С таким физическим явлением, как эхо, наверняка знакомы все из вас. В природе эхо проявляется в самых разных местах в горах, в лесу, в пустых помещениях (в квартире, концертном зале, храме, колодце) и так далее.
Проявляет себя эхо таким образом, что повторяет звуки, голоса, слова. В том месте, где существует эхо, любое произнесённое слово повторится с небольшой задержкой. В горах и лесу, звуки могут быть повторены не один, а множество раз.
В древности существование эхо объясняли наличием передразнивающих духов или магией, но с приходом науки физики, это явление было детально изучено, и даже больше поставлено на службу человеку (эхолоты и другие устройства).
Для того, чтобы понять, что такое эхо, необходимо сначала разобраться в природе слова звук.
Понятие звука
Звук это распространение волн в газообразной среде (в данном случае), то есть в воздухе. Проще говоря, воздух является газообразной средой.
Издавая звук, мы тем самым производим в этой среде волны. Это похоже на волны, которые образуются при броске камня в тихую гладь пруда. Точно такие же волны, как и в случае с водой, возникают в воздухе. По этой же причине, звук не распространяется в космосе, так как там нет газообразной среды и образовать волны просто негде.
Ухо человека или животного настроено таким образом, чтобы улавливать колебания воздуха, то есть те самые волны. Определённая сила и последовательность вибрации воздуха улавливаются ухом, после чего попадают в мозг, где им придаётся понятное для восприятие значение звуки, голоса, шум, отдельные слова и так далее.
Как объяснить ребёнку что такое эхо
Чтобы объяснить ребёнку, что такое эхо, можно привести для примера всё тот же тихий пруд, куда вы бросили камень. Из центра падения камня возникают волны, которые начинают расходиться во все стороны. Как только волны достигают какого-либо препятствия, они отражаются и начинают обратный ход. Величина и сила отражённых волн уже меньше, но всё же они присутствуют.
Для детей будет более наглядна картинка ниже:
Тоже самое происходит и с волнами в воздухе. Если звук отражается от какой-либо поверхности, которая его не поглощает, то волны возвращаются назад к своему источнику, в результате чего мы слышим собственный голос спустя несколько мгновений.
Присутствие и сила эха также зависит от плотности и разреженности воздуха и многих других факторов:
1) дальности источника звука и отражающей поверхности;
2) угла этой поверхности по отношению к звуковым волнам;
3) интервала между прямой и отражённой волной.
Эхо в природе
Человек слышит лишь ярко-выраженное и сильное эхо в силу устройства своих органов слуха. Однако, некоторые животные способны слышать эхо постоянно, даже если оно очень незначительное. Данное явление взяли себе на вооружение некоторые виды животных, например, летучие мыши. Летучие мыши издают звук, который отражается от поверхностей и возвращается обратно.
Уши летучих мышей крайне чувствительные и могут улавливать малейшие возникающие изменения колебания воздуха, в частности, собственного эха. Летучая мышь, даже развивая огромную скорость, в полёте никогда не наталкивается на препятствия, так как точно знает где и на каком расстоянии оно находится.
Вдруг… что это?
Вы слышите, что кто-то произносит ваши же слова, только приглушенно, тихо, даже немножко печально. Эхо!
Всем очень нравится эхо, забавно его слушать, и вы начинаете кричать на весь лес: «Ау!..» — и долго еще перекликаетесь.
Но что это такое — эхо? Почему оно бывает?
Вы крикнули — и воздух заколебался, потому что всякое звучащее тело колеблется: колеблются струны скрипки, арфы, рояля, колеблются ваши голосовые связки, когда вы говорите. Звучащее тело колеблется, и от него во все стороны по воздуху распространяется волна, а когда она достигает вашего уха, вы слышите звук.
Но вот звуковая волна натыкается на какое-то препятствие, как морская волна на берег, и возвращается обратно, и вы во второй раз слышите свой голос, но только тихий, потому что волна постепенно ослабевает.
Эхо вы слышите далеко не всегда и не всюду. Для этого нужны определенные условия: препятствие, на которое натыкается звуковая волна, должно находиться на достаточном расстоянии, так, чтобы волна не успела вернуться за одну десятую секунды, потому что наше ухо может воспринять ту же самую звуковую волну не меньше, чем через такой промежуток времени.
Вот что такое эхо. Вот почему оно бывает.
Человек понял природу эха, понял его механику. И вот на основе законов отражения звуковой волны человек создал замечательный прибор — эхолот.
Этот прибор, установленный на борту корабля, посылает звуковую волну в глубину моря. Звук распространяется в воде, достигает дна и возвращается обратно, его снова улавливает прибор. Зная скорость распространения звука в воде и проследив, сколько времени прошло между отправлением и приемом звука, ученые определяют глубину моря в этом месте.
