Ультразвук и его влияние на живые организмы.

Ультразвук и его влияние на живые организмы.

 

 

Автор:

Жаков Матвей Дмитриевич

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 92, города Тюмени

10 класс

Научный руководитель:

Логинова Тамара Анатольевна

учитель биологии

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 92 города Тюмени

 

 

Российская Федерация, г. Тюмень

2020 г.

 

Оглавление

 

Глава I. Ультразвук. 5

1.1 Ультразвук как упругие волны. 5

1.2 Специфические особенности ультразвука. 6

1.3 Ультразвук и его применение. 7

1.4 Рождение ультразвука. 9

1.5 Влияние ультразвука на человека. 10

1.6 Биофизика ультразвуковых эффектов. 12

Глава II. Практическая часть. 14

Результаты исследования. 15

Список литературы.. 17

Приложения. 18

Приложение 1. 18

Приложение 2. 20

Приложение 3. 21

 

Введение

Давно известно, что ультразвуковое излучение можно сделать узконаправленным. В период первой мировой войны были сделаны попытки использовать направленный ультразвук для целей подводной локации. Физик Поль Ланжевен впервые заметил повреждающее действие ультразвукового излучения на живые организмы. Результаты его наблюдений, а также сведения о том, что ультразвуковые волны могут проникать сквозь мягкие ткани человеческого организма, привели к тому, что с начала 1930-х гг. возник большой интерес к проблеме применения ультразвука для терапии различных заболеваний. Истинно научный подход к анализу явлений, возникающих при взаимодействии ультразвукового излучения с биологической средой, стал появляться сравнительно недавно.

Толчком к дальнейшему изучению ультразвука и развитию ультразвуковых диагностических методов стало создание быстродействующих электронных импульсных систем обработки радиолокационных сигналов. Такие системы стали широко внедряться в радиолокации в период второй мировой войны 1939-1945.

Биофизика ультразвуковых эффектов как научное направление имеет дело с поиском логических и количественных объяснений экспериментов, в которых было обнаружено, что облучение ультразвуком приводит к специфическим изменениям в живых клетках и тканях. По-видимому, первым, кто сделал такого рода наблюдения, был Ланжевен, который в 1917 г., испытывая разработанные им мощные гидроакустические излучатели, предназначенные для обнаружения подводных лодок, заметил повреждения, попавших в ультразвуковой пучок. Его наблюдения стимулировали замечательные биофизические исследования Вуда и Лумиса, которые, в свою очередь, привели к появлению множества работ большого числа авторов. К сожалению, во многих из этих работ нет серьезных попыток научно объяснить полученные эффекты.

Биофизика ультразвуковых воздействий – довольно сложная область. С точки зрения физики нетрудно перечислить возможные механизмы воздействий, которые возникают в биологических тканях. Труднее выявить эти механизмы экспериментально, чтобы подтвердить их существование и установить пороги их возникновения.

Гипотеза: ультразвук может обнаруживать отрицательное влияние на общее состояние живых организмов.

Цель исследования: изучение ультразвука, его влияния на живые организмы

Предмет исследования: живые организмы

Задачи исследования:

1. Изучение литературы на тему ультразвука, его влияния на живые организмы

2. Проведение экспериментов с ультразвуковым воздействием

3. Анализ опытных данных, их структуризация

Методы работы: эмпирический, анализ, дедукция, индукция

Актуальность темы: Исследование может помочь привлечь внимание к одной из важнейших проблем современности – постоянное влияние на человека разных физических полей.

Практическая направленность: показать опасность или безопасность постоянного влияние ультразвука на живые организмы (т.е. и на людей тоже). Материалы этого исследования могут использоваться для корректировки образа жизни человека, окружающих его условий.

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

Глава I. Ультразвук

Рождение ультразвука

В 1880 году французские физики, братья Пьер и Поль Кюри, заметили, что при сжатии и растяжении кристалла кварца с двух сторон на его гранях, перпендикулярных направлению сжатия, появляются электрические заряды. Это явление было названо пьезоэлектричеством (от греческого «пьезо» – «давлю»), а материалы с такими свойствами – пьезоэлектриками. Позже это явление объяснили анизотропией кристалла кварца – разные физические свойства вдоль разных граней.

