Acasă Facebook Prezentare ecolocație. Ecolocația la oameni, animale și tehnologie. Repetare, verificarea temelor

Prezentare ecolocație. Ecolocația la oameni, animale și tehnologie. Repetare, verificarea temelor

Ecolocație
"Poziție") - o metodă care utilizează
a cărei poziție a obiectului este determinată
prin timpul de întârziere a returului
val reflectat. Dacă valurile sunt
sonic, atunci acesta este sonar, dacă radioul
- radar.

Ecolocație

Descoperirea ecolocației este asociată cu numele
Naturalistul italian Lazzaro
Spallanzani. A atras atenția asupra faptului
că liliecii zboară liber înăuntru
cameră absolut întunecată (unde
neputincios chiar bufnițe) fără să se atingă
obiecte. Din experiența sa, a orbit
mai multe animale, totuși, chiar și după aceea
au zburat la egalitate cu cei văzuți.

Ecolocație

Colegul lui Spallanzani J.
Jurin a făcut un alt experiment
în care s-a acoperit cu ceară
urechi de liliac - și
animalele au dat peste tot
obiecte. De aici și oamenii de știință
a concluzionat că volatil
șoarecii sunt ghidați de
auz. Cu toate acestea, această idee a fost
ridiculizat de contemporani,
de vreme ce nimic altceva
era imposibil de spus -
ultrasunete scurte
mai existau semnale în acel moment
imposibil
repara.

Ecolocație

Pentru prima dată, ideea unui sunet activ
localizarea în lilieci a fost exprimată în
1912 de H. Maxim. A presupus asta
liliecii creează frecvență joasă
semnale de ecolocație aripă
cu o frecvență de 15 Hz.

Ecolocația la animale

Animalele folosesc ecolocația pentru
orientarea în spațiu și pentru
localizarea obiectelor
în jur, în principal cu
semnale sonore de înaltă frecvență.
Cele mai dezvoltate în lilieci și
și delfinii îl folosesc
șopârle, o serie de specii de pinnipedi (foci),
păsări (guajaro, lăstari etc.).

Ecolocația la oameni

Ei știu să navigheze prin sunete nu numai
lilieci și delfini, dar și unii oameni.
Ecolocația la oameni a fost găsită cu mult timp în urmă - în
Anii 1950. De obicei oamenii îl pot folosi,
orb aproape de la naștere. Cel mai
faimos exemplu al omului liliac -
Daniel Kish. Vedere pierdută din cauza cancerului
retină, el este încă un băiețel
și-a dat seama că ar putea determina înălțimea până la care
urcă pe un trunchi de copac ascultând ecouri din sunete
clicurile pe care le face cu limba.
Acum știe să nu urce departe
copaci, dar și, de exemplu, călare pe
ciclism folosind aceeași tehnică
„ecolocația umană”.

Ecolocalizarea în tehnologie

Echolocația este utilizată și în tehnologie.
În tehnologia de ecolocalizare, mai multe mari
clase - indicatoare de nivel, indicatoare de grosime, sonde ecologice, detectoare de defecte.
Persoanele bazate pe ecolocație creează instrumente de măsurare
nivel de gaz natural mirositor, grosimi de măsurare care
sunt utilizate pentru măsurători continue ale grosimii foii și
multe altele.

Examinare teme pentru acasă.

1. Ce vibrații se numesc ultrasunete?

A) vibrații mecanice, ale căror frecvențe sunt mai mari 20000 Hz;

b) vibrații mecanice cu o frecvență mai mare de 16 Hz;

c) vibrații mecanice, ale căror frecvențe sunt cuprinse între 16 și 20.000 Hz.

2. Se pot propaga undele sonore într-un spațiu fără aer?

a) poate, de exemplu, sunetul unei fotografii într-un spațiu fără aer;

b) nu poate: undele sonore se propagă numai în materie;

c) poate, dacă undele sonore sunt transversale.

3. De ce valori depinde tonul?

a) pe amplitudine;

b) din frecvență;

c) pe volum;

d) asupra vitezei de propagare a sunetului.

4. Cum se propagă sunetul într-un mediu omogen?

a) sunetul se propagă în linie dreaptă cu o viteză constantă într-o direcție;

b) sunetul se propagă în toate direcțiile, viteza scade odată cu distanța;

v) sunetul se deplasează în linie dreaptă și cu o viteză constantă în toate direcțiile.

5. Ce determină viteza sunetului în aer? a) pe volumul sunetului;

b) din teren;

c) de la temperatura;

d) asupra vitezei de deplasare a sursei sonore.

6. De ce depinde tonul sunetului?

a) asupra amplitudinii oscilațiilor;

b) pe lungimea de undă;

c) pe frecvența vibrațiilor sursei sonore.

7. Ce este infrasunetele?

a) fluctuații sub 16 Hz;

b) fluctuații peste 16 Hz;

c) fluctuații peste 20.000 Hz.

8. Sunt posibile undele elastice transversale: a) numai în solide;

b) numai în gaze;

c) în gaze, solide și lichide.

subiectul lecției:„Reflectarea sunetului. Ecou".

Fără trup - dar trăiește, Fără limbaj, țipă! .......

Ecourile sunt unde sonore reflectate dintr-un obstacol și care se întorc la sursa lor.

Numele „ecou” este asociat cu numele nimfei de munte Echo

Grecii antici au venit cu o legendă foarte frumoasă pentru a explica ecoul. A fost odată o frumoasă nimfă pe nume Echo. Avea un singur defect - vorbea prea mult. Ca pedeapsă, zeița Hera i-a interzis să vorbească dacă nu i-au vorbit. Nimfa nu putea repeta decât ceea ce i se spusese. Într-o zi, Echo a văzut un tânăr Narcis frumos și s-a îndrăgostit imediat de el. Cu toate acestea, Narcis nu a observat-o. Nimfa a fost cuprinsă de o asemenea tristețe, încât Echo a dispărut în aer, lăsându-și doar vocea. Și îi auzim vocea, care repetă tot ceea ce spunem.

Formarea ecoului

Un ecou se formează ca urmare a reflectării sunetului de la diferite obstacole - pereții unei camere mari goale, o pădure, bolțile unui arc înalt dintr-o clădire. Auzim un ecou numai atunci când sunetul reflectat este perceput separat de cel vorbit. Acest lucru necesită ca intervalul de timp dintre impactul acestor două sunete asupra timpanului să fie de cel puțin 0,06 s.

Ecou la munte

Cel mai uimitor ecou „trăiește” la munte. Acolo se repetă de multe ori, ca rezultat al reflexiilor multiple ale sunetului.

Ce este un ecou?

Există mai multe tipuri de ecou:

O singura data e este o undă reflectată dintr-un obstacol și primită de un observator.

2) Multiplu - Acesta este un ecou care apare atunci când un sunet puternic, care generează nu unul, ci mai multe răspunsuri consecutive de sunet.

Contra ecoului

Marele dezavantaj al ecoului este că este un obstacol semnificativ în calea înregistrării audio. Prin urmare, pereții camerelor în care sunt înregistrate cântece și rapoarte radio sunt de obicei echipate cu ecrane absorbante de sunet realizate din materiale moi sau cu nervuri care absorb sunetul.

Spuma de poliester

Aplicație ecou

Deoarece undele sonore din aer au o viteză de propagare constantă (aproximativ 340 de metri pe secundă), timpul necesar pentru revenirea sunetului poate servi drept sursă de date privind îndepărtarea unui obiect.

1. Ecoul acustic este utilizat atât în sonar, cât și în navigație, unde sonde de ecou sunt utilizate pentru a măsura adâncimea fundului.

2) detectarea defectelor cu ultrasunete (detectarea defectelor, cavităților, fisurilor produselor din metal turnat),

3) cercetarea ecoului în medicină

Ecouri celebre ale lumii

La Castelul Woodstock 17 silabe(distrus în timpul Războiului Civil).

Ruine Castelul Derenburg lângă Halberstadt a dat 27-greu un ecou care, totuși, a dispărut de când a fost aruncat în aer un perete.

Pietreleîntins în cerc lângă Adersbach în Cehoslovacia, repetă, într-un anumit loc, de trei ori 7 silabe; dar la câțiva pași de acest punct, chiar și sunetul unei fotografii nu produce niciun ecou.

Un ecou foarte multiplu a fost observat într-unul (acum defunct) castel lângă Milano : lovitură produs din fereastra de la dependență a răsunat De 40 - 50 de ori, A cuvânt mare - ori 30 .

