и о других дельфинах в стае, а также приходят друг другу на помощь. Дельфины обладают настоящей радиолокационной системой (ультразвуковым сонаром, который находится в их черепной коробке), с помощью которой «видят» ушами под водой акустические картинки, «просвечивая» встречающиеся предметы насквозь.

С помощью ультразвуковых волн они «видят» и определяют в мутной воде и в темноте на расстоянии 100 метров любые предметы размером с человеческий кулак и даже способны обнаружить маленькую дробинку за десятки метров. Ультразвуки помогают дельфину легко ориентироваться и отличать, например, живую рыбу от неживого предмета такой же величины и формы. Они могут моделировать звуковые сигналы, осуществлять обмен акустическими картинками.

Умственные способности дельфинов и их привязанность к людям натолкнули психолога американского центра изучения дельфинов Дэвида Натансона на мысль заняться необычными экспериментами. С помощью 15 дельфинов психолог проводит занятия с детьми и взрослыми, страдающими такими болезнями, как синдром Дауна, водянка головного мозга, церебральный паралич, мускульная дистрофия, травмы головы и позвоночника.

Когда шестилетний Дин-Пол Андерсон впервые попал к Натансону в 1989 году, он не мог произнести ни слова. У него с рождения была болезнь Дауна, и мальчик был очень застенчивым и замкнутым. Но после еженедельных занятий Дин-Пол стал разговорчивым и общительным ребенком. Дельфины сумели найти ключ к его сознанию, и Дин-Пол «открылся».

Благодаря биофизическому воздействию дельфина у человека нормализуется деятельность коры головного мозга, сердечно-сосудистой системы. Ведь дельфинам доступно даже «видение» плача больного ребенка. Многие ученые считают дельфина одним из самых разумных животных на свете.

ОТКЛИК НА «РОДНОЙ» УЛЬТРАЗВУК

Организм человека - сложно организованная, динамическая и саморегулирующаяся колебательная система, которая под влиянием внешних частотных воздействий может давать резонансные ответы. Функциональная динамика состояния человеческого организма отражается в динамике его физических полей и излучений: инфракрасных, акустических, оптических, электромагнитных.

Поскольку наши органы и различные ткани вибрируют и излучают ультразвук, то тонкие механизмы, которые управляют этим процессом, подвержены воздействию даже слабых внешних акустических полей. Любой звуковой раздражитель при большой силе (высокой интенсивности) и продолжительности способен нанести акустическую травму.

Особенно вреден для организма интенсивный шум выше 95 децибел. Децибел - одна десятая часть единицы измерения уровня громкости звука (названа по имени изобретателя телефона А. Белла). За нулевой уровень (0 децибел) принят минимальный звук, который человек ощущает, и называют его порогом слышимости. Взлетающий самолет превышает пороговую интенсивность звука более чем в 10 триллионов раз (более 95 децибел).

Под действием такого шума сужаются периферические сосуды, нарушается сердечный ритм, появляется головная боль, необычная бледность и нервно-психические нарушения. «Не переваривает» громкие звуки и желудок, что может привести даже к язве. Так что специальные наушники и шлемы не всегда защищают нас от неблагоприятных воздействий звукового шума.

С другой стороны, на Древнем Востоке существовала пытка тишиной, когда преступника заточали в специальную «башню молчания», куда не проникал ни один звук извне. Нарушение психики, а затем и других функций организма, заканчивалось смертью. И это закономерно. Ведь слабые воздействия возбуждают жизненные процессы, средние - активизируют, сильные - тормозят, а очень сильные - парализуют. Но их полное отсутствие также вызывает те или иные расстройства.

Любая форма жизни обладает собственным уникальным спектром биоэлектрических колебаний, т.е. каждый микро- и макроорганизм имеет собственный спектр частот. У каждого человека также есть своя собственная частота вибрации клеток и органов. Известный немецкий исследователь Морель, создавая теорию и технику биорезонанса, «разложил» человека на конкретные полочки с частотами органов и систем.