Во время первой мировой войны французский исследователь Поль Ланжевен предложил использовать пьезоэлектрический эффект для обнаружения подводных лодок. Если пьезоэлектрик встречает на своем пути ультразвуковую волну от винта лодки, которая распространяется со скоростью 1460 км/с, то она сжимает его грани, и на них появляются электрические заряды. Сжимаясь и разжимаясь, кристалл как бы генерирует переменный электрический ток, который можно измерить чувствительными приборами. Если же к граням кристалла приложить переменное напряжение, он сам начнет колебаться, сжимаясь и разжимаясь с частотой переменного напряжения. Эти колебания кристалла передаются среде, граничащей с кристаллом (воздуху, воде, твердому телу). Так возникает ультразвуковая волна.

Ланжевен попробовал зарядить грани кварцевого кристалла электричеством от генератора переменного тока высокой частоты. При этом он заметил, что кристалл колеблется в такт изменению напряжения.

Чтобы усилить эти колебания, ученый вложил между стальными листами-электродами не одну, а несколько пластинок и добился возникновения резонанса – резкого увеличения амплитуды колебаний. Эти исследования Ланжевена позволили создавать ультразвуковые излучатели различной частоты. Позже появились излучатели на основе титаната бария, а также других кристаллов и керамики, которые могут быть любой формы и размеров.

Ультразвук можно получить и другим способом. В 1847 году английский физик Джеймс Джоуль обнаружил, что при перемагничивании электрическим током железных и никелевых стержней они то уменьшаются, то увеличиваются в такт изменениям направления тока.

При этом в окружающей среде возбуждаются волны, частота которых зависит от колебаний стержня. Это явление назвали магнитострикцией (от латинского «стриктус» – «сжатие»).

Ультразвук оказался просто находкой для решения технических, научных и медицинских задач.

С помощью сфокусированного пучка ультразвуковых волн распыляют некоторые жидкости, например, ароматические вещества, лекарственные препараты. Получающийся «ультразвуковой туман», как правило, более качественный, чем аэрозольный. И сам этот метод экологически более безопасный, так как можно отказаться от фторсодержащих газов, которые используются в аэрозольных баллончиках.

Эксперименты:

Обнаружение термического воздействия

Оборудование: термометр, пробирки с водой.

Ход эксперимента: внесем термометр в жидкость, где есть ультразвуковое поле, и сравним данными о температуре в контрольной пробирке.

Обнаружение механического воздействия

Оборудование: свеча.

Ход работы: для обнаружения «звукового ветра» в ультразвуковое поле поместим горящую свечку.

Обнаружение электрических эффектов

 Оборудование: пробирки, глицерин, вода, этиловый спирт.

 Ход работы: подействуем излучателем на пробирки с данными жидкостями, проверив их                       свечение в темноте.

Обнаружение химического воздействия

Оборудование: пробирки, вода, прибор Н. И. Алямовского для определения значения рН, соль хлорид алюминия.

Ход работы:подействуем излучателем на пробирку с водой, определив значение рН в опытной и контрольной пробирке (в каждую добавляем по несколько кристалликов хлорида алюминия).

Анкетирование учащихся.

Для определения влияния ультразвука на организм человека применяется анкетирование групп учащихся: контрольная группа, группа учащихся на уроке информатики, группа учащихся в кабинете с работающим генератором ультразвукового излучения (слабое ультразвуковое излучение в течение 10 минут, имитирующее подобное в кабинете информатики).

Результаты исследования

 

При проведении физических методов исследования для моделирования процессов воздействия ультразвукового излучения на живые организмы, было выявлено: термическое воздействие – повышение температуры в пробирке, находящейся в ультразвуковом поле (фото. 1 в приложении) в среднем на один градус; механическое воздействие – отклонение пламени свечи под действием «звукового ветра» (фото. 2 в приложении); химическое воздействие – увеличение значений рН в экспериментальной пробирке (увеличение скорости гидролиза хлорида алюминия под действием ультразвукового поля) (фото. 3 в приложении); электрические эффекты не обнаружены.

