超声波及其应用

人耳最多只能感知大约20000赫兹的声波。较高频率的声波是超声波。超声波被广泛应用于各种技术中。

超声波有两个特点，一个是高能量，另一个是沿直线传播。它的应用基于这两个特征。

理论研究表明，在振幅相同的情况下，物体的振动能量与振动频率的二次幂成正比。超声波在介质中传播时，介质颗粒的振动频率很高，因此能量很大。在中国北方干燥的冬天，如果将超声波引入水箱，水箱中的水会被剧烈的振动分解成许多小水滴，然后这些小水滴会被一个小风扇吹入室内。室内空气的湿度可以增加。这是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药物很难到达患处。利用加湿器的原理将药液雾化，让患者吸入，可以提高疗效。利用超声波的巨大能量也可以打碎人体内的石头。

金属零件、玻璃和陶瓷产品的除垢很麻烦。如果超声波被引入到包含这些物品的清洗液中，清洗液的剧烈振动将会冲击到物品上的污物，这些污物可以被快速清洗。

俗话说，“墙有耳”，这意味着声波可以绕过障碍物。然而，波长越短，这种衍射现象就越不明显。因此，超声波基本上沿直线传播，并且可以定向发射。如果一艘渔船携带一个水下超声波发生器，它就会旋转向各个方向发射超声波。当超声波遇到鱼群时，鱼群会被反射回来。渔船将通过探测反射波来知道鱼群的位置。这种仪器叫做声纳。声纳还可以用来探测水中的水下岩石、敌方潜艇以及测量海水的深度。

根据同样的原理，超声波可以用来检测金属、陶瓷和混凝土产品，甚至水库大坝，以检查里面是否有气泡、空洞和裂缝。

人体各内脏器官的表面反射超声波的能力不同，健康内脏器官和患病内脏器官的反射能力也不同。常用术语“b超”指的是基于从内部器官反射的超声波的对比成像，以帮助医生分析体内的疾病。

有趣的是，许多动物都有发射和接收超声波的完美器官。昆虫的图片视力很差，它们在飞行过程中不断发出超声波脉冲。它们依靠昆虫身体的反射波来寻找食物。海豚也有完善的“声纳”系统，使它们能够准确地确定混浊水中远处小鱼的位置。现代无线电定位器，雷达，质量有几十，几百，几千公斤。蝙蝠的超声波定位系统只有几分之一克，但在一些重要性能上，如确定目标方位的准确性和抗干扰能力等，它远远优于现代无线电定位仪。仿生学是近几十年发展起来的一门新学科，旨在彻底研究动物各种器官的功能和结构，并利用获得的知识改进现有设备和创造新设备。