Меню Рубрики

Дельфины испускают ультразвуковые импульсы частотой 250 кгц

Скорость звука зависит от упругих свойств, плотности и температуры среды. Чем больше упругие силы, тем быстрее передаются колебания частиц соседним частицам и тем быстрее распространяется волна. Поэтому скорость звука в газах меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях, как правило, меньше, чем

в твердых телах. Для сравнения приведем скорости звука в воздухе, в воде и в железе при / = 20° С:

f ивода=1490|, ^30 = 5850

Скорость звука в идеальных газах с ростом температуры растет, как Т (7* = 273°t° С — абсолютная температура). В воздухе скорость звука о = 331 — при t = 0°Cи v= 343 — при t = 20 °C. Впервые скорость распространес с ния звука в воздухе была определена в 1640 г. французским физиком Мареном Мерсенном.

Звуковые волны (особенно ультразвуковых частот) находят очень широкое применение в науке и технике. Например, с их помощью соединяют мельчайшие проводники в микроэлектронике, где традиционная пайка исключена, они используются в медицине в диагностических целях (так называемые УЗИ-сканеры, позволяющие исследовать внутренние органы человека. В отличие от излучения рентгеновских аппаратов ультразвуковое излучение безвредно для человека).

Способ ориентации или исследования окружающих объектов, основанный на излучении ультразвуковых импульсов с последующим восприятием эха от них, называется эхолокацией, а соответствующие приборы — эхолокаторами. Наиболее известные животные, обладающие способностью к эхолокации,— летучие мыши и дельфины. По своему совершенству эхолокаторы этих животных не уступают, а во многом и превосходят современные эхолокаторы, созданные человеком.

| Этим способом ориентации обладают различные китообразные, а также птицы гуахаро, гнездящиеся в глубоких пещерах Венесуэлы и на острове Тринидада, стрижи-салаганы, живущие в пещерах Юго-Восточной Азии.

Эхолокаторы, используемые под водой, называются гидролокаторами или сонарами (название sonarобразовано из начальных букв трех английских слов: sound — звук, navigation -навигация, range — дальность). Сонары незаменимы при исследованиях морского дна (его профиля, глубины), для обнаружения и исследования различных объектов, движущихся глубоко под водой. При их помощи могут быть легко обнаружены как отдельные большие предметы или животные, так и стаи небольших рыб или моллюсков.

2 1. Какова природа звука и его источники? ‘ 2. Как классифицируются звуки?

3. Какой диапазон звуковых частот воспринимает ухо чело века?

4. Какова скорость распространения звука в воздухе?

5. Как зависит высота звука от частоты?

6. Каковы частоты инфразвука и ультразвука?

7. Назовите основные характеристики звука.

8. Что такое порог слышимости? болевой порог?

9. На какой частоте человеческое ухо обладает наилучшей чувствительностью?

10. Приведите примеры применения звуковых волн.

11. Кто в полете чаще машет крыльями: муха или комар?

12. Почему понижается высота звука циркулярной пилы, когда к ней прижимают доску?

1. Расстояние между двумя железнодорожными станциями / = 8,3 км. Сколько времени т идет звук от одной станции к другой по воздуху и по рельсам? Температура воздуха f=0°C. Скорость распространения звука в стали уст =

/2. Дельфины испускают ультразвуковые волны с частотой

v = 250 кГц. Определите длину волны А, такого звука в воде и в воздухе при температуре f=20°C. 3. Чему равна глубина моря Н в данном месте, если ультразвуковой импульс возвратился через At = 0,20 с после его посылки? Скорость ультразвука в морской воде и =

4. Человек видит, как тяжелый камень падает на бетонный тротуар. Некоторое время спустя он слышит два звука от удара: один пришел по воздуху, а другой распростра нялся в бетоне. Промежуток времени между ними Af = = 1,2 с. На каком расстоянии / от человека упал камень?