До него еще доктор Рейнхард Фолль, награжденный Папой Римским за открытие электропунктуры (воздействие электрическими импульсами низкой частоты) золотой медалью, выяснил, что, скажем, печень «работает» на колебаниях 7 герц, сердце - на 5 герцах, почки - на 9 герцах. Морель пошел дальше, стараясь выявить взаимосвязи частот и органов. Получилось более 64 параметров. Трудно представить такое количество регуляторов, которые нормализуют состояние здоровья в целом.

Человеческий организм способен не только реагировать в широком диапазоне частот воздействия (вплоть до 10 9 Гц и выше), но и отвечать строго определенными реакциями на отдельные частоты, причем амплитуда воздействующего сигнала может быть ничтожно малой (т.е. лежать ниже сенсорного (ощущаемого) порога).

Идея резонансной биостимуляции получила свое подтверждение в работах А. Я. Креймера о вибрационных воздействиях на организм. Вибровоздействия в определенном частотном диапазоне оказывают лечебное и восстанавливающее действие. Биологический резонанс представляет собой резкое нарастание амплитуды колебаний в биосистеме при предлагаемом извне принудительном колебании с частотой, постепенно приближающейся к той, которую имеет сама система. Наиболее воспринимаемы те частоты внешнего лечебного воздействия, которые существуют в самом здоровом организме.

При заболеваниях природные биоритмы организма нарушаются. Оптимально подобранные параметры ультразвуковых колебаний физиотерапевтических приборов вызывают отклик в организме, восстанавливая его природные биоритмы акустического поля.

Таким образом, можно «навязать» организму при выраженном функциональном нарушении ритмической деятельности работы внутренних органов здоровые волны (вибрационные характеристики). На этом принципе упорядочивания ритмической активности основаны современные приборы биорезонансной терапии, которые являются чудесными «фильтрами», способными автоматически отсеять волновые частоты болезни от «волн здоровья».

Частота и интенсивность акустических полей физиотерапевтических приборов подбирается таким образом, что организм человека воспринимает эти ультразвуковые колебания как свои собственные и не сопротивляется этому воздействию, образно говоря, подстраивается под норму, восстанавливая генетическую память биологических ритмов здорового организма.

Ультразвуковые колебания, излучаемые приборами, передаются в мозг, и нервная система человека вынуждена приспособиться к новому здоровому ритму и перейти на новую нервную активность. При заданных низких физиологических (имеющих место быть в организме) частотах, даже при очень незначительной амплитуде внешнего ультразвукового воздействия, значительно усиливаются нормальные и ослабляются патологические колебания в организме.

Таким образом, суть действия приборов биорезонансной терапии в том, что они регулируют и активизируют собственные защитные силы организма для борьбы с недугом, обеспечивая самовыздоровление, никоим образом не нарушая при этом энергоинформационного равновесия организма. Ведь лечить заболевания тех или иных органов может сам организм - величайший в мире лекарь и фармацевт.

ЛЕКАРСТВЕННАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ «ЭКСПРЕСС-ПОЧТА»

В 1954 году немецкий доктор Р. Фолль, возможно, случайно заметил, что у больного, который коснулся рукой лекарства при измерении потенциала биологически активных точек на коже (проекций органов), изменились его показатели. Так было сделано открытие: лекарства даже на расстоянии меняют энергетическое состояние человека и его органов - сердца, почек, печени и целых систем.

И особенно хорошо, как выяснилось, действуют гомеопатические лекарства. Видимо, потому, что, согласно исследованиям, они обладают особо выраженной волновой природой. Каждое лекарство по своей сути представляет своеобразный волновой генератор, заключенный либо в спиртовом растворе, настойке, либо просто в воде, масляной эмульсии, креме, мази.