La Castelul Woodstockîn Anglia a ecou distinct 17 silabe(distrus în timpul Civil

Ecolocație. Undele ultrasonice pot fi obținute folosind emițătoare speciale de înaltă frecvență. Un fascicul paralel îngust de unde ultrasonice se extinde foarte puțin în timpul propagării. Datorită acestui fapt, unda ultrasonică poate fi recepționată într-o direcție dată. Grinzile direcționale înguste de ultrasunete sunt utilizate, în special, pentru a măsura adâncimea mării. În acest scop, un emițător de ultrasunete și un receptor de ultrasunete sunt plasate în partea de jos a vasului. Emițătorul dă semnale scurte care sunt trimise către partea de jos. În acest caz, ora de plecare a fiecărui semnal este înregistrată de dispozitiv. Reflectând din fundul mării, semnalul cu ultrasunete ajunge la receptor după ceva timp. Se înregistrează și momentul recepției semnalului. Astfel, în timpul t, care trece din momentul în care semnalul este trimis în momentul în care este primit, semnalul care se propagă cu viteza v acoperă o cale egală cu dublul adâncimii mării, adică 2h: De aici este ușor să calculăm adâncimea mării: Metoda descrisă de determinare a distanței până la un obiect se numește ecolocație.

Diapozitivul 14 din prezentarea „Infrasunete și ultrasunete”

Dimensiuni: 720 x 540 pixeli, format: .jpg. Pentru a descărca un diapozitiv gratuit pentru utilizare în lecție, faceți clic dreapta pe imagine și faceți clic pe „Salvați imaginea ca ...”. Puteți descărca întreaga prezentare „Infrasound and Ultrasound.ppt” într-o arhivă zip de 765 KB.

„Examinarea cu ultrasunete” - Peelingul cu ultrasunete al pielii feței. În oftalmologie - locația cu ultrasunete pentru a determina dimensiunea mediului ocular. Cu ajutorul examinării cu ultrasunete, puteți determina, de asemenea, numărul embrionilor sau puteți stabili moartea fătului. Utilizarea ultrasunetelor în medicină. Utilizarea ultrasunetelor pentru diagnosticarea leziunilor severe ale capului permite chirurgului localizarea locului hemoragiei.

„Ultrasunete în medicină” - Tratamentul cu ultrasunete este dăunător? Tratamentul cu ultrasunete. Enciclopedia copiilor. Ecografia în medicină. Este nociv ultrasunetele? Procedura cu ultrasunete. Nașterea ultrasunetelor. Plan. Proceduri cu ultrasunete. Ecografie pentru a ajuta farmacologii.

„Fizica ultrasunetelor” - Influența infrasunetelor asupra corpului uman. Peeling cu ultrasunete. Prezicerea furtunilor pe mare. Utilizare pe scară largă în viața de zi cu zi. Geologie și Geofizică. Utilizarea ultrasunetelor. Undele ultrasonice accelerează procesele de difuzie. Criminalistica. Acțiune antiinflamatoare. Proprietăți cu ultrasunete. Vibrații mecanice.

„Infrasunete și ultrasunete” - Surse de unde infrasonice. Ecografie. Infrasunete. Ecografie și infrasunete.

„Fizica ultrasunetelor și a infrasunetelor” - Cum diferă unele sunete de altele? SOUND Omul trăiește în lumea sunetelor. Dar vibrațiile izolate ale unui singur corp nu există. Sunetul mașinilor care funcționează, vehiculelor în mișcare etc. Ce este sunetul? O diagramă care prezintă unde sonore. Suprapunerea undelor sonore. Ecografia a găsit și aplicații în medicină.

1. Introducere ________________________________________ 3-4 p.

2. Reflectarea sunetului. Ecou .____________________________ 4-5 p.

3. Tipuri de ecou _____________________________________ 5-7 pp.

4. Cum să găsim ecouri? _____________________________ 7-10 p.

5. Uz practic. Ecolocație ._____________ 10-12 p.

5.1. Suport tehnic ecolocație ________________ 12 p.

5.2. Ecolocația la animale _________________________ 12-13 p.

Sistem de ecolocalizare a fluturilor ___________________________ 13-16 p.

Ecolofia la delfini ____________________________________ 16-20 pp.

5.3. Ecolocația persoanelor nevăzătoare _________________________ 20-21 p.

6. World Echo ____________________________________ 21-24 p.

7. Lista literaturii folosite ________________ 24 p.

1. Introducere:

Fiara răcnește în pădurea surdă,

Cornul suflă, tunetul tunează

Cântă fecioara de peste deal

Pentru fiecare sunet

Răspunsul tău este în aerul gol

Vei naște brusc ...

A.S. Pușkin

Aceste rânduri de poezie descriu un fenomen fizic interesant - un ecou. Cu toții suntem familiarizați cu el. Auzim un ecou, fiind într-o poieniță, într-un defileu, navigând de-a lungul unui râu între maluri înalte, călătorind în munți.

Se crede că o imagine animată a unui ecou este imaginea unei nimfe care poate fi auzită, dar nu văzută.

Conform legendei vechilor greci, nimfa pădurii Echo s-a îndrăgostit de frumosul tânăr Narcis. Dar nu i-a acordat nicio atenție, era complet ocupat de faptul că privea la nesfârșit în apă, admirându-și reflexia. Biata nimfă s-a transformat în piatră de durere, doar o voce a rămas din ea, care nu putea decât să repete sfârșitul cuvintelor rostite în apropiere.

Am văzut, am luminat și, jelind soarta respinsă,
Am devenit doar o voce, un ecou, un vânt, nimic.

Tradus din greaca veche de Serghei Osherov

Alexander Kanabel, Echo, 1887

Potrivit unei alte legende, nimfa Echo a fost pedepsită de soția lui Zeus - Eroul. Acest lucru s-a întâmplat deoarece Echo a încercat cu discursurile ei să abată atenția lui Hera de la Zeus, care la acea vreme curtea alte nimfe. Observând acest lucru, Hera s-a enervat și a făcut-o astfel încât Echo să nu poată vorbi atunci când alții tăceau și să nu poată rămâne tăcut când alții vorbeau. Mitul nimfei Echo reflecta încercările anticilor de a explica fenomenul fizic al ecoului, care constă în reflexia multiplă a undelor sonore.

Potrivit unei alte legende, Echo era îndrăgostit de zeitatea pădurii Pan și aveau o fiică comună, Yamba, după care este numită dimensiunea poetică a iambicilor.
Imaginea unei nimfe, uneori veselă, și mai des tristă, poate fi găsită în poeziile poeților de epoci diferite. Deci, ne întâlnim cu el într-o poezie a unui poet roman din secolul al IV-lea. Decima Magna Avsonius:

În urechile tale eu, Echo, trăiesc trecând

pretutindeni,

scrie.

Imaginea nimfei Echo se găsește într-una dintre poeziile lui A.A. Blok:

Frunzele sunt dantelate!

Aur de toamnă!

Sun - și triplete

Am auzit de departe

Nimfa răspunde, Ecoul răspunde ...

În poemul lui A. A. Fet, un ecou suspină, ba chiar geme:

Aceeași pasăre care a cântat

Noaptea își cântă cântecul,

Dar acea melodie a devenit mai tristă

Nu există bucurie în inima mea.

Ecoul a gemut încet:

Da nu ...

2. Reflecția sunetului. Ecou:

Un ecou se formează ca urmare a reflectării sunetului de la diferite obstacole - pereții unei camere mari goale, o pădure, bolțile unui arc înalt dintr-o clădire.

Auzim un ecou numai atunci când sunetul reflectat este perceput separat de cel vorbit. Acest lucru necesită ca intervalul de timp dintre impactul acestor două sunete asupra timpanului să fie de cel puțin 0,06 s.

Pentru a determina cât timp după o scurtă exclamație rostită de o persoană, sunetul reflectat îi va ajunge la ureche dacă stă la o distanță de 2 m de acest perete. Sunetul trebuie să parcurgă de două ori distanța - până la perete și înapoi, adică 4 m, răspândind la o viteză de 340 m / s. Acest lucru va dura timp t = s: v, adică

t = 4 m: 340 m / s ± 0,01 s.

În acest caz, intervalul dintre cele două sunete percepute de o persoană - rostit și reflectat - este mult mai mic decât ceea ce este necesar pentru a auzi un ecou. În plus, formarea ecoului în cameră este prevenită de mobilier, perdele și alte obiecte care absorb parțial sunetul reflectat. Prin urmare, într-o astfel de cameră, vorbirea oamenilor și alte sunete nu sunt distorsionate de ecouri, ci sună clar și inteligibil.

Camerele mari, semi-goale, cu pereți netezi, podele și tavan sunt foarte bune la reflectarea undelor sonore. Într-o astfel de cameră, datorită rulării undelor sonore anterioare pe cele ulterioare, se obține o suprapunere a sunetelor și se formează un zumzet. Pentru a îmbunătăți proprietățile sonore ale sălilor și auditoriilor mari, pereții lor sunt adesea căptușiți cu materiale absorbante fonice.