Дельфины — морские млекопитающие. Их организм устроен специфически из-за образа жизни этих животных. Большинство органов чувств дельфинов работают не так, как у наземных млекопитающих. Их мозг не менее сложен, чем мозг человека, а развивались дельфины дольше людей (около 25 млн лет). Ученые многие десятки лет изучают дельфинов, но до сих пор существуют вопросы относительно их образа жизни, на которые нет ответа. В числе прочих вопросов — система коммуникаций этих животных. Специалисты считают, что у них есть свой язык, но расшифровать его человек пока не в состоянии.

Читайте также:  В какой программе проектировать кухню

Для того, чтобы сделать это, ученые стараются изучить слуховую систему дельфинов, а также их «эхолот» — систему передачи звуковых сигналов. Видимость под водой практически всегда сильно ограничена, поэтому дельфины полагаются не на зрение (оно у них развито неплохо, но идеальным его назвать нельзя), а на слух. Для общения между собой дельфины используют звуки высокой частоты. Для ориентации в пространстве эти животные издают щелчки определенной частоты и продолжительности. Эти звуковые сигналы, отражаясь от предметов, дают дельфину информацию об окружающих его объектах.

Многие наземные млекопитающие обладают очень острым обонянием. Дельфины, выбрав водную среду для жизни, почти утратили обоняние. Вместо него они научились в совершенстве использовать чувство вкуса. Вкусовые рецепторы дают дельфинам представление о наличии в воде определенных веществ, которые могут свидетельствовать о близости еды, опасности или сородичей. Ученые считают, что дельфины могут определить даже очень небольшую разницу в солености воды. По этой причине те дельфины, которые обитают в Средиземном море, почти не заходят в воды Черного моря, где соленость воды составляет около 17‰, что в вдвое ниже солености воды Средиземного моря.

Лучше всего у дельфинов развит слух, они имеет первостепенное значение в их жизни, заменяя в большинстве случаев зрение. В поисках пищи эти млекопитающие погружаются на большую глубину, где видимость практически отсутствует. Даже, если бы зрение дельфина было бы хорошо развито, что-то разглядеть здесь все равно сложно. А вот эхолокация позволяет обнаруживать пищу и отлично ориентироваться в окружающем пространстве. При этом еще в начале прошлого века специалисты утверждали, что слух у дельфинов развит очень слабо.

Голосовой аппарат

Как и у всех прочих млекопитающих, у предков дельфинов голосовой аппарат, скорее всего, был связан с дыхательной системой. Но у дельфинов и их родственников голосовая система не связана с легкими. Рот у них служит лишь для захвата предметов, включая пищу. Дыхательная система дельфинов сложная, точка вдоха и выдоха — это дыхало, которое находится в верхней точке головы. С дыхательным проходом дельфинов соединены сразу три пары воздушных мешков. Ученые считают, что эти мешки играют важную роль в генерации звуков дельфинами. Общаются они, закрыв пасть и дыхало, под водой, а не на поверхности.

В сентябре этого года исследователи из Карадагского природного заповедника опубликовали работу, где показана система общения этих животных. Изменяя громкость и частоту щелчков, дельфины-афалины составляют слова, а из них — предложения. По словам специалистов, во многом эти разговоры похожи на речь человека. Принимая участие в беседе, дельфины внимательно слушают друг друга. Когда «говорит» один дельфин, второй ему внимает, и наоборот. «Каждый звук, генерируемый одним из животных, отличается от другого звука, генерируемого собеседником. Отличие — в спектре и частоте пульсаций. При этом ряд сочетаний звуков не повторяется. Мы можем предположить, что каждая пульсация представляет собой отдельную фонему или слово из языка дельфинов», — говорит руководитель исследования Вячеслав Рябов. Скорость звуковой пульсации у дельфинов составляет около 700 импульсов в секунду.

Сами щелчки генерируются в специфической системе, которая расположена под дыхалом в верхней части головы. Звуковые волны посылаются животными направленно, эту возможность обеспечивает жировая прослойка на лбу животного, а также вогнутая передняя поверхность черепа. В итоге дельфин умеет собирать звук в направленный «луч» с углом расхождения в 9°. Это дает животным широкие возможности. Афалины, например, умеют обнаруживать мелкие объекты размером с мандарин на расстоянии свыше 100 метров.