Известно, что ультразвук может повышать проницаемость клеточных оболочек (мембран) и ускорять процессы обмена веществ путем диффузии (распространения), а изменение рН (количественной меры активной кислотности или щелочности среды) воспаленных тканей в щелочную сторону вызывает резкое уменьшение воспалительных явлений и боли.

У ультразвука есть еще одно замечательное свойство - вызывать повышение проницаемости кожи. Ведь наша кожа - это уникальная защита от проникновения чужеродных для нашего организма компонентов. И только очень немногие лекарства и гормоны действительно могут проникать в кожу в очень малых количествах.

Сегодня в физиотерапии широко применяется метод ультрафонофореза (лат. ultra - «сверх, за пределами» + греч. phōnē - «звук» + phorēsis - «несение, перенос», синоним «фонофорез») лекарственных средств, объединяющий воздействие на определенные участки тела двух факторов: физического (т.е. ультразвука) и химического (лекарственного препарата), вводимого в организм с его помощью.

При процедурах лекарственного ультрафонофореза, когда между излучателем и кожей помещают лекарственное средство, в так называемом кожном депо идет накопление малых доз этого лекарства, и затем в течение длительного времени оно используется организмом для воздействия на патологический процесс в щадящем режиме.

Для ультрафонофореза подбираются такие лекарственные вещества, которые действуют с ультразвуком однонаправленно, для усиления одной из сторон его действия: обезболивающего, спазмолитического, противовоспалительного и др.

Совместное действие ультразвукового прибора и лекарств усиливает их лечебный эффект в несколько раз. Под действием ультразвукового давления молекулы лекарственных веществ приобретают большую подвижность, быстро и прямым путем проникают вглубь тканей (фонофорез), откуда легко распространяются (диффундируют) в кровь и лимфу.

Это позволяет довести до нужных слоев кожи запланированную концентрацию действующего вещества и тем самым достичь максимальной эффективности. Очень эффективен такой ультрафонофорез с противовоспалительными, сосудорасширяющими, обезболивающими мазями, антибиотиками при травмах, заболеваниях позвоночника, суставов, в дерматологии.

К числу достоинств ультрафонофореза относится отсутствие ятрогенного (вызывающего вторичные заболевания) повреждающего действия на внутренние органы, в частности, желудочно-кишечный тракт, нередко развивающегося при фармакотерапии, и особенно при систематическом приеме нестероидных противовоспалительных средств (например, аспирина (ацетилсалициловой кислоты), ибупрофена, напроксена, кеторолака, бутадиона и др.).

Скорость звука зависит от упругих свойств, плотности и температуры среды. Чем больше упругие силы, тем быстрее передаются колебания частиц соседним частицам и тем быстрее распространяется волна. Поэтому скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше, чем

в твердых телах. Для сравнения приведем скорости звука в воздухе, в воде и в железе при / = 20° С:

" воздух

f и вода =1490|, ^30 = 5850

Скорость звука в идеальных газах с ростом температуры растет, как \Т (7* = 273°-\- t ° С - абсолютная температура). В воздухе скорость звука о = 331 - при t = 0° C и v = 343 - при t = 20 °C. Впервые скорость распространес с ния звука в воздухе была определена в 1640 г. французским физиком Мареном Мерсенном.

Звуковые волны (особенно ультразвуковых частот) находят очень широкое применение в науке и технике. Например, с их помощью соединяют мельчайшие проводники в микроэлектронике, где традиционная пайка исключена, они используются в медицине в диагностических целях (так называемые УЗИ-сканеры, позволяющие исследовать внутренние органы человека. В отличие от излучения рентгеновских аппаратов ультразвуковое излучение безвредно для человека).

Способ ориентации или исследования окружающих объектов, основанный на излучении ультразвуковых импульсов с последующим восприятием эха от них, называется эхолокацией, а соответствующие приборы - эхолокаторами. Наиболее известные животные, обладающие способностью к эхолокации,- летучие мыши и дельфины. По своему совершенству эхолокаторы этих животных не уступают, а во многом и превосходят современные эхолокаторы, созданные человеком.

| Этим способом ориентации обладают различные китообразные, а также птицы гуахаро, гнездящиеся в глубоких пещерах Венесуэлы и на острове Тринидада, стрижи-салаганы, живущие в пещерах Юго-Восточной Азии.

