次声波及其应用

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  常言道:“未见其人,先闻其声。”但自然界也有与其恰恰相反的现象,如,蝴蝶在花丛中飞舞时,我们看得见蝴蝶,却很难听到蝴蝶飞舞的声音。这是什么原因?因为自然界有许多我们听不到的声音,次声波就是其中之一。
  
  何谓次声波
  
  次声波又称亚声波。是一种人耳听不到的声波,频率范围为10-4Hz~20Hz。人类可闻声波的频率范围为20Hz~20000Hz。现代声学研究的声的频率不断向高端和低端扩展。频率范围为2×104Hz-5X108Hz的声波称为超声波。频率范围为5×108Hz~1010Hz的声波称为特超声波。而频率范围为1012Hz-1014Hz则是分子热运动的范畴。
  
  次声波的产生
  
  本文开头提到的。由于翅膀振动的频率很低,蝴蝶飞舞时发出的就是次声波。我们虽然听不到次声,但在大自然的许多活动中,我们都可以感觉到它的存在。如地震、火山爆发、风暴、雷暴、磁暴、陨石落地、大气湍流等都会产生次声波。人类的活动,如核爆炸、人工爆破、火箭起飞、飞机起降、车辆发动机的振动等也会产生相当强的次声波。另外,还可以人为制造声源——次声发生器,这种发生器的工作很像风琴管,可以具有较大的功率。
  
  次声波的特点
  
  和所有声波一样。次声波的传播遵循声波传播的一般规律,但由于它的频率很低。在传播时也有自己的特殊性。
  次声波在20℃的大气中的传播速度为334m/s。如振动频率为f=10-2Hz的次声波,其波长为3.34×104m。由于次声波的频率低,波长长,容易发生衍射,在传播过程中遇到障碍物很难被阻挡,经常会一绕而过。在有些情况下。哪怕是巨大的山峦也无法阻挡它的传播。
  另一方面,声波在传播过程中,频率越高,衰减越快。次声波由于频率很低,在传播过程中衰减很慢。当次声波在大气中传播几千千米时,空气对其吸收还不到万分之几分贝。因此。次声波可以在空气、地面等介质中传播得很远。例如一包5kg的炸药爆炸时,几千米以外就听不到爆炸声了,但由爆炸引起的次声波却能传到80km远处。1883年8月27日,印度尼西亚的喀拉喀托火山突然大爆发,产生了强爆炸波,发出了巨响。同时产生的次声波则传播得更远,居然绕地球转了3圈。1961年,苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。
  
  次声波的应用与危害
  
  由于次声波具有远距离传播等突出优点,它的应用已受到越来越多的关注。我们应充分利用其特点为人类服务。但同时也要防止它所带来的危害。
  1 科学监测方面的应用 利用次声波通过大气所引起的压力波动效应,可以测量次声波。研究表明,次声波是平面波,它沿着与地球表面平行的方向传播。在强烈地震时,沿地面传播的地震波有三种:纵向波、横向波和表面波,它们所激发的次声波的强度各不相同。接收这三种不同的次声波。可以推算出地震波的垂直幅度、方向和水平速度。
  2 次声波对人体的危害 很强的次声波对人和动物都是有害的。人体的各个器官都有自己的同有频率。例如。人体内脏的固有频率在10Hz以下。人耳听不见的次声波,如果与人的某个器官的固有频率相同。会引起器官共振。因此,次声波对人的心脏、听觉、视力、语言会产生影响,强大的次声波会导致人死亡。当次声频率和人脑同有频率(8Hz-12Hz)接近时,会引起共振刺激人的大脑。对人的心理和意识产生一定的影响。轻者感觉不适,注意力无法集中,情绪上恐惧,不安。还会引起头痛、恶心、晕眩;严重时使人神经错乱。癫狂不止,休克昏厥,丧失思维能力。
  3 动物对次声波的感知 科学家用一些动物做实验发现,强次声波能使狗呼吸困难,使老鼠的耳膜振破,甚至使一些动物心脏破裂而死亡。动物的听觉范围与人不同,人耳听不到的次声波,某些动物却可以听得到,因此,大地震前由于前震产生的次声波能使狗等动物听见而产生烦躁不安等异常现象,据此。可以预测大震将要来临。
  次声波在声学范围内还是一个比较新的领域。它不仅用于探测气象、地震,预报台风、海啸。而且也用于军事侦察。所以这一次声波的产生、传播、接收、影响和应用的研究,已导致现代声学的一个新分支的形成,这就是次声学。有人预计,近代声学研究已不断深入到人的思维和大脑活动领域,声学很有可能是最先突破人脑活动禁区的学科。
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