6. Физика слуха. Понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах. Физические основы звуковых методов исследования в клинике. Поглощение и отражение звуковых волн.

Орган слуха является анализатором звуковых волн, в котором различают звукопроводящую и звуковоспринимающую системы. К звукопроводящей системе относится наружное и среднее ухо. К звуковоспринимающей системе относится внутренне ухо и слуховой центр коры головного мозга. Физика слуха включает ультразвук и его применение, инфразвук и вибрацию. К звуковым методам исследования в клинике относятся: аускульптация – выслушивание звуков, которые создаются соматической системой, перкуссия – выстукивание, фонокардиография – выслушивание тонов работающего сердца, аудиометрия – метод исследования остроты слуха.

Поглощение и отражение звуковых волн

Звуковыми волнами или звуком называются продольные механические волны с частотой от 16 до 20000Гц, распространяющиеся в упругих средах.

Уравнение звуковой волны:

S=Acos w(t-x/c), где S – смещение колеблющейся частицы среды относительно положения равновесия, A – амплитуда колебаний, W – круговая частота колебаний, x – координата колеблющейся частицы среды, c – скорость распространения звуковой волны

Волновое сопротивление – важнейшая характеристика среды, определяющая условие отражения и преломления волн на ее границе.

Преломленная волна может поглотиться во второй среде, а может выйти из нее.

Предположим, что плоская волна падает нормально к границе раздела, интенсивность ее в первой среде I_1, нтенсивность преломленной (прошедшей) волны во второй среде I_2.

B=I₁/I₂ – коэффициент проникновения звуковой волны

Рэлей показал, что коэффициент проникновения звука определяется формулой

B=L с₁р₁/с₂р₂ / ((c1p1/c2p2)+1)2. Получаем, что B=1 если с₁р₁=с₂р₂

При равенстве волновых сопротивлений двух сред звуковая волна пройдет границу раздела без отражения.

7. Ультразвук. Источники и приемники ультразвука. Особенности распространения УЗ волн. Действие УЗ на в-во. Биофизические основы действия УЗ на клетки и ткани организма. Применение УЗ в диагностике и для лечения.

Ультразвуком называют механические продольные волны, которых более 20 кГц.

По своей природе УЗ отличается от звука, однако, обладая высокими частотами (малыми длинами волн), характеризуется особыми свойствами, что позволяет связанные с ним явления выделить в отдельный класс.

1. Из-за малых длин УЗ-волн практически исключается явлениеих дифракций условием возникновения которой является соизмеримость длины волны и размеров тела, и они могут быть получены в виде строго направленных пучков. 2. Интенсивность волны пропорциональна квадрату частоты, поэтому УЗ-волна имеет значительно большую интенсивность, чем звуковая. 3. УЗ-волны, как и свет, отражаются и преломляются на границе раздела двух сред, и эти явления происходят по законам геометрической оптики. Для приема отраженного сигнала прибором, который одновременно является и источником УЗ-волн, необходимо, чтобы падающий на поверхность отражения луч был перпендикулярен к ней. 4. Отражение УЗ волн на границе раздела сред с различными физическими свойствами зависит от разности акустических  сопротивлений  этих сред. Коэффициент отражения К определяется уравнением:

К = (Z₁-Z₂)/(Z₁+Z₂), где Z₁ и Z₂ - акустические сопротивления первой и второй среды, соответственно;  Z. = рС, где р - плотность среды, С — скорость распространения УЗ в этой среде.

Коэффициент отражения (К) тем больше, чем больше разность в плотностях двух граничащих сред. На границе вещества с воздухом происходит почти полное отражение ультразвуковой волны, поэтому поверхность излучателя покрывают слоем масла, чтобы исключить отражения от соприкасающейся с воздухом поверхности тела.

5. Скорость распространения УЗ-волн в данной среде зависит от физическиих свойств этой среды, в частности, от ее упругости и плотности. Чем меньше плотность, тем больше скорость расспространения звука в среде. 6. В различных средах УЗ-волны поглощаются по-разному. Для каждой среды существует свой удельный коэффициент поглощения αо, измеряемый в дБ/м. Поглощение УЗ в данной среде существенно зависит от частоты V колебаний и подчиняется закону:

α = a₀v[(дБ/м)-МГц].

Для получения УЗ используются в основном два явления: обратный пьезоэлектрический эффект (электрострикция) и магнитострикция.

Обратный пьезоэлектрический эффект- это возникновение деформации в некоторых кристаллических диэлектриках (пьезоэлементах) под действием электрического поля. Подводимое к пьезоэлементу электрическое напряжение высокой частоты преобразуется в механическую деформацию этого элемента - сжатие и растяжение. Деформация пьезоэлемента является следствием смещения атомов, образующих кристаллическую структуру, под действием внешнего электрического поля.

Магнитострикция - это сжатие и растяжение ферромагнитного сердечника под влиянием ферромагнитного поля внутри катушки, по которой пропускается переменный электрический ток.

Прием УЗ-волн осуществляется с использованием прямогопьезоэффекта, который заключается в поляризации пьезоэлемента при его механической деформации под действием УЗ-волн. Ультразвук оказывает на вещество комплексное действие: физико-химическое и тепловое. Механическое действие УЗ деформацией микроструктуры вещества.

Кавитация - образование микроскопических полостей, заполненных парами жидкости и которые затем захлопываются под большим давлением. При этом происходят ионизация и диссоциация, выделяется теплота.

УЗ обладает способностью размельчать и диспергировать различные рества,что используется, например, для изготовления вакцин.УЗ ускоряет протекание процессов диффузии, растворения, химических дни. При незначительной мощности УЗ повышает проницаемость клеточных мембран, активизирует процессы тканевого обмена.

Медико-биологические приложения ультразвука можно в основном целить на два направления: методы диагностики и исследования и методы действия. К первому направлению - эхоэнцефалография - обнаружение опухолей и отека головного мозга; а также ультразвуковая кардиография — определение размеров сердца в динамике, измерение скорости кровотока (отражающими объектами служат эритроциты). С помощью УЗ исследуется просвет кровеносных сосудов, наличие тромбов. В офтальмологии используется для определения размеров глазных сред, обнаружения отслоения сетчатки,катаракты, кровоизлияния. С помощью УЗ можно обнаружить опухоли, кисту, инородные тела в тканях человека.

Ультразвукован физиотерапия - комплексное воздействие трех факторов (механического,теплового,физико-химического УЗ оказывает обезболивающее, противовоспалительное и тонизирующее действие. Ультрафорез - одновременное воздействие на организм УЗ и лекраственными препаратами (наносят лекарство и  «озвучивают»). Увеличивается проницаемость кожи, а микромассаж активизирует обмен, улучшает лимфо- и кровообращение.

Хирургия - ультразвуковой скальпель, способный рассекать и мягкие, и костные ткани;