Иногда у некоторых людей появляется вопрос, есть ли у птиц уши, и есть ли у них среднее ухо. Вроде глупый вопрос, но не совсем.
Исходя из того что наш сайт посвящен активным видам отдыха, то в него входит и охота. И для охотника надо понимать причины своих неудач, одна из которых непонимание образа жизни своей добычи.
Так как при охоте на пернатую дичь необходимо подойти к ней на расстояние выстрела, зачастую сделать это очень сложно, а порой и не возможно. Основная причина этого, шумные действия охотника и очень тонкий и хороший слух у пернатой дичи, значит уши у птицы есть.
Эхолокация летучих мышей
У летучей мыши эхолокация служит для ориентирования и охоты в непроглядной тьме. Обитатели темных пещер, дуплистых деревьев, чердаков, они выходят на охоту с наступлением ночи. Их добыча — насекомые. Жизнь насекомых ночью особенно оживлена, и летучие мыши, наделенные способностью к эхолокации, находятся в очень выгодном положении: меньше претендентов на такой вид добычи, и сами охотники находятся в относительной безопасности.
Ультразвук производится летучими мышами посредством гортани, исходит этот звук из открытого рта, реже — из носа. В этом аппарате эхолокации звук, излучаемый летучими мышами, от 14 000 Гц достигает 100 000 Гц, что человеческое ухо воспринять не в состоянии. Отраженный от объекта эхо-сигнал, в свою очередь, отражает особый лоскуток кожи, находящийся во внешнем ухе зверька. Таким образом, летучая мышь получает представление о своей цели и может отслеживать её перемещение.
Некоторые виды рукокрылых применяют эхолокацию с использованием определенных звуковых частот, соответствующих их среде обитания и особенностям добычи. Эти нюансы в эхолокации рукокрылых используются учеными для распознавания вида летучих мышей, обитающих в том или ином районе. Исследователи применяют ультразвуковые регистраторы для фиксации сигналов, издаваемых рукокрылыми. Таким образом, в нескольких странах созданы коллекции ультразвуков летучих мышей из разных местностей.
Примечания[ | ]
- Наблюдения Спалланцани изложены в следующей брошюре: Lettere sopra il sospetto di un nuovo senso nei pipistrelli dell’abate Lazzaro Spallanzani … con le risposte dell’abate Antonmaria Vassalli. — Torino: Nella Stamperia Reale, 1794.
- Цитата на французском языке: «l’organe de l’ouïe paroît suppléer à celui de la vue pour la découverte des corps, & fournir à ces animaux des sensations differentes pour diriger leur vol, & laur faire éviter les obstacles qui pourroient s’y présenter» из статьи Peschier (1798). “Extrait des expériences de Jurine sur les Chauve-Souris qu’on a privé de la vue”. Journal de physique, de chimie, d’histoire naturelle et des arts
.
3
: 145–148. - ↑ 1234
Морозов В. П.
Занимательная биоакустика
. Изд. 2-е, доп., перераб. — М.: Знание, 1987. — 208 с. + 32 с. вкл. — С. 30-36 - Лапшин Д. Н. (2005). Эхолокационная система бабочек (отв. ред. Н. А. Тамарина). — М.: Наука. 206 c.
Эхолокация дельфинов и китов
В мутной воде для восприятия окружающей среды зрение играет второстепенную роль. Первостепенное значение для ориентации в воде имеет эхолокация, так как акустические характеристики подводной среды очень благоприятны. Дельфины при посредстве эхолокации способны различить довольно тонкую проволоку, которая протянута через бассейн. Для дельфинов не составляет труда обнаружить в воде очень мелкие шарики (три миллиметра в диаметре) и отличить их материал.
Человек основную долю информации об окружающем мире получает зрительно. Это обусловило связь множества нервных путей с той областью мозга, где обрабатывается зрительная информация. Дельфинам большую часть информации несет звук, и область мозга, отвечающая за эхолокацию, тесно связана с их вегетативной системой.
Смотрите видео о летучих мышах и других эхолокаторах в природе.
Исследователям удалось записать некие странные звуки, которые производят отдельные виды китов. Есть предположение, что это песни. Специалисты, учитывая объем мозга китов, допускают такие проявления интеллекта данных млекопитающих. Возможно, связи мозга китов используются ими не во всей полноте, так как у них нет проблем с питанием. Помимо этого, у них почти нет врагов в окружающей их среде, поэтому они медленно реагируют на опасность со стороны человека.