При проведении исследования по влиянию ультразвука на организм человека было проведено анкетирование групп учащихся в количестве 20 человек каждая: группа учащихся в кабинете с включенным генератором слабого ультразвукового излучения в течение 10 минут, группа учащихся на уроке информатики (после работы длительностью 45 минут), контрольная группа учащихся.

Выбранные для ответов звуки: любимые и влияющие на самочувствие можно условно разделить на громкие и тихие – предпочитают тихие 90% учащихся, громкие 10%.

Общее самочувствие учащихся: экспериментальной группы – хорошее 58%, плохое 42%; группы учащихся после урока информатики – хорошее 69%, плохое 31%; контрольной группы – хорошее 88%, плохое 12% (диаграмма 3.1.).

   Особенности памяти и внимания: экспериментальной группы – хорошее 63%, плохое 37%; группы учащихся после урока информатики – хорошее 65%, плохое 35 %; контрольной группы – хорошее 78%, плохое 22% (диаграмма 3.2.).

  Появление усталости отмечают: экспериментальная группа 45% учащихся; группа учащихся после урока информатики 36%. контрольная группа 15% (диаграмма 3.3.).

  Предпочитаемые виды отдыха: экспериментальная группа – активный отдых 13%, пассивный 77%; группа учащихся после урока информатики – активный отдых 32%, пассивный 68%; контрольная группа – активный отдых 54%, пассивный 46%.

 

 

Заключение

 

Присутствие ультразвукового влияние в жизни современного человека невозможно отрицать. Задача людей – с умом избегать пагубных влияний этого на первый взгляд безобидного звука, который человек даже не слышит.   

Влияние ультразвука на организм определяется индивидуальными особенностями организма, хотя можно выделить общие симптомы. Ультразвук вызывает головокружение, головную боль, слабость, понижение работоспособности, снижение внимания и ухудшение памяти (по результатам анкетирования). Подобное влияние оказывает длительное пребывание возле телевизора.

Способы восстановления работоспособности – это отдых, причем в двух первых группах предпочтение отдается пассивному отдыху (результат снижения общей работоспособности, ухудшения самочувствия), в контрольной группе примерно одинаковые предпочтения активному и пассивному отдыху.

Общее самочувствие, память и внимание учащихся экспериментальной группы и учащихся после урока информатики ухудшаются по сравнению с контрольной группой, появляется усталость, то есть можно отметить одинаковое действие и наличие ультразвукового излучения в кабинете информатики (помимо других факторов воздействия). Трансформаторы, электроннолучевые трубки, работающие микросхемы и др. являются источниками слабого ультразвукового излучения.

Влияние ультразвука на организм определяется индивидуальными особенностями организма, хотя можно выделить общие симптомы. Ультразвук вызывает головокружение, головную боль, слабость, понижение работоспособности, снижение внимания и ухудшение памяти (по результатам анкетирования). Подобное влияние оказывает длительное пребывание возле телевизора.

 

Список литературы

1. Хилл, Бэмбер, Тер: Ультразвук в медицине. Физические основы применения

2. http://www.physic-explorer.ru/ultrazvuk_i_ego_primenenie-1048.html

3. http://www.physic-explorer.ru/biofizika_ultrazvuka-1114-1.html

4. Л.К. Зарембо, В.А. Красильников. Введение в нелинейную акустику (Звуковые и ультразвуковые волны большой интенсивности), М., «Наука», 1966, 519 стр.

5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA

6. Акимова Т.А. Кузьмин А.П. Хаскин В.В. Экология. Природа. Человек. Техника: учебник для вузов – М.: Юнити – Дана, 2001.

 

 

 

 

Приложения.

Приложение 1.

 

 

 

Фото 1. Термическое воздействие.

 

 

                                      Фото 2. Механическое воздействие.

                                              Фото 3. Химическое воздействие.

 

Приложение 2.

	Экспериментальная     На информатике     Контрольная

 

 

 

					Экспериментальная     На информатике     Контрольная   Контрольная

 

 

Приложение 3.