А если послать звук не в глубину моря, то есть не по вертикали, а по горизонтали, то можно определить, как далеко находится судно от берега, или во время тумана узнать, нет ли впереди каких-либо препятствий, на которые рискует наткнуться судно: не идет ли навстречу судно, не плавает ли ледяная гора-айсберг? Звуковая волна натыкается на препятствие и возвращается обратно, ее улавливает прибор, который называется гидролокатором, он и сообщает о препятствии капитану.
Такие локаторы есть и у многих морских животных — живые приборы, которыми их наградила сама природа. Таким прибором обладает кашалот; есть он и у дельфина — умнейшего животного, какое только существует в царство живой природы.
Недавно я читала болгарскую повесть о необыкновенной дружбе белого дельфина с человеком. Человек этот потерпел кораблекрушение и спасся на маленьком скалистом островке, а рядом, в бухточке, отлеживался раненый белый дельфин. Человек ловил рыбу и кормил ею дельфина, а дельфин, выздоровев, оказывал немало важных услуг своему спасителю. Так человек и белый дельфин привыкли, привязались друг к другу. Но вот проходивший мимо островка корабль подобрал человека, и дельфин остался один. Он все ждал и ждал, когда же друг вернется к нему. В последний раз он видел его на борту корабля, и с тех пор дельфин встречал и провожал каждое судно, которое появлялось в этих водах, все надеясь, что человек не забыл его, вернется к нему…
Не раз белый дельфин во время сильных штормов спасал суда, провожая их среди опасных рифов и подводных скал. Моряки хорошо знали его, полюбили и объявили его жизнь неприкосновенной. Они называли дельфина «белым лоцманом», а лоцманы — это специалисты, которые проводят суда по хорошо изученной ими водной дороге, по фарватеру в порты.
В этой болгарской повести рассказывается о жизни разных морских животных и о природных локаторах, благодаря которым они свободно плавают в глубинах моря, не боясь распороть себе брюхо о коварные рифы, спасаясь от врагов. Локатор — замечательное защитное устройство. Есть оно не только у морских животных.
Природный локатор есть и у летучей мыши.
Очень долго для ученых было загадкой поведение этих маленьких животных, которые свободно летают в темноте, никогда не натыкаясь ни на какие препятствия, всегда ловко их минуя. А на лету они еще умудряются уничтожать комаров и совсем крохотных москитов. Между тем глаза у летучих мышей не отличаются остротой зрения; напротив, они очень плохо видят.
В чем же тут дело?
Только недавно, лет тридцать назад, ученые разгадали этот секрет. Оказывается, у летучих мышей есть свой локатор. Они испускают звуки, которые мы не слышим, наше ухо их не улавливает; звуки эти натыкаются на препятствие, возвращаются обратно, и мыши улавливают их своими огромными ушами. Так что глаза им, в общем-то, без надобности: уши заменяют им глаза, они как бы освещают им окружающий мир мощными звуковыми фарами.
Есть замечательное изобретение, созданное человеком по принципу отражения волны, только не звуковой, а радиоволны.
Радиоволны тоже обладают способностью отражаться от предметов, которые встречаются на их пути. И вот перед второй мировой войной ученые создали прибор, способный обнаруживать вражеские самолеты издалека, еще до того как они появлялись над головой. Этот прибор называют радиолокатором, иначе — радаром.
Радар может обнаруживать и вражеские самолеты в небе, и вражеские суда в море, определяет и расстояние до них, и направление.
Радары нужны не только во время войны, но и в мирное время. Они отличные помощники. Метеорологи с их помощью определяют скорость и направление ветров на большой высоте, обнаруживают скопление грозовых туч. Астрономы, послав радио волну на наш ближайший спутник — Луну, смогли определить очень точно расстояние до нее. Это только два примера, а их можно привести немало.
Эхо! Природа этого явления давно объяснена. Но в далекой древности оно казалось загадочным и чудесным. И древние греки придумали поэтичную легенду о лесном эхе.
…Жила-была когда-то в лесу прекрасная нимфа по имени Эхо. Она свободно резвилась, пела и танцевала, как ее подруги — богини лугов, ручейков, источников… Но бедная маленькая нимфа Эхо прогневала грозную, могучую богиню Геру, и Гера наказала ее, запретив ей разговаривать. Нимфа Эхо только и могла теперь что повторять чужие слова.
Вот почему мы и слышим иногда в лесу печальный голос нимфы Эхо. И Пушкин, плененный поэтичностью лесного эха, создал о нем чудесные стихи:
Ревет ли зверь в лесу глухом,
Трубит ли рог, гремит ли гром,
Поет ли дева за холмом —
На всякий звук свой отклик в воздухе пустом
Родишь ты вдруг.
Скорость звука в воде и других средах
Поговорим теперь о скорости звука в жидкости. В частности, в воде. В жидкости измерить скорость звука было, конечно, сложнее. Но в 1826 году в Женевском озере был проведен следующий эксперимент: в воду был опущен колокол и вместе с этим поднимался факел над водой.