Особенности эхолокации у дельфинов
Эхолокационный аппарат используется дельфинами постоянно. Эхо-сигнал информирует их о месте нахождения предметов, их размерах и других особенностях. Аппарат эхолокации дельфинов включает применение коротких импульсов (локационных щелчков). Их продолжительность составляет 7-100 мкс. Анализ импульсной частоты в эхолокации дельфинов выявил, что она может доходить до 170 кГц. Передаче этих импульсов служит лобный выступ дельфиньей головы — мелон.
Составляющие мелона:
- жир;
- соединительная ткань.
Этот лоб в эхолокации дельфина фокусирует звуки. Скорость распространения звуковых волн в воде в четыре с половиной раза превышает скорость по воздуху — примерно полтора километра в секунду. Отраженный от объекта звук возвращается эхо-сигналом.
Его передаче служат:
- Слуховой проход снаружи.
- Косточки для слуха.
- Нижняя челюсть.
Жироподобная пена отделяет от костей ухо внутреннее и среднее, поэтому звуки слева и справа слышатся обособленно.
Читайте о том, какие животные самые редкие в мире. А также о том, существует ли чупакабра.
Каково расстояние до цели, животное определяет по времени от произведения щелчка-сигнала до возврата его эха. Лучше всего эхолокация действует на дальности от пяти до двухсот метров при размерах объекта 5 — 15 см. Дельфин способен «увидеть» все отличия предмета, что служит ему для различения предпочитаемой пищи. Несмотря на то, что слух в подводной жизни дельфинов имеет определяющее значение, для зрения отводится сопутствующая роль. Замечено, что у дельфинов с зашоренными глазами эхолокация занимает больше времени.
Особенности эхолокации кита
«Пение» синих китов происходит на очень низкой частоте. Человек такие звуки не слышит. Причиной «пения» интересовался биофизик К. Кларк. Проанализировав записи гидрофонов, он обнаружил, что песня кита длится около 25 минут, на короткое время кит замолкает, а потом продолжает пение. Это длится восемь суток с перерывами, которые пунктуально выдерживаются по 2 минуты и 8 секунд. Пение синего кита монотонно и скучно, основано на пяти нотах в разных вариантах. Киты-горбачи поют намного веселее, но горбачи поют сезонно, в брачный период, и пение среди горбачей характерно только для самцов. Синие киты отличаются тем, что у них пением занимается и самка, причём в течение всего года.
Кларк считает, что пение синего кита служит его ориентации в пространстве. Под водой звук голоса кита распространяется очень далеко, затем слух кита, очень развитый, воспринимает эхо своего голоса. Ритмичность эха подает в мозг кита картину окружающей его среды. После этого ничто не мешает двигаться к заветной цели. По мнению биологов, открытие Кларка можно применить для учета китов и отслеживания их миграций в океане.
Эхолокация людей встречается среди слепых. При развитии таких навыков ориентации человек может пользоваться ими, как и животные. Методика освоения эхолокации уже есть, она предназначена для слепых людей.
А каких животных, без проблем определяющих свое местоположение знаете вы? Оставьте свое сообщение в комментариях! А также смотрите видео об эхолокации у животных.
Источники ультразвука
Частота ультразвуковых колебаний, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне от нескольких десятков кГц до единиц МГц. Высокочастотные колебания обычно создают с помощью пьезокерамических преобразователей, например, из титанита бария. В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвуковых колебаний, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путём (камертоны, свистки, сирены).
В природе УЗ встречается как в качестве компонентов многих естественных шумов (в шуме ветра, водопада, дождя, в шуме гальки, перекатываемой морским прибоем, в звуках, сопровождающих грозовые разряды, и т. д.), так и среди звуков животного мира. Некоторые животные пользуются ультразвуковыми волнами для обнаружения препятствий, ориентировки в пространстве и общения (киты, дельфины, летучие мыши, грызуны, долгопяты).
Излучатели ультразвука можно подразделить на две большие группы. К первой относятся излучатели-генераторы; колебания в них возбуждаются из-за наличия препятствий на пути постоянного потока — струи газа или жидкости. Вторая группа излучателей — электроакустические преобразователи; они преобразуют уже заданные колебания электрического напряжения или тока в механическое колебание твёрдого тела, которое и излучает в окружающую среду акустические волны.
Свисток Гальтона
Основная статья: Свисток Гальтона
Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 году англичанин Фрэнсис Гальтон.