Анкета:

1. Назовите ваш любимый звук.
2. Какой звук отрицательно влияет на ваше настроение и самочувствие?
3. Какой звук вызывает у вас ощущение счастья?
4. Какую музыку вы предпочитаете?
5. Как вы оцениваете свое настроение в настоящий момент?
6. Как вы оцениваете свое самочувствие в настоящий момент? (наличие головной боли, головокружения и др.).
7. Легко ли вам было сосредоточиться?
8. Легко ли вы запомнили предложенную информацию?
9. Считаете ли вы, что в настоящее время уравновешены, спокойны?
10. Ощущаете ли вы комфорт?
11. Необходимо ли вам время для отдыха перед тем, как продолжить работу?
12. Какой вид отдыха вы предпочитаете после данного урока?

 

 

Ультразвук и его влияние на живые организмы.

 

 

Автор:

Жаков Матвей Дмитриевич

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 92, города Тюмени

10 класс

Научный руководитель:

Логинова Тамара Анатольевна

учитель биологии

МАОУ Средняя общеобразовательная

школа № 92 города Тюмени

 

 

Российская Федерация, г. Тюмень

2020 г.

 

Оглавление

 

Глава I. Ультразвук. 5

1.1 Ультразвук как упругие волны. 5

1.2 Специфические особенности ультразвука. 6

1.3 Ультразвук и его применение. 7

1.4 Рождение ультразвука. 9

1.5 Влияние ультразвука на человека. 10

1.6 Биофизика ультразвуковых эффектов. 12

Глава II. Практическая часть. 14

Результаты исследования. 15

Список литературы.. 17

Приложения. 18

Приложение 1. 18

Приложение 2. 20

Приложение 3. 21

 

Введение

Давно известно, что ультразвуковое излучение можно сделать узконаправленным. В период первой мировой войны были сделаны попытки использовать направленный ультразвук для целей подводной локации. Физик Поль Ланжевен впервые заметил повреждающее действие ультразвукового излучения на живые организмы. Результаты его наблюдений, а также сведения о том, что ультразвуковые волны могут проникать сквозь мягкие ткани человеческого организма, привели к тому, что с начала 1930-х гг. возник большой интерес к проблеме применения ультразвука для терапии различных заболеваний. Истинно научный подход к анализу явлений, возникающих при взаимодействии ультразвукового излучения с биологической средой, стал появляться сравнительно недавно.

Толчком к дальнейшему изучению ультразвука и развитию ультразвуковых диагностических методов стало создание быстродействующих электронных импульсных систем обработки радиолокационных сигналов. Такие системы стали широко внедряться в радиолокации в период второй мировой войны 1939-1945.

Биофизика ультразвуковых эффектов как научное направление имеет дело с поиском логических и количественных объяснений экспериментов, в которых было обнаружено, что облучение ультразвуком приводит к специфическим изменениям в живых клетках и тканях. По-видимому, первым, кто сделал такого рода наблюдения, был Ланжевен, который в 1917 г., испытывая разработанные им мощные гидроакустические излучатели, предназначенные для обнаружения подводных лодок, заметил повреждения, попавших в ультразвуковой пучок. Его наблюдения стимулировали замечательные биофизические исследования Вуда и Лумиса, которые, в свою очередь, привели к появлению множества работ большого числа авторов. К сожалению, во многих из этих работ нет серьезных попыток научно объяснить полученные эффекты.

Биофизика ультразвуковых воздействий – довольно сложная область. С точки зрения физики нетрудно перечислить возможные механизмы воздействий, которые возникают в биологических тканях. Труднее выявить эти механизмы экспериментально, чтобы подтвердить их существование и установить пороги их возникновения.

Гипотеза: ультразвук может обнаруживать отрицательное влияние на общее состояние живых организмов.

Цель исследования: изучение ультразвука, его влияния на живые организмы

Предмет исследования: живые организмы

Задачи исследования:

1. Изучение литературы на тему ультразвука, его влияния на живые организмы

2. Проведение экспериментов с ультразвуковым воздействием

3. Анализ опытных данных, их структуризация

Методы работы: эмпирический, анализ, дедукция, индукция

Актуальность темы: Исследование может помочь привлечь внимание к одной из важнейших проблем современности – постоянное влияние на человека разных физических полей.

Практическая направленность: показать опасность или безопасность постоянного влияние ультразвука на живые организмы (т.е. и на людей тоже). Материалы этого исследования могут использоваться для корректировки образа жизни человека, окружающих его условий.

 

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              

Глава I. Ультразвук