Efectul unui corn - o țeavă în expansiune, de obicei cu o secțiune transversală circulară sau dreptunghiulară - se bazează pe proprietatea sunetului de a reflecta de pe suprafețe netede. Când îl utilizați, undele sonore nu sunt împrăștiate în toate direcțiile, ci formează un fascicul îngust direcționat, datorită căruia puterea sonoră crește și se răspândește pe o distanță mai mare.

3. Tipuri de ecou:

Singur multiplu

Ecou unic este o undă reflectată dintr-un obstacol și primită de un observator.

Să ne referim la figură:

Sursa de sunet O este situată la o distanță L de perete. Reflectându-se de la perete în direcția AB, unda sonoră revine la observator și el aude un ecou.

Ecou multiplu- acesta este un ecou care apare atunci când un sunet puternic, care generează nu unul, ci mai multe răspunsuri consecutive de sunet.

Găsit în zonele stâncoase, în zonele montane, în castelele de piatră.

Ecouri multiple apar atunci când există mai multe suprafețe reflectorizante la distanțe diferite de sursa de sunet (observator). Figura arată cum se poate produce un dublu ecou. Primul ecou ajunge la observator în direcția AB, iar al doilea pe CD. Ora sosirii primului semnal de ecou, numărat de la începutul semnalului original, este egal cu 2L1 / s; în consecință, timpul celui de-al doilea este egal cu 2L2 / s.

4. Cum se găsesc ecouri?

Nimeni nu l-a văzut

Și să aud - toată lumea a auzit,

Fără corp, dar trăiește,

Fără limbă, țipă.

Nekrasov.

Printre poveștile umoristului american Mark Twain se numără o invenție amuzantă despre nenorocirile unui colecționar care a avut ideea de a se face o colecție de ecouri! Excentricul a cumpărat neobosit toate acele terenuri în care au fost reproduse ecouri repetate sau altfel minunate.

„În primul rând, a cumpărat un ecou în Georgia, care a fost repetat de patru ori, apoi de șase ori în Maryland, apoi de 13 ori în Maine. Următoarea achiziție a fost un ecou de 9 ori în Kansas, următoarea - de 12 ori în Tennessee, cumpărată ieftin pentru că avea nevoie de reparații: o parte din stâncă se prăbușise. El a crezut că poate fi reparat prin finalizare; dar arhitectul care a început această afacere nu a suferit niciodată un ecou și, prin urmare, a stricat-o în cele din urmă - după procesare ar putea fi potrivită doar pentru un adăpost pentru surzi și muti ... "

Aceasta este, desigur, o glumă, dar ecouri minunate există în diferite zone, în special montane, ale globului, iar unele au câștigat mult timp faima mondială.

Câteva ecouri multiple celebre: la castelul Woodstock din Anglia, ecoul are ecouri distincte de 17 silabe. Ruinele castelului Derenburg de lângă Halberstadt au dat un ecou de 27 de complexe, care, însă, a tăcut de când a fost aruncat în aer un zid. Stâncile, întinse sub formă de cerc lângă Adersbach în Cehoslovacia, se repetă într-un anumit loc, de trei ori de 7 silabe; dar la câțiva pași de acest punct, chiar și sunetul unei fotografii nu produce niciun ecou. Un ecou foarte multiplu a fost observat într-un castel (acum defunct) de lângă Milano: o lovitură trasă de la fereastra dependenței a răsunat de 40-50 de ori și un cuvânt puternic - de 30 de ori ... Într-un caz particular, ecoul este concentrația de sunetul reflectându-l de pe suprafețe curbe concavă. Deci, dacă o sursă de sunet este plasată la unul dintre cele două focare ale unei bolți elipsoidale, atunci undele sonore sunt colectate în celălalt focar al acesteia. Acest lucru explică, de exemplu, celebrul „ urechea lui Dionis"în Siracuza - o grotă sau o adâncitură în zid, din care se putea auzi fiecare cuvânt rostit de prizonieri într-un loc îndepărtat. O proprietate acustică similară o deținea o biserică din Sicilia, unde într-un anumit loc era posibil pentru a auzi cuvinte șoptite în De asemenea, cunoscut în acest sens este templul mormon lângă Lacul Sărat din America și grotele din parcul mănăstirii Oliva lângă Danzig. În Olympia (Grecia), în templul lui Zeus, „Portico Echo” a supraviețuit până la în această zi. În ea, vocea se repetă de 5 ... 7 ori. Siberia, pe râul Lena, la nord de Kirensk, există un loc uimitor. Relieful țărmurilor stâncoase este astfel încât ecoul coarnelor din navele care merg de-a lungul râului pot fi repetate de până la 10 sau chiar de 20 de ori (în condiții meteorologice favorabile). Un astfel de ecou este uneori perceput ca un sunet care se estompează treptat și, uneori, ca un sunet care flutura din diferite direcții. Teletskoye în Munții Altai Acest lac are o lungime de 80 km și doar câțiva kilometri trov larg; malurile sale sunt înalte și abrupte, acoperite de păduri. O lovitură dintr-o armă sau un strigăt puternic aici generează până la 10 ecouri care sună timp de 10 ... 15 s. Este curios că adesea apar răspunsuri solide observatorului provenind de undeva de deasupra, ca și cum ecoul ar fi fost preluat de dealurile de coastă.

În funcție de teren, locație și orientare a observatorului, condițiile meteorologice, perioada anului și a zilei, ecoul își modifică volumul, timbrul, durata; numărul de repetări al acestuia se modifică. În plus, frecvența răspunsului audio se poate modifica; se poate dovedi mai mare sau, dimpotrivă, mai mică decât frecvența semnalului sonor original.

Nu este ușor să găsești un loc în care ecoul să fie clar audibil chiar și o singură dată. Cu toate acestea, în Rusia este relativ ușor să găsești astfel de locuri. Există multe câmpii înconjurate de păduri, multe poieni în păduri; merită să strigi tare într-o astfel de poieniță, astfel încât să se audă un ecou mai mult sau mai puțin distinct din peretele pădurii.

În munți, ecourile sunt mai variate decât pe câmpii, dar sunt mult mai puțin frecvente. Este mai dificil să auzi ecouri în zonele înalte decât în câmpia împădurită.

Dacă ne imaginăm că o persoană se află la poalele unui munte și un obstacol care ar trebui să reflecte sunetul este plasat deasupra lui, de exemplu, în AB. Este ușor de văzut că undele sonore care se propagă de-a lungul liniilor Ca, Cb, C c, reflectate, nu vor ajunge la urechea sa, ci se vor împrăștia în spațiu de-a lungul direcțiilor aa, bb, cc.

Este o altă problemă dacă o persoană se potrivește la nivelul obstacolului sau chiar puțin deasupra acestuia. Sunetul care coboară în direcțiile Ca, Cb va reveni la el de-a lungul liniilor rupte C aaC sau C bb C, reflectate din sol o dată sau de două ori. Adâncirea solului între ambele puncte contribuie și mai mult la claritatea ecoului, acționând ca o oglindă concavă. Dimpotrivă, dacă solul dintre punctele C și B este convex, ecoul va fi slab și nici nu va ajunge deloc la urechea umană: o astfel de suprafață împrăștie razele de sunet, ca o oglindă convexă.

Găsirea ecourilor pe teren neuniform necesită o anumită abilitate. Chiar dacă ați găsit un loc favorabil, trebuie să fiți capabili să evocați un ecou. În primul rând, nu trebuie să vă așezați prea aproape de obstacol: sunetul trebuie să parcurgă o distanță suficient de mare, altfel ecoul se va întoarce prea devreme și se va contopi cu sunetul în sine. Știind că sunetul parcurge 340 de metri pe secundă, este ușor de înțeles că, dacă ne încadrăm la 85 de metri de obstacol, ar trebui să auzim un ecou la jumătate de secundă după sunet.

Deși ecoul va da naștere „răspunsului său la fiecare sunet din aerul gol”, dar nu răspunde la fel de clar la toate sunetele. Ecoul nu este același, „dacă fiara răcnește într-o pădure surdă, dacă sună cornul, dacă tună tunetul, dacă cântă fecioara de pe deal”. Cu cât sunetul este mai ascuțit, sacadat, cu atât ecoul este mai clar. Cel mai bine este să evoci un ecou bătând din palme. Sunetul vocii umane este mai puțin potrivit pentru aceasta, în special vocea unui om; tonurile înalte ale vocilor feminine și ale copiilor produc un ecou mai clar.

Există un efect de ecou fluturant în încăperi mari de 20 de metri sau mai mult, când există doi pereți netezi paraleli, sau un tavan și o podea, între care există o sursă de sunet. Se numește flutter.