Читайте также:  Декор тортов в домашних условиях фото

Слуховой аппарат

Орган слуха у дельфинов не менее сложен, чем звуковой аппарат. Понятно, что ушных раковин у них нет, хотя у предков дельфинов они были. Если бы этот орган остался бы у дельфинов, он вызывал бы очаги турбулентности при движении, что стало бы причиной генерации сильного шума, заглушающего для животного все остальные звуки.

Поэтому звуки воспринимаются дельфинами по-другому. Сначала звуковые сигналы проходят через наружное ушное отверстие (оно все же есть). Затем по такому же узкому слуховому проходу акустическая волна добирается до среднего уха. Причем среднее и внутреннее ухо размещаются у этих животных не в черепной кости, а отдельно, соединяясь с черепом при помощи особого сухожильного крепления. Звуковой нерв передает полученные сигналы в мозг. Интересно, что приемники звука для левого и правого уха не зависят друг от друга. Это позволяет животному определять местоположение источника звука. К примеру, та же афалина может в бассейне точно локализовать место падения небольшой рыбки, и сразу приплыть к месту падения. Кроме ушных каналов, дельфины получают звук и при помощи нижней челюсти, где расположена костная пластина толщиной в 0,3 мм. Она играет роль мембраны.

Благодаря строению своей слуховой системы дельфины могут воспринимать широкий диапазон звуков — от 1 герца до 320 килогерц. Это гораздо более широкий звуковой диапазон, чем тот, который способен воспринимать человек.

Генерируя звуки и улавливая их отражение от окружающих объектов, дельфины изучают окружающее пространство. Причем эхолокационный «прибор» дельфина очень надежен. Друг друга дельфины находят на расстоянии свыше 150 метров в полной темноте. В этом случае они генерируют ультразвуковые сигналы с частотой 60-90 килогерц. При помощи своего «локатора» дельфин получает данные не только о расстоянии до препятствий и объектов, но и об их природе (размер, форма и свойства материала).

Некоторые животные общаются с помощью звуков, слишком высоких или слишком низких, чтобы их воспринимало человеческое ухо. Они используют такие частоты прежде всего с целью обезопасить себя во время передвижений и поисков пищи.

Стадо слонов неторпливо бредет вдоль берега небольшого озера. Слонята пьют воду, а слонихи охраняют их. Вдруг одна из слоних поднимает голову и замирает. Отведя уши назад, она двигает поочередно сначала одной передней ногой, потом другой. С каждым движением слониха немного меняет свое положение. Вскоре ей начинают подражать и другие члены стада. Поведение животных означает, что за 20 км от них на водопой отправилась другая группа слонов. Слоны у берега озера узнали о приближении сородичей по характерной вибрации почвы.

Инфразвуки и наземные животные

Шагающий по земле слон посылает инфразвуковые сигналы, которые, как показали недавние исследования, распространяются более чем на 30 км. Перенося вес своего тела с одной передней ноги на другую, слоны у озера делают то же, что делаем мы, когда поворачиваем голову из стороны в сторону, стараясь определить, откуда доносится далекий звук. Вибрации земли (инфразвуки) улавливаются слоновьими ногами, поднимаются вверх по костям туловища, усиливаются костями черепа и наконец достигают косточек в среднем ухе.

Благодаря этому слоны слышат инфразвуки, частота которых настолько низка, что наши уши их не воспринимают. Лет 20 назад стало известно, что слоны способны издавать инфразвуки не только с помощью ног, но и носовыми ямками. Частота этих звуков составляет от 14 до 35 Гц. Их энергия невелика, но они распространяются на огромные расстояния. С помощью инфразвуков слоны могут сообщать друг другу о найденных водоемах или об опасности. Восприятие инфразвуков позволяет слонихе во время течки чувствовать приближение слона за многие километры.

Слоны воспринимают инфразвуки, распространяющиеся как по земле, так и по воздуху. Именно поэтому они безошибочно определяют дорогу к местности, где гремят грозы: гром порождает инфразвуки. Выбрав направление движения, слоны вытягивают хоботы и принюхиваются, стараясь уловить в воздухе запах пыльцы, выбитой из цветков каплями дождя. Слоны могут чуять грозу на расстоянии более 150 км, а также предсказывать цунами: незадолго до того, как в 2004 г. на побережье Таиланда обрушилась огромная волна, слоны устремились прочь от берега.