Эхолокаторы, используемые под водой, называются гидролокаторами или сонарами (название sonar образовано из начальных букв трех английских слов: sound - звук, navigation -навигация, range - дальность). Сонары незаменимы при исследованиях морского дна (его профиля, глубины), для обнаружения и исследования различных объектов, движущихся глубоко под водой. При их помощи могут быть легко обнаружены как отдельные большие предметы или животные, так и стаи небольших рыб или моллюсков.

2 1. Какова природа звука и его источники? " 2. Как классифицируются звуки?

3. Какой диапазон звуковых частот воспринимает ухо чело века?

4. Какова скорость распространения звука в воздухе?

5. Как зависит высота звука от частоты?

6. Каковы частоты инфразвука и ультразвука?

7. Назовите основные характеристики звука.

8. Что такое порог слышимости? болевой порог?

9. На какой частоте человеческое ухо обладает наилучшей чувствительностью?

10. Приведите примеры применения звуковых волн.

11. Кто в полете чаще машет крыльями: муха или комар?

12. Почему понижается высота звука циркулярной пилы, когда к ней прижимают доску?

)/ ^ Упражнение 36

1. Расстояние между двумя железнодорожными станциями / = 8,3 км. Сколько времени т идет звук от одной станции к другой по воздуху и по рельсам? Температура воздуха f=0°C. Скорость распространения звука в стали у ст =

\/2. Дельфины испускают ультразвуковые волны с частотой

v = 250 кГц. Определите длину волны А, такого звука в воде и в воздухе при температуре f=20°C. 3. Чему равна глубина моря Н в данном месте, если ультразвуковой импульс возвратился через At = 0,20 с после его посылки? Скорость ультразвука в морской воде и =

4. Человек видит, как тяжелый камень падает на бетонный тротуар. Некоторое время спустя он слышит два звука от удара: один пришел по воздуху, а другой распростра нялся в бетоне. Промежуток времени между ними Af = = 1,2 с. На каком расстоянии / от человека упал камень?

Так уж бывает, что люди болеют. И для постановки диагноза им назначают УЗИ сердца, внутренних органов. У беременных женщин УЗИ позволяет исследовать младенцев, выявить патологии, а для любопытных - узнать пол будущего ребёнка. Но так ли безопасно это ультразвуковое исследование? И причём же здесь дельфины? Как раз к месту, и это я теперь точно знаю. Но обо всём по - порядку.

Для начала перечислим некоторые успешные современные технологические применения ультразвука .

Ультразвуковая сварка под давлением. Стык шероховатых поверхностей уже через 0,1 секунды после воздействия ультразвука приобретает гладкую структуру.
Облучение ультразвуком расплавленных металлов и сплавов позволяет получить более однородную мелкокристаллическую структуру.

Облучение ультразвуком расплавленных металлов содействует удалению из них газов, что в конечном итоге также улучшает качество металла, обеспечивает отсутствие в нем усадочных раковин.

Ультразвук используется также при закалке и отпуске сплавов, сварке и пайке, значительны перспективы применения ультразвука при сверлении и долбежке твердых материалов, очистке металлических изделий, для предотвращения образования накипи на стенках котлов и иных сосудов, получения однородных горючих смесей, при газоочистке и сушке различных материалов. В США освоен дешевый метод нарезания резьбы произвольного профиля на металлических изделиях с помощью ультразвука.

Но что же такое ультразвук ? Если какое-либо тело колеблется в упругой среде быстрее, чем среда успевает обтекать его, то своим движением оно то сжимает, то разрежает среду. Слои повышенного и пониженного давления разбегаются во все стороны от колеблющегося тела и образуют звуковую волну. Если колебания тела, создающего волну следуют друг за другом не реже, чем 16 раз в секунду не чаще, чем 20 тысяч раз в секунду, то человеческое ухо слышит их.