Ca urmare a multiplelor reflecții la punctul de recepție, sunetul este amplificat periodic, iar pe sunete de impuls scurte, în funcție de componentele de frecvență ale ecoului și de intervalul dintre ele, acesta capătă caracterul de săritură, crăpături sau o serie de semnale de ecou succesive și în descompunere.

5. Aplicație practică. Ecolocație:

Pentru o lungă perioadă de timp, omul nu a obținut niciun beneficiu din ecou, până când nu a fost inventată o modalitate de a măsura adâncimea mărilor și oceanelor cu ajutorul acesteia. Această invenție s-a născut întâmplător. În 1912, uriașul vapor cu aburi oceanic "Titanic" s-a scufundat cu aproape toți pasagerii - s-a scufundat dintr-o coliziune accidentală cu un mare floare de gheață. Pentru a preveni astfel de dezastre, au încercat să folosească ecourile în ceață sau noaptea pentru a detecta prezența unei bariere de gheață în fața navei. Metoda nu s-a justificat în practică, „ci mi-a dat o altă idee: să măsoară adâncimea mării reflectând sunetul de pe fundul mării. Ideea s-a dovedit a fi foarte reușită.

Figura de mai jos prezintă schema de instalare. La o parte a navei, un cartuș este plasat în cală, lângă partea de jos, care generează un sunet ascuțit atunci când este aprins. Undele sonore se reped prin coloana de apă, ajung în fundul mării, se reflectă și fug înapoi, purtând un ecou cu ele. Este captat de un dispozitiv sensibil instalat, precum cartușul, în partea de jos a navei. Un ceas precis măsoară timpul dintre apariția unui sunet și sosirea unui ecou. Cunoscând viteza sunetului în apă, este ușor să calculați distanța până la un obstacol reflectorizant, adică să determinați adâncimea mării sau a oceanului.

Ecosonda, așa cum s-a numit această instalație, a făcut o adevărată revoluție în practica măsurării adâncimilor mării. Utilizarea manometrelor sistemelor anterioare a fost posibilă doar de la o navă staționară și a necesitat mult timp. Lothlin trebuie coborât de pe roata pe care este înfășurat destul de lent (150 m pe minut); urcarea de întoarcere este aproape la fel de lentă. Măsurarea adâncimii de 3 km folosind această metodă durează 3/4 ore. Cu ajutorul unei sonde de ecou, măsurătorile pot fi efectuate și în câteva secunde, la viteza maximă a navei, obținând în același timp un rezultat care este incomparabil mai fiabil și precis. Eroarea în aceste măsurători nu depășește un sfert de metru (pentru care intervalele de timp sunt determinate cu o precizie de 3000 de secunde).

Dacă măsurarea precisă a adâncimilor mari este importantă pentru știința oceanografiei, atunci capacitatea de a determina rapid, fiabil și cu precizie adâncimea în locuri puțin adânci este un ajutor esențial în navigație, asigurând siguranța acesteia: datorită sunetului de ecou, nava se poate apropia coasta cu îndrăzneală și viteză.

În sonde de ecou moderne nu se utilizează sunete obișnuite, ci „ultrasunete” extrem de intense, inaudibile urechii umane, cu o frecvență de ordinul a câteva milioane de vibrații pe secundă. Astfel de sunete sunt create de vibrațiile unei plăci de cuarț (cuarț piezoelectric) plasate într-un câmp electric care se schimbă rapid.

Deoarece undele sonore din aer au o viteză de propagare constantă (aproximativ 330 de metri pe secundă), timpul necesar pentru revenirea unui sunet poate servi ca sursă de date privind îndepărtarea unui obiect. Pentru a determina distanța până la un obiect în metri, trebuie să măsurați timpul în secunde înainte ca ecoul să revină, să îl împărțiți la doi (sunetul parcurge distanța până la obiect și înapoi) și să se înmulțească cu 330 - obțineți o distanță aproximativă în metri. Acest principiu se bazează pe ecolocalizare, utilizat în principal pentru măsurarea adâncimii corpurilor de apă (în acest caz, este necesar să se țină seama de faptul că undele sonore se propagă în apă mai repede decât în aer). Dar este greșit să se determine distanța până la fulgere prin diferența de timp dintre fulgere și tunete. Unda de șoc se deplasează mai repede decât viteza sunetului.

Ecolocația se poate baza pe reflectarea semnalelor de diferite frecvențe - unde radio, ultrasunete și sunet. Primele sisteme de ecolocație au trimis un semnal către un anumit punct din spațiu și, pe baza întârzierii răspunsului, au determinat distanța sa la viteza cunoscută de mișcare a acestui semnal într-un mediu dat și capacitatea obstacolului la care a fost măsurată distanța reflectă acest tip de semnal. Inspecția unei secțiuni a fundului în acest mod cu ajutorul sunetului a durat

timp considerabil.

Unde radio au, de asemenea, capacitatea de a reflecta de pe suprafețe opace pentru undele radio (metal, ionosferă etc.) - radarul se bazează pe această proprietate a undelor radio.

Ecourile reprezintă o piedică semnificativă pentru înregistrările audio. Prin urmare, pereții camerelor în care are loc înregistrarea melodiilor, rapoartele radio, precum și citirea textelor rapoartelor TV, sunt de obicei echipate cu ecrane fonoabsorbante din materiale moi sau cu nervuri care absorb sunetul. Principiul muncii lor este că o undă sonoră, care cade pe o astfel de suprafață, nu se reflectă înapoi, ci se atenuează în interior din cauza fricțiunii vâscoase a gazului. Acest lucru este facilitat în special de suprafețele poroase realizate sub formă de piramide, deoarece chiar și undele reflectate sunt re-emise adânc în cavitatea dintre piramide și sunt slăbite suplimentar cu fiecare reflecție ulterioară.

5.1 Hardware pentru ecolocalizare:

În prezent, se utilizează diverse soluții tehnice cu utilizarea simultană a semnalelor cu frecvențe diferite, care accelerează semnificativ procesul de ecolocalizare.

5.2 Ecolocalizarea la animale:

Animalele folosesc ecolocația pentru orientare în spațiu și pentru a determina locația obiectelor din jur, folosind în principal semnale sonore de înaltă frecvență. Este cel mai dezvoltat la lilieci și delfini; este, de asemenea, utilizat de șopârle, de o serie de specii de pinipede (foci), de păsări (guajaro, swiftlets etc.).

Această metodă de orientare în spațiu permite animalelor să detecteze obiecte, să le recunoască și chiar să vâneze în condiții de absență completă a luminii, în peșteri și la adâncimi considerabile.

Sistem de ecolocalizare a fluturilor.

Moliile (Noctuidae), sau liliacul, sunt cele mai bogate în specii din familia Lepidoptera, care include mai mult de 20 de mii de specii (în țara noastră există aproximativ 2 mii de specii). În serile calde de vară, acești fluturi pufoși cu ochi galbeni strălucitori bat adesea împotriva sticlei căsuțelor de vară, atrași de lumina lămpilor. Familia scoop include, de asemenea, fluturi mari și frumoși - „panglici” sau „panglici de comandă” (Catocalinae) cu un model roșu, galben sau albastru pe aripile posterioare. Aceste creaturi complet inofensive suferă cel mai adesea de colecționari pentru frumusețea lor. Scoopurile se hrănesc cu nectar de flori sau seva de plante fermentate, dar în stadiul de omidă devin deseori cei mai răi dăunători ai agriculturii, dintre care molia de varză (Mamestra brassicae) și molia de iarnă (Agrotis segetum) sunt deosebit de faimoase.

Scoopurile și-au primit numele datorită similitudinii cu bufnițele, iar aspectul ambelor este în mare măsură determinat de specificul stilului de viață nocturn. Există și alte elemente de similitudine convergentă: viziunea adaptată la o iluminare foarte redusă, un sistem auditiv foarte sensibil și, ca o condiție necesară pentru realizarea posibilităților de auz, capacitatea de a zbura în tăcere. Atât bufnițele, cât și lingurile folosesc auzul în locația pasivă: păsările determină poziția prăzii prin foșnetul lor caracteristic, iar fluturii, percepând semnale de ecolocație de la lilieci, pot manevra în timp și pot scăpa de dușmanul lor principal.

Spre deosebire de sistemul de localizare pasivă pentru bufnițe, sonarul de lilieci este un sistem activ, deoarece ei înșiși emit impulsuri sonore cu ultrasunete. Cu ajutorul unui căutător de ecou, șoarecii sunt bine orientați în întuneric complet; atunci când zboară în desișuri dese, captează reflexii acustice de la insecte mici chiar și pe fundalul frunzelor. Fluturii pot auzi clicuri puternice de șoareci de la o distanță de 35 m; aceasta este de cinci până la șase ori intervalul de detectare al unei insecte cu un șoarece. Acest raport i-a obligat pe prădători să își reconstruiască strategia de vânătoare. Unele specii de șoareci, care zboară până la pradă, nu folosesc sonarul, ci sunt ghidate de zgomotul zborului insectei în sine; alții își reconstruiesc sistemul de localizare în direcția scăderii volumului semnalelor sonore și a deplasării frecvențelor dominante în acele regiuni din gama ultrasonică în care molii sunt mai puțin sensibili.