Читайте также:  Белые кухонные гарнитуры для маленькой кухни

Инфразвуки в воде

Инфразвуки способны издавать и воспринимать многие животные: насекомые, пауки, скорпионы, амфибии, рептилии, некоторые грызуны и ряд других, более крупных млекопитающих. Бегемоты издают их, сокращая мышцы огромного горла, что заставляет вибрировать кожу. Это позволяет бегемотам посылать друг другу инфразвуковые сообщения, быстро распространяющиеся в озерной воде на огромные расстояния.

Способностью издавать и воспринимать ультразвуки, похоже, обладают крокодилы и аллигаторы. Известно, что инфразвуки, возникающие во время старта космических кораблей на мысе Канаверал во Флориде, вызывают сильное беспокойство у аллигаторов — особенно у самцов во время гона.

Киты также могут издавать инфразвуки. Это совсем неудивительно, учитывая, что низкочастотные колебания распространяются в воде намного лучше, чем в воздухе. С помощью инфразвуков стада китов могут общаться за сотни километров.

Убийственный ультразвук

Многие морские млекопитающие могут испускать и высокочастотные звуки. Такой способностью обладают, например, дельфины. Обычно они издают высокочастотные звуки двух типов. Во-первых, короткие, длящиеся по полсекунды, свисты частотой от 7 до 15 кГц. Человеческое ухо тоже воспринимает звуки такой частоты, поэтому они не считаются ультразвуками. Эти свисты и составляют основу дельфиньего языка.

Звуки второго типа — неслышимые человеческим ухом щелчки, которые могут издавать и другие китообразные. Щелчки представляют собой настоящие ультразвуки: их частота колеблется в диапазоне от 20 до 250 кГц. Китообразные используют их для поиска пищи и обнаружения препятствий с помощью эхолокации, а иногда и для того, чтобы оглушать или даже убивать своих жертв. Именно это и делают касатки во время зимней охоты на треску.

Лобный бугор

Издавать ультразвуки дельфинам помогает жировой лобный бугор. Этот орган фокусирует пучок издаваемых животным ультразвуковых волн, подобно тому как линза собирает в одну точку лучи света. Направленные вперед ультразвуки отражаются от находящихся на их пути объектов и возвращаются к органам слуха дельфина, помогая ему обнаруживать рыбу и препятствия. Восприятие этих звуков осуществляется с помощью нижней челюсти, задняя часть которой связана с внутренним ухом. Органы слуха передают информацию об отраженном ультразвуке в мозг, который ее анализирует.

«Зрячие» уши

Летучие мыши считаются непревзойденными мастерами ультразвуковой эхолокации. Они испускают ультразвуки, распространяющиеся в воздухе и встречающие на своем пути различные объекты, например насекомых. Отраженное препятствием эхо улавливается огромными ушами летучей мыши. Головной мозг зверька анализирует отраженные сигналы и определяет размеры и местонахождение жертвы.Обычно летучие мыши издают короткие серии от 20 до 80 ультразвуков в секунду. Человеческое ухо их не воспринимает. Эхолокация летучих мышей настолько эффективна, что позволяет им без труда ориентироваться в полной темноте и летать на большой скорости в густых кронах деревьев, не задевая ветки крыльями.

От мягких, шероховатых поверхностей ультразвуки отражаются гораздо хуже, чем от гладких. Этот акустический эффект давно разгадали насекомые, на которых охотятся летучие мыши (ночные бабочки, некоторые жуки и др.). Чтобы стать незаметными для крылатых хищников, они прикрыли свое тело густым слоем мягких волосков. Ультразвуки отражаются от такой поверхности очень слабо, поэтому летучая мышь может и вовсе не заметить добычу. Кроме того, некоторые ночные бабочки обладают способностью воспринимать испускаемые летучими мышами ультразвуки. Чтобы не стать жертвой хищника, услышавшему их насекомому достаточно сложить крылья и камнем упасть на землю.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector