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力学STS篇
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次声与超声


 次声波和超声波都是人的听觉器官无法接收的声音范围。与声波相比,次声波比普通声音振动慢,具有很强的穿透力;超声波具有更好的指向型,在传播中的能量损耗小。随着现代科技的发展,人类正在不断发现和掌握它们的规律和特性,并用来为社会服务。   一、特点不同各领风骚   次声波的频率在20赫以下,波长却很长,传播距离比声波、光波和无线电波都要远。例如,频率低于1赫的次声波,可以传到几千以至上万千米以外的地方。1960年,南美洲的智利发生大地震,地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落。1961年,前苏联在北极圈内进行了一次核爆炸,产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失。次声波不仅可以穿透大气、海水、土壤,而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物,甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声波穿透人体时,不仅能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊,吞咽困难、胃痛、四肢麻木等症状,还能破坏大脑神经系统,造成大脑组织的损伤,对心脏影响尤为严重,甚至可能导致死亡。许多自然现象出现时,如火山爆发、地震、大陨石落地、大气湍流、海啸、电闪雷鸣、波浪击岸、水中漩涡、空中湍流、台风、磁暴、极光、冰雹等等,都会伴有次声波的发生;在与人类有关的活动中,诸如核爆炸,飞机、火箭、导弹飞行,火炮发射,也都会产生次声波。   与次声波相比,超声波的振动频率要高得多,超过每秒2万次。实践证实,利用超声波的剧烈振动可以对各种物体进行清洁处理,被称作是“无刷清洗”。清洗时不必将物件拆开,也不用任何刷、搓、滚动等动作,既省时又省力。利用这种清洗方式可以清洗十分复杂的零件、深孔、空穴、凹槽、暗洞、盲孔及狭缝中的污物。在一些难以清洗或对人体健康有损害的场合,更有用武之地。从20世纪中期开始,人们开始把超声波用于对人体内部器官进行探查。至今,超声波诊断仪已经发展成为一个很大的家族。   物理学家在实验中发现,当超声波穿过液体时,形成的气泡迅速增大并随即坍塌到一个非常小的体积。在这一过程中,气泡内部的温度超过1000万摄氏度,原子、分子间彼此碰撞,高能粒子形成了等离子态并同时发出瞬间闪光。两位美国科学家用特殊的丙酮做了一个实验。之所以说特殊,是因为丙酮分子中的氢原子全被氘(氢的同位素之一)原子代替。结果获得的气泡直径只有在水中获得气泡直径的百分之一,气泡膨胀则增大近10万倍。因此,在压缩时产生的压强高达地球大气压的10亿倍。在气泡消失后,研究人员发现了核聚变的产物。与此同时,他们还发现了一定数量的氚,这是氢的另一种放射性极强的同位素。科学家通过实验证实了“气泡核聚变”的发生。产生的氚,虽然为数不多,但终归是为氚这种核聚变原料的制造提供了一种方法。   二、应用领域各有所长   自然界里的一些生物对次声波的适应能力要强于人类。即使是鸟类、猫、狗等小动物,在某一频率段的次声波下也不会受到伤害。人耳听不到次声波,但水母却听得到,甚至能够清楚地“听”到快速气流与海水摩擦时生成的、频率区间在8~13赫的次声波。科学工作者从水母耳的特殊构造中得到启发,研制成功了灵敏度极高、专门用来探测次声波的“水母耳风暴探测器”,它能提前15小时对风暴作出预报,对渔民和海员是极大的帮助。由于次声波具有极强的穿透力,因此,国际海难救助组织在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”,监测着洋面。一旦船只或飞机失事坠海,可以迅速测定方位,进行救助。   同样,超声波的频率虽然超出人耳接收声波振动的范围。但一些动物却可以感知。根据仿生学和现代物理学原理制造的声呐发射机,具有发射和接收两部分,可以发出各种不同频率的超声波。超声波在传播过程中,碰到物体便被反射回来,并能够被接收机所接收。根据超声波从发出到接收的时间,就可以发现目标并探测出它的距离。声呐的工作频率大约从几赫至几百千赫。作用距离可以从几米直至上千千米,是现代导航和定位的重要手段。特别是完成水下目标探测和通讯任务具有特殊作用。   人们从20世纪40年代开始,就将超声波用于工业生产和科学试验中,进行产品内部质量探查、清洁被污染的水源、分解溶于有机溶液中的聚合物。超声波能够很明显地增加金属表面的反应速度,因而成为化学合成的重要手段。镁、锂、锌等一些活跃的金属,在超声波的作用下可以大大提高它们的活性和寿命。超声对合成生物材料也有很大的作用,能够重新合成、分解和排列分子,并能使物体微粒悬浮在空中。利用超声波还可以制造没有晶体结构的金属,获得有更多功能的新型材料。   三、用作武器各显其能   利用次声波对人员具有杀伤破坏力的功能,在军事上可以制造新型武器。这种武器具有伤人不毁物的特殊功能,因此更容易达到某种特定的军事目的。现在,实验中的次声波武器可分为两类,一类是神经型次声波武器,其振荡频率同人类大脑的节律极为近似,产生共振时,会强烈刺激人的大脑,使人神经错乱,癫狂不止;另一类是内脏器官型次声波武器,其振荡频率与人体内脏器官的固有振荡频率相近,产生共振时会使人的五脏六腑产生剧烈疼痛,甚至致人死亡。据说,有些国家已经在实战中秘密使用过这种次声波武器,产生的威力很大。   近年来,一些国家致力于次声炸弹的研制。尽管眼下尚处于研制阶段,但科学家们预言,只要次声炸弹一声爆炸,瞬息之间,在方圆十几千米的地面上,所有的人都将被杀死,无一能幸免。次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板,人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里,也一样难逃厄运。次声炸弹和中子弹一样,只杀伤生物而无损于建筑物,但次声弹的杀伤力远比中子弹强得多。   同样,超声波在现代武器研制中也显示出独特的威力。美国科学家开发出了一项超高音速声音系统(HSS),将用于未来战争的心理战。HSS系统的原理是把声波转换成超声波信号。一束极为狭窄的声波,使得只有特定的接受者才能听见。这种高度定向的声音听起来就好像来自你的面前,而事实上它很可能是从几百米之外发出来的。发送器大小不同,细点的只有1米,粗的可以达到6米,视需要而定。使用它们,就可以发出大小随意的声束了。试验者听到了一个来自100米之外的声音,那声音非常清晰,但是当他往旁边挪了几步之后,就什么也听不见了。这一技术可以扰乱敌人的判断力,让他们以为有什么东西就在附近。型号比较小的声波发送器完全可以让敌人无法观察到,而幽灵一般的声音足以令神智最清醒的士兵也精神错乱。


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