Studiul sistematic al relației acustice dintre lilieci și fluturi a început în anii 1950 cu apariția unui echipament adecvat. Aceste studii sunt indisolubil legate de numele oamenilor de știință americani K. Raeder, E. Treet, G. Agee, W. Adams, canadianul J. Fullard și bioacustica daneză sub conducerea lui A. Michelsen. Datorită eforturilor acestor cercetători și a multor alți cercetători, au fost stabilite principalele relații cantitative în sistemul „contracarării ecolocației” de molii și lilieci.

Cu toate acestea, nu toate faptele cunoscute se potrivesc bine cu conceptul funcției de protecție a sistemului auditiv al fluturilor. În special, molii care trăiesc pe insule (hawaiiană și feroeză), unde nu există lilieci, percep totuși ultrasunetele, precum și omologii lor continentali. Poate că strămoșii fluturilor insulari au coexistat odată cu liliecii, dar izolarea lor spațială de prădători se întâmplă de câteva zeci de mii de ani. Persistența unei sensibilități acustice ridicate în molia insulei într-o gamă largă de frecvențe indică faptul că sistemul lor auditiv poate îndeplini nu numai funcția de protecție împotriva liliecilor. Este interesant faptul că la fluturii care au trecut de la nocturnă la diurnă, s-au găsit semne ale unei reduceri a sistemului auditiv.

Chiar și în secolul trecut, se știa că multe molii în zbor emit singuri clicuri scurte. Semnalele urșilor (Arctiidae) sunt acum atribuite unei funcții de protecție și de prevenire, deoarece, spre deosebire de majoritatea altora, aceste insecte nu sunt comestibile. Moliile (atât bărbații, cât și femelele) pot face clic și în zbor. O persoană este capabilă să audă aceste sunete, care seamănă cu descărcările liniștite de electricitate statică. Volumul subiectiv scăzut de clicuri poate fi explicat prin faptul că doar o mică parte din componentele spectrale ale semnalului sunt concentrate în gama de frecvențe care este accesibilă auzului nostru. Capacitatea moliilor de a emite acustic nu poate fi explicată în cadrul conceptului existent de comportament de protecție, întrucât prin emiterea de ultrasunete, ele se demască doar în fața liliecilor folosind același interval de frecvență în timpul ecolocației.

Ipoteza despre abilitatea moliilor de ecolocație a fost exprimată pentru prima dată de entomologul englez GE Hinton la o întâlnire a Societății Regale de Entomologie din Londra în 1955. Ideea a provocat o rezonanță: au apărut mai multe lucrări, inclusiv calcule teoretice ale gamei posibile de acțiune a unui sonar fluture. Estimările diferiților cercetători au diferit cu mai mult de un ordin de mărime - de la 10 cm la 2 m. Și, deși tehnica anilor 1950 a făcut deja posibilă testarea experimentală a ipotezei ecolocației, din anumite motive această direcție nu s-a dezvoltat.

Entomologul rus G.N. Gornostaev a scris despre capacitatea molilor de a localiza acustic activ. „Este general acceptat faptul că organele timpanice ale fluturilor sunt utilizate pentru a intercepta impulsurile ultrasonice ale unei lilieci de vânătoare. Cu toate acestea, acest rol este cu greu principalul lor, și cu atât mai mult singurul. În opinia noastră, fluturii care zboară în cel mai întunecat moment al zilei ar trebui să aibă, ca liliecii, un sistem de ecolocație în care organele timpanice ar putea funcționa ca receptoare de semnale reflectate ”1.

Pentru a ilustra dinamica zborului unei scoici de dimensiuni medii (3 cm lungime) la o viteză de 1 m / s pe o scară familiară oamenilor, vom efectua un calcul simplu: în 1 sa fluture zboară 1 m sau 33 din dimensiunea sa. O mașină cu o lungime de 3 m, care-și trece lungimea în 1 s 33, se deplasează cu o viteză de 100 m / s sau 360 km / h. De ce fel de viziune ai nevoie pentru a naviga la o asemenea viteză folosind lumina stelelor? Trebuie remarcat faptul că scoopurile zboară în spații deschise la o viteză care depășește semnificativ 1 m / s. Cu toate acestea, în desișuri, fluturii zboară de obicei încet, dar iluminarea de acolo datorită umbririi de frunziș este cu un ordin de mărime mai mic decât sub cerul înstelat. Astfel, chiar și viziunea foarte sensibilă poate să nu fie suficientă pentru orientare într-un mediu în schimbare rapidă. Cu toate acestea, trebuie să recunoaștem că, spre deosebire de o mașină, o coliziune a unei insecte cu un obstacol nu va deveni un eveniment atât de catastrofal.

Când am planificat experimente pentru a studia abilitățile de ecolocație ale fluturilor, a trebuit să rezolvăm un întreg complex de probleme reciproc contradictorii. Primul și poate cel mai dificil este cum să separați orientarea pe baza ecolocației și a informațiilor vizuale? Dacă fluturii își acoperă ochii cu un fel de vopsea, încetează să mai zboare și dacă experimentele sunt efectuate în întuneric, atunci cum să înregistrăm comportamentul insectei? Nu am folosit tehnologia cu infraroșu, deoarece molii au fost suspectați de multă vreme că pot percepe radiațiile optice cu unde lungi. În al doilea rând, fluturii deranjează puternic aerul în timpul zborului. Aproape și în spatele insectei zburătoare, din fiecare leagăn se formează vârtejuri de aer. Obiectele care cad în zona acestor vârtejuri distorsionează în mod inevitabil fluxurile de aer, iar un fluture, în principiu, poate simți astfel de modificări cu ajutorul a numeroși mecanoreceptoare situate pe aripile și corpul său. Și, în cele din urmă, la înființarea experimentelor, este de dorit să aveți câteva informații a priori despre parametrii unui sistem ipotetic de ecolocație, deoarece instalațiile experimentale bazate pe intervalul estimat de 10 cm și 2 m pot fi complet diferite din punct de vedere structural.

Ecolocația la delfini.

Acum vreo douăzeci de ani, delfinii erau la modă. Nu au lipsit speculațiile fantastice cu privire la vreun subiect referitor la aceste animale. De-a lungul timpului, moda a trecut, iar speculațiile sunt uitate meritat.

Ce a ramas? Ce a atras oamenii de știință încă de la început. Delfinii sunt animale foarte aranjate în mod particular. Datorită stilului de viață exclusiv acvatic, toate sistemele corpului delfinilor - organele simțului, sistemele respiratorii, sistemele circulatorii etc. - funcționează în condiții complet diferite de sistemele analoage ale mamiferelor terestre. Prin urmare, studiul delfinilor ne permite să aruncăm o privire nouă asupra multora dintre funcțiile corpului și să dobândim o înțelegere mai profundă a mecanismelor fundamentale care stau la baza lor.

Dintre toate sistemele corpului delfinului, unul dintre cele mai interesante este sistemul auditiv. Faptul este că sub apă posibilitățile de vedere sunt limitate datorită transparenței reduse a apei. Prin urmare, delfinul primește informații de bază despre mediu cu ajutorul auzului. În același timp, folosește o locație activă: analizează ecoul care apare atunci când sunetele pe care le face sunt reflectate din obiectele din jur. Ecoul oferă informații exacte nu numai despre poziția obiectelor, ci și despre dimensiunea, forma, materialul, adică permite delfinului să creeze o imagine a lumii din jurul său, nu mai rea sau chiar mai bună decât cu ajutorul vederii. Faptul că delfinii au o auz neobișnuit de dezvoltat este cunoscut de zeci de ani. Volumul regiunilor cerebrale responsabile de funcțiile auditive la delfini este de zece ori mai mare decât la om (deși volumul total al creierului este aproximativ același). Delfinii percep frecvențe ale vibrațiilor acustice de aproape 8 ori mai mari (până la 150 kHz) decât oamenii (până la 20 kHz). Sunt capabili să audă sunete, puterea cărora este de 10-30 de ori mai mică decât cea a auzului unei persoane. Dar pentru a naviga prin mediu cu ajutorul auzului, nu este suficient să auzi sunete. De asemenea, este necesar să distingem subtil un sunet de altul. Și capacitatea delfinilor de a distinge semnalele sonore a fost slab studiată. Am încercat să umple acest gol.