Частоты 16 Гц- 20 кГц, которые способен воспринимать слуховой аппарат человека принято называть звуковыми или акустическими, например писк комара »10 кГц. Но воздух, глубины морей и земные недра наполнены звуками, лежащими вне этого диапазона - инфра- и ультразвуками. В природе ультразвук встречается в качестве компонента многих естественных шумов, в шуме ветра, водопада, дождя, морской гальки, перекатываемой прибоем, в грозовых разрядах. Многие млекопитающие, например кошки и собаки, обладают способностью восприятия ультразвука, частотой до 100 кГц, а локационные способности летучих мышей, ночных бабочек (совок) и морских животных (дельфинов) всем хорошо известны.

Летучая мышь издает ультразвуки, а затем улавливает эхо, отраженное от препятствий. Частота звуков, издаваемых летучей мышью, достигает 50 кГц. Дельфины используют главным образом частоты от 80-100 к Гц. Мощность излучаемых дельфинами локационных сигналов может быть очень большой; известно, что они могут обнаруживать косяки рыбы на расстояниях до километра.

Существование таких звуков было обнаружено с развитием акустики только в конце XIX века. Тогда же начались первые исследования ультразвука, но основы его применения были заложены только в первой трети XX-века.

Ультразвуковые волны (неслышимый звук) по своей природе не отличаются от волн слышимого диапазона и подчиняются тем же физическим законам. У ультразвука есть специфические особенности, которые определили его широкое применение в науке и технике.

Известны как тепловые, так и ме-ханические воздействия упругих колебаний с частота-ми свыше 100 кГц. Даже малая интенсивность подоб-ных концентрированных колебаний значительно влияет на мыслительные структуры и нервную систе-му, вызывая головную боль, головокружение, рас-стройства зрения и дыхания, конвульсии, а иногда и отключение сознания.

Ультразвук воздействует на вирусы, даже вирусы гриппа, желтухи. Они просто гибнут. Тифозная палочка гибнет в течение нескольких секунд. Используется ультразвук в биологии и медицине для дробления жидких и твёрдых веществ.

Многие из вас проходили УЗИ - ультразвуковое исследование внутренних органов. Но ультразвуковое обследование, используемое в медицине, не так уж безопасно. Учёные задумались, нравится ли малышу в мамином животе ни с того ни с сего нарушают каким-то ультразвуком? И вообще: чувствует ли он, что к нему «стучатся»? Над этим задумалась группа исследователей из города Рочестер в американском штате Миннесота. Как сообщает сайт Ananova.com, они с помощью крошечного гидрофона услышали то, что слышит ребёнок. Сначала звук был похож на самую верхнюю ноту, которую можно взять на фортепиано. А когда ультразвук направили прямо на гидрофон, исследователям показалось, что к ним приближается гудящий паровоз. Сомнительно, что младенец приходил в восторг, когда ему в уши ударяют 100 дБ.

Кроме того, опыт с сахаром (см. ниже ) говорит нам о том, что ультразвук может творить подобные перестройки с веществом и сахарами в нашем организме, что до конца не исследовано.

Учёные также советуют врачам быть осторожнее и не направлять ультразвук прямо в ухо эмбриона - возможно, это может быть причиной аномалий развития лица и черепной коробки.

И вот как это выглядит …

(Collapse )

Исследование проведено в дельфинарии города Пуэрто-Авентурас (штат Кинтана-Роо, Мексика). Дайвер Джим МакДоноу (Jim McDonough) надел грузовой пояс и активно выдыхал воздух. Было принято решение не использовать акваланг, так как пузырьки от него повлияли бы на исход эксперимента. Сигналы (записанное на микрофон эхо от сигналов дельфина, направленных в сторону МакДоноу) были переданы британскому ученому Джону Стюарту Риду (John Stuart Reid) — специалисту по акустической физике, создателю аппарата визуализации звука CymaScope.