Ультразвук здесь создаётся подобно звуку высокого тона на острие ножа, когда на него попадает поток воздуха. Роль такого острия в свистке Гальтона играет «губа» в маленькой цилиндрической резонансной полости. Газ, пропускаемый под высоким давлением через полый цилиндр, ударяется об эту «губу»; возникают колебания, частота которых (около 170 кГц) определяется размерами сопла и губы. Мощность свистка Гальтона невелика. В основном его применяют для подачи команд при дрессировке собак и кошек.
Жидкостный ультразвуковой свисток
Большинство ультразвуковых свистков можно приспособить для работы в жидкой среде. По сравнению с электрическими источниками ультразвука жидкостные ультразвуковые свистки маломощны, но иногда, например, для ультразвуковой гомогенизации, они обладают существенным преимуществом. Так как ультразвуковые волны возникают непосредственно в жидкой среде, то не происходит потери энергии ультразвуковых волн при переходе из одной среды в другую. Пожалуй, наиболее удачной является конструкция жидкостного ультразвукового свистка, изготовленного английскими учёными Коттелем и Гудменом в начале 50-х годов XX века. В нём поток жидкости под высоким давлением выходит из эллиптического сопла и направляется на стальную пластинку.
Различные модификации этой конструкции получили довольно широкое распространение для получения однородных сред. Благодаря простоте и устойчивости своей конструкции (разрушается только колеблющаяся пластинка) такие системы долговечны и недороги.
Сирена
Сирена — механический источник упругих колебаний и, в том числе, ультразвука. Их частотный диапазон может достигать 100 кГц, но известны сирены, работающие на частоте до 600 кГц. Мощность сирен доходит до десятков кВт.
Воздушные динамические сирены применяются для сигнализации и технологических целей (коагуляция мелкодисперсных аэрозолей (осаждение туманов), разрушение пены, ускорение процессов массо- и теплообмена и т. д.).
Все ротационные сирены состоят из камеры, закрытой сверху диском (статором), в котором сделано большое количество отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске — роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается из неё в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают.
Частота звука в сиренах зависят от количества отверстий и их геометрической формы, и скорости вращения ротора.
Применение ультразвука
Диагностическое применение ультразвука в медицине (УЗИ)
Основная статья: Ультразвуковое исследование
Благодаря хорошему распространению ультразвука в мягких тканях человека, его относительной безвредности по сравнению с рентгеновскими лучами и простотой использования в сравнении с магнитно-резонансной томографией, ультразвук широко применяется для визуализации состояния внутренних органов человека, особенно в брюшной полости и полости таза.
Терапевтическое применение ультразвука в медицине
Помимо широкого использования в диагностических целях (см. Ультразвуковое исследование), ультразвук применяется в медицине (в том числе регенеративной) в качестве инструмента лечения.
Ультразвук обладает следующими эффектами:
- противовоспалительным, рассасывающим действиями;
- анальгезирующим, спазмолитическим действием;
- кавитационным усилением проницаемости кожи.
Фонофорез — комбинированный метод лечения, при котором на ткани вместо обычного геля для ультразвуковой эмиссии (применяемого, например, при УЗИ) наносится лечебное вещество (как медикаменты, так и вещества природного происхождения). Предполагается, что ультразвук помогает лечебному веществу глубже проникать в ткани.
Применение в производстве
На обычных металлорежущих станках нельзя просверлить в металлической детали узкое отверстие сложной формы, например в виде пятиконечной звезды. С помощью ультразвука это возможно, магнитострикционный вибратор может просверлить отверстие любой формы. Ультразвуковое долото вполне заменяет фрезерный станок. При этом такое долото намного проще фрезерного станка и обрабатывать им металлические детали дешевле и быстрее, чем фрезерным станком.
Ультразвуком можно даже делать винтовую нарезку в металлических деталях, в стекле, в рубине, в алмазе. Обычно резьба сначала делается в мягком металле, а потом уже деталь подвергают закалке. На ультразвуковом станке резьбу можно делать в уже закалённом металле и в самых твёрдых сплавах. То же и со штампами. Обычно штамп закаляют уже после его тщательной отделки. На ультразвуковом станке сложнейшую обработку производит абразив (наждак, корундовый порошок) в поле ультразвуковой волны. Беспрерывно колеблясь в поле ультразвука, частицы твёрдого порошка врезаются в обрабатываемый сплав и вырезают отверстие такой же формы, как и у долота.
Приготовление смесей с помощью ультразвука
Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Получаемые эмульсии играют большую роль в современной промышленности, это: лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.
В 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Данный процесс происходит из-за явления кавитации, начинающегося при превышении определённых порогов интенсивности излучения (вода — 1 Вт/см2, масло — 4 Вт/см2). При изменении давления, температуры и времени воздействия кавитация может начинаться и при более низкой мощности.
Применение ультразвука в биологии
Способность ультразвука разрывать оболочки клеток нашла применение в биологических исследованиях, например, при необходимости отделить клетку от ферментов. Ультразвук используется также для разрушения таких внутриклеточных структур, как митохондрии и хлоропласты с целью изучения взаимосвязи между их структурой и функциями. Другое применение ультразвука в биологии связано с его способностью вызывать мутации. Исследования, проведённые в Оксфорде, показали, что ультразвук даже малой интенсивности может повредить молекулу ДНК. Искусственное целенаправленное создание мутаций играет большую роль в селекции растений. Главное преимущество ультразвука перед другими мутагенами (рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи) заключается в том, что с ним чрезвычайно легко работать.
Применение ультразвука для очистки
Основная статья: Ультразвуковая очистка
Применение ультразвука для механической очистки основано на возникновении под его воздействием в жидкости различных нелинейных эффектов. К ним относится кавитация, акустические течения, звуковое давление. Основную роль играет кавитация. Её пузырьки, возникая и схлопываясь вблизи загрязнений, разрушают их. Этот эффект известен как кавитационная эрозия. Используемый для этих целей ультразвук имеет низкую частоту и повышенную мощность.
В лабораторных и производственных условиях для мытья мелких деталей и посуды применяются ультразвуковые ванны заполоненные растворителем (вода, спирт и т. п.). Иногда с их помощью от частиц земли моют даже корнеплоды (картофель, морковь, свекла и др.).
В быту, для стирки текстильных изделий, используют специальные, излучающие ультразвук устройства, помещаемые в отдельную ёмкость.
Применение ультразвука в эхолокации
В рыбной промышленности применяют ультразвуковую эхолокацию для обнаружения косяков рыб. Ультразвуковые волны отражаются от косяков рыб и приходят в приёмник ультразвука раньше, чем ультразвуковая волна, отразившаяся от дна.
В автомобилях применяются ультразвуковые парктроники.
Применение ультразвука в расходометрии
Для контроля расхода и учёта воды и теплоносителя с 1960-х годов в промышленности применяются ультразвуковые расходомеры.
Применение ультразвука в дефектоскопии
Ультразвук хорошо распространяется в некоторых материалах, что позволяет использовать его для ультразвуковой дефектоскопии изделий из этих материалов. В последнее время получает развитие направление ультразвуковой микроскопии, позволяющее исследовать подповерхностный слой материала с хорошей разрешающей способностью.
Ультразвуковая сварка
Ультразвуковая сварка — сварка давлением, осуществляемая при воздействии ультразвуковых колебаний. Такой вид сварки применяется для соединения деталей, нагрев которых затруднён, при соединении разнородных металлов, металлов с прочными оксидными плёнками (алюминий, нержавеющие стали, магнитопроводы из пермаллоя и т. п.), при производстве интегральных микросхем.
Применение ультразвука в гальванотехнике
Ультразвук применяют для интенсификации гальванических процессов и улучшения качества покрытий, получаемых электрохимическим способом.
Ультразвук в природе
Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом (кожановые — Vespertilionidae) или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием (подковоносые — Rhinolophidae) сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На расстоянии 1 — 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 мбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого отбойным молотком. Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 мбар, то есть в 10000 раз меньше, чем у испускаемых сигналов. При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются ультразвуковые помехи с давлением 20 мбар. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен. При локализации летучими мышами предметов, например, вертикально натянутых нитей с диаметром всего 0,005 — 0,008 мм на расстоянии 20см (половина размаха крыльев), решающую роль играют сдвиг во времени и разница в интенсивности между испускаемым и отраженным сигналами. Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха (моноаурально), что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами. Они способны компенсировать даже частотный сдвиг между испускаемыми и отражёнными сигналами, обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является более высокочастотным, чем посылаемый сигнал). Понижая во время полёта эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отражённого ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их «слуховых» центров, они могут определить скорость собственного перемещения.
У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых.
Эхолокацию используют для навигации и птицы — жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки — от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щёлкающие звуки, воспринимаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 000 Герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чутким слухом птицы.
Ультразвуковой эхолокацией в воде пользуются китообразные.