Sunet - vibrații ale aerului, apei sau altui mediu cu frecvențe de la 16 la 20.000 Hz. Orice sunet natural este un set de vibrații de diferite frecvențe. De vibrațiile din care frecvențe este compus sunetul, tonul, timbrul său depinde, adică cum diferă un sunet de altul. Urechea unui animal sau a unei persoane este capabilă să analizeze sunetul, adică să determine din ce set de frecvențe constă. Acest lucru se datorează faptului că urechea acționează ca un set de filtre de frecvență, fiecare dintre acestea răspunzând la o frecvență diferită. Pentru ca analiza să fie exactă, setarea filtrului de frecvență trebuie să fie „ascuțită”. Cu cât setarea este mai clară, cu atât diferența de frecvență pe care o poate distinge urechea, cu atât rezoluția de frecvență (FRS) este mai mare. Dar sunetul nu este doar o colecție de vibrații de diferite frecvențe. Fiecare dintre ele se schimbă în timp: devine mai puternic, apoi mai slab. Sistemul auditiv trebuie să poată urmări aceste schimbări rapide ale sunetului și, cu cât face mai bine acest lucru, cu atât mai bogate sunt cunoștințele despre proprietățile sunetului. Prin urmare, pe lângă HR, rezoluția temporală (HRV) este foarte importantă. HRV și HRV determină capacitatea de a distinge un sunet de altul. Aceste caracteristici ale auzului sunt măsurate în delfini.

Pentru a măsura orice caracteristică a auzului, trebuie să rezolvați două probleme. În primul rând, trebuie să selectați semnale de test, adică sunete cu astfel de proprietăți încât capacitatea de a le auzi depinde de proprietatea măsurată a auzului. De exemplu, pentru a măsura sensibilitatea, trebuie să folosiți sunete de diferite intensități: cu cât sunetul este mai slab, cu atât este mai mare sensibilitatea. Pentru a măsura rezoluția, setul de sunete de testare ar trebui să fie mai complicat, dar mai multe despre cele de mai jos. În al doilea rând, trebuie să aflați dacă animalul aude sau nu semnalul sondei. Să începem cu a doua sarcină. Pentru a afla ce aude delfinul, am folosit înregistrarea activității electrice a creierului. Când sunt expuse sunetului, multe celule sunt simultan excitate, iar potențialele electrice pe care le produc se adaugă la un semnal destul de puternic numit potențial evocat (EP). Activitatea electrică a unei celule nervoase individuale poate fi înregistrată numai prin introducerea unui senzor microscopic-electrod în creierul animalului. Astfel de experimente sunt interzise animalelor foarte organizate. Activitatea totală a multor celule (adică VP) poate fi înregistrată prin atingerea electrodului pe suprafața capului. Această procedură este complet inofensivă. VP este un bun indicator al faptului că delfinul aude sunet. Dacă un VP este înregistrat după ce sunetul este aplicat, atunci sistemul auditiv răspunde la acest sunet. Dacă valoarea VP scade, sunetul este perceput la limita posibilului. Dacă nu există VP, cel mai probabil sunetul nu este perceput. Acum despre semnalele sondei care sunt utilizate pentru a măsura HR. Măsurarea utilizează o tehnică numită mascare. În primul rând, se dă un semnal de test - trimiterea unui sunet cu o anumită frecvență. Acest sunet declanșează un răspuns electric din creier - EP. Apoi, un alt sunet este adăugat la sunet - interferență. Interferența îneacă semnalul sondei, care devine mai rău audibil, iar amplitudinea EP scade. Cu cât interferența este mai puternică, cu atât amortizarea este mai puternică și la o anumită intensitate a interferenței, spațiul aerian dispare complet: pragul de mascare este atins. Mascarea este utilizată pentru a măsura HR, deoarece depinde de proprietățile auditive de selectare a frecvenței. La diferite frecvențe de eșantionare și interferențe, interferența este necesară pentru a masca mult mai mult decât atunci când frecvențele coincid. Aceasta este o manifestare a selectivității frecvenței: sistemul auditiv este capabil să facă distincția între frecvențele semnalului sondei și interferențe, dacă acestea sunt diferite. Cu cât selectivitatea frecvenței este mai clară, cu atât mascharea slăbește atunci când frecvența eșantionului și a zgomotului diferă. Pentru a obține date cantitative precise, este necesar să se găsească modul în care pragurile de mascare depind de diferența de frecvență dintre eșantion și zgomot.

Rezultatul principal obținut la măsurarea răspunsului în frecvență utilizând metoda de mascare: claritatea filtrelor auditive reglate la diferite frecvențe sonore. Pentru a caracteriza claritatea filtrelor, aici se folosește o măsură numită raportul dintre frecvența de reglare și lățimea echivalentă a filtrului. Nu vom intra în detalii despre modul în care este calculată: este important ca aceasta să fie o estimare unică pentru toate curbele de reglare și, cu cât această cifră este mai mare, cu atât reglarea este mai clară. Ce indică aceste rezultate?

În primul rând - despre răspunsul de frecvență extrem de ridicat, în special în regiunea de înaltă frecvență (zeci de kHz). Aici nivelul HRC atinge 50 de unități, adică auzul delfinului face distincție între frecvențe care diferă doar cu 1/50. Aceasta este de 4-5 ori mai bună decât alte animale și oameni. Dar o HR atât de mare este observată numai în regiunea frecvențelor înalte inaccesibile auzului uman. În intervalul disponibil pentru auzul atât al oamenilor, cât și al delfinilor, ritmul cardiac al delfinului este semnificativ mai mic - aproximativ același cu cel al oamenilor. Cum se măsoară rezoluția temporală a audierii? Există mai multe modalități de a face acest lucru. Puteți utiliza perechi de impulsuri scurte de sunet: dacă intervalul dintre impulsuri într-o pereche este mai mare decât o anumită valoare, atunci acestea se aud separat și, dacă sunt mai mici, atunci se îmbină într-un singur clic. Intervalul minim la care pot fi auzite două impulsuri separate este o măsură a HRV. Puteți utiliza un sunet, a cărui intensitate pulsează ritmic (modularea sunetului): frecvența limitativă a pulsațiilor la care acestea încă nu se îmbină într-un sunet monoton este, de asemenea, o măsură a HRV. Un alt mod: o scurtă pauză se face într-un sunet continuu. Dacă durata pauzei este foarte scurtă, atunci „sare” neobservată. Durata minimă de pauză la care poate fi detectată este, de asemenea, o măsură a HRV. De unde știi dacă un animal aude un impuls sonor repetat sau pulsații de volum sau o scurtă pauză? De asemenea, înregistrarea VI. Cu o scădere a duratei pauzei, EP scade, de asemenea, până când dispare complet. Audibilitatea altor semnale de testare este, de asemenea, determinată. Experimentele au produs rezultate impresionante. HRV la delfin nu a fost de 2-3, sau chiar 10, ci de zeci (aproape 100) ori mai mare decât cel al oamenilor. Auzul uman permite distingerea intervalelor de timp de peste o sutime de secundă (10 ms). Delfinii disting intervale de zece miimi de secundă (0,1-0,3 ms). Pulsările volumului sunetului provoacă EP când frecvența lor se apropie de 2 kHz (la om - 50-70 Hz).

De ce sistemul auditiv are această limită HRV și HRV? Cel mai simplu răspuns: pentru că aceasta este limita a ceea ce este posibil pentru natură. Această impresie a fost creată ca urmare a studierii auzului oamenilor și a multor animale de laborator: în toate acestea, HRV și HRV sunt destul de apropiate. Dar delfinii arată că, de fapt, atât o reglare a frecvenței mult mai clară, cât și o mai bună discriminare a intervalelor de timp sunt disponibile sistemului auditiv. De ce sistemul auditiv al altor animale nu a atins astfel de indicatori? Aparent, întregul punct se află în contradicția inevitabilă dintre frecvență și rezoluția temporală: cu cât HRV este mai bun, cu atât HRV este mai rău și invers. Acesta este un model pur matematic, valabil pentru orice sistem oscilator, nu doar pentru ureche: dacă sistemul este acordat brusc la o anumită frecvență (selectivitate de înaltă frecvență), atunci are o rezoluție temporală scăzută. Acest lucru poate fi exprimat printr-o relație simplă: Q = F / B, unde Q este selectivitatea frecvenței (claritate), F este frecvența la care este reglat filtrul, B este lățimea de bandă a filtrului (adică intervalul de frecvență pe care îl trece) ). Rata la care se poate modifica amplitudinea semnalului depinde de B: cu cât este mai mare, cu atât semnalul se schimbă mai repede, filtrul trece, dar cu cât este mai prost (mai puțin Q). Prin urmare, sistemul auditiv trebuie să găsească un compromis între HRV și HRV, limitând ambele aceste caracteristici la un anumit nivel. Îmbunătățirea uneia dintre ele este posibilă numai în detrimentul deteriorării celeilalte. Contradicția dintre HRV și HRV devine mai puțin dramatică pe măsură ce crește frecvența F: La o frecvență ridicată, este posibil să combinați o bandă largă B cu o selectivitate Q ascuțită. Este exact ceea ce se observă la delfin, care a stăpânit ultrasunetele. gama de frecvențe. De exemplu, la o frecvență de sunet de 100 kHz și Q = 50 (selectivitate foarte mare), lățimea de bandă a filtrului este B = 2 kHz, adică este posibilă transmiterea unor modulații de sunet foarte rapide, de până la 2 kHz. Și la o frecvență de 1 kHz, un filtru cu aceeași selectivitate ar permite modulărilor să treacă la o frecvență de numai 20 Hz - acest lucru este prea puțin. Aici este necesar un compromis: de exemplu, cu o selectivitate a frecvenței de 10, este posibil să se transmită modulații de până la 100 Hz, acest lucru este deja acceptabil. Într-adevăr, exact asta este HRV și HRV la această frecvență atât la oameni, cât și la delfini. Aceasta înseamnă că HRV și HRV ale auzului sunt determinate de fapt nu de limita a ceea ce este posibil pentru sistemul auditiv, ci de un compromis rezonabil între aceste două caracteristici. Așadar, studiul unui animal aparent exotic ne permite să înțelegem principiile fundamentale ale construirii sistemului auditiv al tuturor animalelor și oamenilor.

Semnalele delfinilor sunt utilizate pentru comunicare și orientare prin sunete reflectate. Semnalele pentru aceeași specie sunt variate. S-a dovedit că există semnale pentru hrană, anxietate, frică, suferință, împerechere, durere etc. Au fost observate, de asemenea, speciile și diferențele individuale în semnalele cetacee. Prin semnale de înaltă frecvență, captând ecoul acestor semnale, animalele se orientează în spațiu. Cu ajutorul ecoului, delfinii, chiar și cu ochii închiși, pot găsi hrană nu numai ziua, ci și noaptea, determinând adâncimea fundului, proximitatea coastei și obiectele scufundate. O persoană își percepe impulsurile de ecolocație ca scârțâind o ușă care se învârte pe balamale ruginite. Nu s-a clarificat încă dacă ecolocația este caracteristică balenelor balene care emit semnale cu o frecvență de doar câțiva kiloherți.

Delfinii trimit unde sonore direct. Tamponul de grăsime care se află pe maxilar și oasele intermaxilare și suprafața anterioară concavă a craniului acționează ca o lentilă sonoră și un reflector: ele concentrează semnalele emise de sacii de aer și le direcționează către obiectul țintă sub forma unui fascicul sonor. Dovezi experimentale ale funcționării unui astfel de reflector cu ultrasunete au fost obținute în URSS (E.V. Romanenko, A.G. Tomilin, B.A.Artemenko) și în străinătate (V. Evans, D. Prescott, V. Suterland, R. Beil). Formarea unui aparat de ecolocalizare cu un sistem de saci de aer poate fi dus la asimetria craniului: oasele botului balenelor dințate din dreapta și din stânga nu sunt dezvoltate în mod egal, în special în zona de emisie sonoră. Ei asociază acest lucru cu faptul că un pasaj sonor este mai utilizat pentru a face sunete, iar celălalt pentru respirație.

5.3 Ecolocalizarea persoanelor nevăzătoare.

Pentru orientare în lume, persoanele cu deficiențe de vedere pot folosi ecolocația, în plus - propriul lor, „natural”, care nu necesită utilizarea niciunui dispozitiv tehnic. Este uimitor faptul că o persoană cu astfel de abilități poate face multe, chiar și cu bicicleta sau cu role.

Pare incredibil, dar oamenii pot folosi ecolocația, în general, în același mod în care îl folosesc animalele precum liliecii sau delfinii. O persoană poate fi învățată să recunoască undele sonore reflectate de obiectele din jur, să determine poziția, distanța și chiar dimensiunea obiectelor din vecinătate.

În consecință, dacă o persoană a avut ocazia să afle unde și ce este, atunci s-ar putea mișca în spațiu fără probleme. Această tehnică de orientare a fost deja dezvoltată și este predată persoanelor nevăzătoare.

Dezvoltator și popularizator al ecolocației umane ( ecolocația umană- acesta este numele acestei tehnici) - Daniel Kish ( Daniel Kish). El însuși este complet orb și a învățat să navigheze în lumea din jur cu ajutorul sunetelor. Esența metodei este foarte simplă: face clic pe limbă și ascultă ecoul care apare atunci când sunetele sunt reflectate de pe diferite suprafețe.

S-ar părea că această tehnică poate fi utilizată doar „în măsura în care”, deoarece ecoul abia se aude. Cu toate acestea, acest lucru nu este deloc cazul: cu ajutorul său, Daniel se poate deplasa prin zone acoperite și chiar - ceea ce este greu de crezut! - ciclism.

Unii nevăzători cred că unele dintre senzațiile lor sunt de natură extrasenzorială. De exemplu, o astfel de persoană, mergând de-a lungul unei străduțe, poate simți „presiunea” de la fiecare copac pe lângă care trece. Motivul pentru acest lucru este destul de înțeles: evident, este ecoul pașilor lor, care este procesat de subconștient. Mai mult, după cum se dovedește, aceasta este o experiență care poate fi adoptată cu ușurință.

6. Lumea Ecou:

Înregistrate în mod repetat încă de la începutul erei radio, întârzierile semnalelor radio se numesc „paradoxul lui Stermer”, „ecou mondial”, „ecouri întârziate” (LDE). Aceasta se referă la un ecou radio cu întârzieri foarte mari și pierderi de energie anormal de scăzute. Spre deosebire de bine-cunoscutele ecouri cu întârzieri de o fracțiune de secundă, mecanismul cărora a fost explicat de mult, întârzierile semnalelor radio în secunde, zeci de secunde și chiar minute rămân unul dintre cele mai vechi și mai interesante mistere ale fizica ionosferei. Acum este greu de imaginat, dar la începutul secolului, orice zgomot radio înregistrat, în primul rând și cu ușurință în epoca atacului și a atacului, a fost considerat ca semnale ale unei civilizații extraterestre:

„Schimbările pe care le-am observat au avut loc la un moment dat, iar analogiile dintre ele și cifre erau atât de clare încât nu le-am putut lega de niciun motiv pe care îl știam. Sunt familiarizat cu interferențele electrice naturale care decurg din soare, albastru polar și curenții telurici și am fost sigur, de îndată ce puteți fi sigur de fapt, că aceste interferențe nu sunt cauzate de niciunul dintre motivele obișnuite ... Abia după un timp mi-a venit în minte că interferența pe care am observat-o ar fi putut apărea ca urmare a unei acțiuni deliberate. Sentimentul că am fost primul care a auzit un salut de pe o planetă pe alta mă apucă din ce în ce mai mult ... În ciuda slăbiciunii și vagii, mi-a dat o convingere profundă și credință că în curând toți oamenii, ca unul, își vor îndrepta privirile către firmamentul de deasupra noastră, copleșit de dragoste și respect, surprins de veselia veselă: Frați! Am primit un mesaj de pe altă planetă, necunoscută și îndepărtată. Și suna: unul ... doi ... trei ... "
Nikolay Tesla, 1900

Dar nu a fost așa cu LDE - ideea că ecoul radio poate fi un fenomen artificial, un fel de carte de vizită; satelitul extraterestru care ne atrage atenția, această idee a fost prezentată abia după publicarea unei scurte note a astronomului Ronald Bracewell în revista Nature, în 1960. La început, LDE-urile au fost percepute ca dovezi ale prezenței unor nori specifici de plasmă în mișcare rapidă în spațiul cosmic, capabili nu numai să reflecte semnale radio, precum ionosfera pământului, ci și să concentreze semnalul original astfel încât puterea semnalului reflectat să depășească o treimea puterii originale! Punctul de plecare a fost o scrisoare a inginerului Jorgen Hals către celebrul astrofizician Karl Stermer.

Astrofizicianul Stermer, fizicianul Van der Pol (celebra ecuație Van der Pol) și inginerul Hals au organizat o serie de experimente, al căror scop era: verificarea existenței fenomenului și frecvența acestuia de manifestare.