Основной принцип работы аппарата — преобразование звуковых вибраций в колебания воды. Сначала ученые загрузили последовательность ультразвуковых эхолокационных сигналов дельфина в CymaScope, поставив камеру в режим воспроизводства видео. На поверхности воды они увидели некую странную форму. Затем они проиграли видео назад, кадр за кадром, и через некоторое время увидели смутный силуэт человека. Компьютерная обработка изображения принесла новые детали (в частности, исследователи смогли разглядеть грузовой пояс МакДоноу).

Таким образом, эхолокация позволяет дельфинам «увидеть» не только тени объектов, но и очертания их поверхности. «Мы думаем, что дельфины могут пользоваться звуко-визуальным языком — языком картинок, которыми они делятся друг с другом (кодируя картинки эхолокационными сигналами — прим. «Ленты.ру» )», — заявил автор исследования Джек Кассевиц (Jack Kassewitz).

А теперь давайте все же подробнее изучим как это работает.

Для этой цели эпидермис содержит два слоя: тонкий наружный и лежащий под ним ростковый или шиповидный. В ростковый слой входят шиповидные упругие сосочки дермы, которые обеспечивают надежное сцепление с амортизатором - слоем жира, пронизанным густыми сплетениями коллагеновых и эластиновых волокон.

Первая и вторая ступени - пассивные.
Под жировым слоем находится слой развитой системы подкожной мускулатуры и кровеносных сосудов. Это третья ступень защиты .

Механорецепторы воспринимают, в том числе вибрации и звук. Последнее не является основным их назначением - для этого существуют уши. Однако известны случаи, когда с детства глухие люди, положив ладони на стол или поставив ступни на пол, могут слушать музыку.

Иными словами все тело дельфина - это совершенный акустический глаз , который может работать как в активном, так и в пассивном режиме с круговым обзором и возможностью концентрировать максимальную разрешающую способность в нужном направлении.

Различие между оптическим глазом и акустическим заключается только в том, что в первом случае анализ информации осуществляется на основе законов геометрической оптики, а во втором - на основе законов акустической голографии.

На основе вышесказанного рассмотрим общую схему гидроакустической системы дельфина.

Дельфин как приемно-излучающая гидроакустическая
система.

Первая подсистема - уши (1) , дополняемые третьим приемным устройством - нижней челюстью. Она обеспечивает, в основном, прием коммуникационных сигналов, а также обеспечивает часть функций освещения подводной обстановки.

Вторая подсистема - изучающая все типы звуков в диапазоне 10 Гц - 196 кГц. Зона ее излучения (2) .

Третья подсистема - система ближней гидролокации работает в зоне (3) и использует наиболее высокочастотные сигналы.Те же гидроакустические рецепторы, что с большой плотностью распределены на лицевой стороне, с меньшей плотностью расположены по поверхности всего тела дельфина и образуют многоэлементную широкополосную гидроакустическую приемную антенну с круговой диаграммой направленности (4) .
Эта подсистема голографического приема обеспечивает освещение подводной обстановки, работая как в активном, так и в пассивном режимах, а также дополняет работу первой подсистемы.

Несколько простейших примеров. Дельфин различает: два совершенно одинаковых по форме и размерам предмета, но сделанных, один — из стали, другой - из латуни; два одинаково обработанных сплошных стальных шара, различающихся по диаметру на 2-3%; два одинаковых герметичных толстостенных полых цилиндра, полость которых частично заполнена водой, если разность уровней воды в них со-ставляет 3-4 мм и т д.

Как это происходит? Каждый подводный объект является трансформатором гидроакустических полей в окружающем его пространстве. На каких-то частотах преобладает отражение падающих на объект волн, на каких-то - поглощение. Происходит сдвиг фаз и меняется интерференционная структура поля, поглощенная объектом акустическая энергия переизлучается им на собственных резонансных частотах и т.д.