În 1927, un emițător situat în Eindhoven a început să transmită impulsuri, care au fost înregistrate de Hals în Oslo. Inițial, fiecare semnal era o secvență de trei puncte Morse. Aceste semnale au fost repetate la fiecare 5 secunde. În septembrie, modul transmițătorului a fost schimbat: intervalele au fost mărite la 20 de secunde. Detaliile experimentului sunt descrise în detalii insuficiente, deoarece publicarea condițiilor experimentului a avut loc în lucrările conferinței și într-un volum limitat. La 11 octombrie 1928, au fost înregistrate în cele din urmă o serie de ecouri radio, după cum Van der Pohl relatează în telegrama sa către Stermer și Hals: „Aseară semnalele noastre au fost însoțite de ecouri, timpul de ecou a variat între 3 și 15 secunde, jumătate din ecoul a fost mai mare de 8 secunde! " Hals și Stermer, la rândul lor, au confirmat primirea acestor ecouri la Oslo. Au fost primite mai multe serii de ecouri. Întârzierile radio înregistrate au variat de la 3 secunde la 3,5 minute! În noiembrie 1929, experimentul a fost finalizat. Au fost înregistrate cu precizie 5 serii de întârzieri radio. În luna mai a aceluiași 1929, J. Gaulle și G. Talon au realizat un nou studiu de succes al fenomenului LDE.

În 1934, fenomenul „ecoului radio întârziat” a fost observat de englezul E. Appleton și datele sale, redactate sub forma unei histograme, sunt unul dintre cele mai clar definite materiale din experimentele LDE.

În 1967, experimentele pentru detectarea LDE au fost efectuate la Universitatea Stanford de către F. Crawford. Fenomenul a fost confirmat, dar în special ecourile și seriile radio lungi, similare cu cele observate în anii 1920 și 1930, nu au fost detectate. Întârzierile cu timp de 2 și 8 secunde au fost adesea întâlnite, cu o schimbare de frecvență și o compresie a timpului între impulsurile de ecou comparativ cu timpul dintre impulsurile semnalului principal. Experiența studierii datelor LDE cunoscute duce la o altă observație interesantă - în orice nouă gamă de unde radio, adică în intervalul care abia începe să fie folosit, fenomenul se manifestă clar și serial, la fel ca în anii 1920, apoi, după câțiva ani, ecourile „s-au răspândit” și seria încetează să mai fie înregistrate.

Astronomul englez Lunen a atras atenția asupra faptului că ecourile observate în anii 1920 erau libere de compresie temporală și nu a existat o schimbare de frecvență Doppler, iar intensitatea frecvențelor Stermer a rămas constantă, indiferent de timpul de întârziere. Acest din urmă fapt este foarte dificil de explicat, rămânând în cadrul ipotezelor despre naturalețea semnalului - ecouri radio naturale cu o întârziere de 3 secunde și 3 minute, în principiu, nu pot fi de aceeași intensitate - semnalul este împrăștiat , deoarece unda emisă de emițător nu este încă un impuls laser coerent!

Duncan Lunen a formulat ipoteza că ecoul seriei Stermer este un semnal de la o sondă interstelară și că o modificare a timpului de întârziere este o încercare de transmitere a unor informații. Presupunând că aceste informații se referă la localizarea sistemului planetar de la care a sosit sonda, el, pe baza unei analogii cu imaginea constelațiilor de pe sfera stelară, a ajuns la concluzia că steaua nativă a expeditorilor sondei este epsilon Bootes. El a examinat una dintre seriile Stermer din 1928.

Arbitrariul construcțiilor geometrice ale lui Lunen a fost arătat aproape imediat și nu de sceptici, ci de entuziaștii înșiși - iubitorii de astronomie bulgari, folosind o altă metodă de decriptare, au primit o altă „patrie” a expeditorilor - steaua Zeta Leo și metoda de decodificare A. Shpilevsky a făcut în cele din urmă posibilă obținerea binecunoscutului mult așteptat balenă tau.

Situația actuală era foarte asemănătoare cu cea pe care Stanislav Lem a descris-o în romanul său „Vocea lui Dumnezeu” - o scurtă notă care a sclipit tipărit și conține un indiciu de contact a fost înecată într-o mare de publicații pseud științifice, după care orice persoana serioasă nu a luat în considerare întreaga gamă de informații fără părtinire ... Este adevărat, în cazul lui Lunen, participarea la servicii speciale nu era necesară, iar dezinformarea nu era necesară - tot ceea ce s-a întâmplat poate fi considerat o procedură de verificare efectuată, așa cum am menționat deja, de către entuziaștii înșiși ... mai jos.

Acesta arată coordonatele impulsurilor înregistrate în experimentul META și publicate în Astrophysical Journal. Fiecare dintre aceste impulsuri era similară cu binecunoscutul Wow! și au fost înregistrați pe aceeași linie „fierbinte” - o lungime de undă de 21 cm! Dacă conectăm coordonatele cerești ale semnalelor în ordinea determinată de date, obținem „traiectoria” unei anumite nave spațiale.

S-ar părea că totul este - iată-le! Dar, din păcate, acesta este doar un artefact - dispozitivul cu care a fost scanat cerul a scanat doar un interval vertical foarte mic și, de la o zi la alta, acest interval a crescut și apoi, după ce a atins marca maximă verticală, a început să coboare.

7. Lista literaturii folosite:

1. Manual de fizică clasa a 9-a / AV Peryshkin, EM Gutnik - Moscova: "Bustard", 2004;

2. Divertisment fizică; cartea 1 / Ya.I. Perelman - Moscova: „Știința”, 1986;

3. Fizica în natură; carte pentru studenți / L. V. Tarasov - Moscova: „Educație”, 1988;

4. Ce? Pentru ce? De ce? carte mare de întrebări și răspunsuri / Per. K. Mishina, A. Zykova - Moscova: „EKSMO - Press”, 2002;

5. Teoria sunetului 2 volum / R e l e și J. pe. din engleza - Moscova, 1955; 6. Ecou în viața oamenilor și a animalelor / G r și f f și D. lane. din engleză - Moscova, 1961;

7. Marea Enciclopedie a lui Chiril și Metodiu; 2 CD - 2002;

8. Poeții europeni ai Renașterii. - Moscova ;: Fictiune; 1974;

9. Ecou în viața oamenilor și a animalelor, trad. din engleză, D. Griffin, Moscova, 1961;
10. Navigational echo sounders, Fedorov I.I., Moscova, 1948;

11. Ecofone și alte mijloace hidroacustice, I. I. Fedorov, 1960;

12. Ecografii de navigație, „Echipamente și arme”, D. Tolmachev, I. Fedorov, 1977;

13. Ecolocație în natură, ediția a II-a, Airapetyants E. Sh., Konstantinov A. I, 1974.

Reflectarea sunetului. Ecou.

Școala secundară MOU nr. 66 Magnitogorsk

Shcherbakova Yu.V.

Profesor de fizică

Repetare, verificarea temelor.

1. Ce se numește oscilație? Ce fel

tipuri de ezitare știi?

2. Care sunt caracteristicile fluctuațiilor?

3. Ce se numesc valuri? Ce tipuri de valuri cunoașteți?

4. În ce mediu se pot propaga undele longitudinale și de forfecare și de ce?

5. Care este formula pentru calcularea lungimii de undă?

6. Dați exemple de natură

surse sonore și artificiale.

Ce fac proprietatea comună

toate sursele de sunet?

7. Ce gamă de fluctuații se numește sunet? ultrasunete? infrasonic?

8. Sunet din leagăn

aripi zburătoare

țânțar auzim

dar zburând

păsări - nu. De ce?

10. Spuneți-ne despre experiența descrisă în imagine. Ce concluzie se poate trage din această experiență?

De ce nu auzim zgomotul unor procese puternice care apar pe Soare?

9. Spuneți-ne despre măsurarea adâncimii mării folosind ecolocația.

Temă:

„Reflectarea sunetului. Ecou."

Ancorare

1. La ce distanță de persoană se află obstacolul dacă semnalul sonor trimis de acesta a fost primit după 3 secunde? Viteza sunetului în aer este de 340m / s.

2. Grosimea plăcii de oțel este de 4 cm. Produsul este examinat cu ajutorul unui detector cu defecte cu ultrasunete. Semnalul reflectat a ajuns într-un singur loc după 16 μs. Și într-un alt loc - după 12 μs. Există vreun defect în placă? Dacă da, ce dimensiune are?

1. Sunetul trebuie să parcurgă de două ori distanța - până la obstacol și înapoi

Răspuns: 510 m

2. Prin diferența dintre timpul de tranzit al semnalului, se poate judeca prezența unui defect. Semnalul trebuie să parcurgă de două ori distanța până la capătul plăcii sau defect și înapoi.

S 1 = V * t 1 / 2 S. 2 = V * t 2 / 2 S = S 1 -S 2

Răspuns: 1 cm

Întrebări:

1. Ce produce un ecou?

2. De ce ecoul nu apare într-o cameră mică, plină cu mobilier?

3. Cum pot fi îmbunătățite proprietățile sonore ale unei săli mari?

4. De ce sunetul parcurge o distanță mai mare atunci când folosești un corn?