Рис. 1. Определение скорости звука в воде
Исследователи в лодке ударяли в колокол, который находился под водой, молотком. В результате звук, который распространялся по воде и под водой, достигал наблюдателя и в этот момент поднимали другой факел, на другой лодке. Засекали время, в течение которого происходило это наблюдение. Итак, скорость звука в воде именно в этом эксперименте составила 1440 . Скорость звука в воде при 8 С составляет 1440.
Обратите внимание, что в данном случае тоже есть зависимость от температуры воды. Конечно, самая большая скорость распространения звука это распространение звука в твердых телах. Например, в стали скорость распространения звука составляет 5000 , т.е. 5 км в секунду. В зависимости от того, какая сталь по составу, скорость может изменяться. Она может быть и больше и составлять даже 6000 .
Можно сделать следующий вывод о величинах, от которых зависит скорость звука в различных веществах. Во-первых, огромную роль играет плотность вещества. Давайте посмотрим на таблицу и пронаблюдаем, как меняется скорость звука в зависимости от вещества.
| Вещество | Скорость звука |
| Вода | 1483 |
| Свинец | 2160 |
| Дерево | 5000 |
| Стекло | 5500 |
| Медь | 4700 |
| Сталь | 5000 6100 |
Второй параметр, определяющий скорость звука в среде, это температура. Об этом мы говорили выше.
Эхо-энцефалография (Эхо-ЭГ)
Эхоэнцефалография (Эхо-ЭГ) – неинвазивный ультразвуковой диагностический метод, позволяющий выявить наличие патологических процессов и изменений в структуре головного мозга.
Исследование Эхо-ЭГ выполняется на современном компьютеризированном оборудовании. Высокое качество аппаратуры экспертного класса позволяет:
- обследовать срединные структуры головного мозга;
- оценивать силу и характер срединных пульсаций в режиме реально времени для оценки степени внутричерепного давления;
- накапливать и отображать полученные данные в автоматическом режиме для снижения влияния человеческого фактора и повышения достоверности диагностики.
Зачем делать обследование Эхо-ЭГ?
Эхоэнцефалография чаще всего назначается врачом-неврологом для первичной диагностики при подозрении на заболевания головного мозга у взрослых и детей. Полученные результаты Эхо-ЭГ позволяют:
- выявить объемные поражения тканей мозга;
- выявить очаги кровоизлияния при подозрении на внутричерепные гематомы;
- выявить размер и локализацию опухолей, кистозных образований и инородных тел;
- выявить гнойные скопления при подозрении на абсцесс мозга головы;
- выполнить контрольные измерения степени внутричерепного давления;
- оценить степень гидроцефалии (водянки) головного мозга.
Показания к Эхо-ЭГ
Эхоэнцефалографию назначают взрослым и детям при следующих симптомах и жалобах:
- при черепно-мозговых травмах и подозрениях на них;
- приступы тошноты, не связанные с приемом пищи;
- головокружение и ощущение шума в ушах;
- ухудшение памяти и работоспособности, дефицит внимания;
- потеря сознания и нарушение координации движений;
- ощущение нехватки воздуха;
- нарушение сна и частые головные боли;
- невротические реакции, такие как тики, энурез, заикание и т.п.
Чаще всего эхоэнцефалография применяется как метод предварительной диагностики перед проведением магнитно-резонансной или компьютерной томографии головного мозга. В некоторых случаях Эхо-ЭГ может полностью заменить эти методы, например, из-за наличия противопоказаний или из-за тяжелого состояния обследуемого.
Противопоказания
Эхоэнцефалография — абсолютно безопасный метод диагностики, не имеющий противопоказаний. Единственное ограничение – открытые раны на голове в зонах установки датчиков.
Подготовка и проведение эхоэнцефалографии
Эхо-ЭГ не требует подготовки. Вы можете сохранять привычный распорядок дня и режим питания.
Эхоэнцефалография головного мозга чаще всего выполняется в положении лежа. В процессе обследования голова должна находиться в неподвижном состоянии, поэтому при проведении Эхо-ЭГ у маленьких детей может потребоваться помощь родителей. На кожу наносится контактный гель, препятствующий образованию помех, и устанавливаются датчики. В зависимости от вида исследования врач последовательно либо плавно перемещает датчики в разные области головы. В первом случае результат диагностики отображается в виде графика, во втором – в виде двухмерного изображения среза головы. Вся процедура длится не больше 10-15 минут.
Результаты ЭХО-ЭГ головного мозга
Результаты эхоэнцефалографии (заключение врача, диаграмма и/или изображение) выдаются на руки пациенту спустя 15-20 минут после проведения исследования. В зависимости от полученных данных вам могут быть назначены дополнительные обследования, а также консультации у врачей других специальностей.
| Стоимость проведения ЭХО-ЭГ | 1 700 рублей |
Отражение звука
Отражение звука
Как можно представить себе отражение звука? Представить можно следующим образом: если звуковая волна распространяется в веществе и доходит до границы с другим веществом, то при взаимодействии частицы второго тела тоже начинают совершать колебания. В свою очередь частицы второго вещества на границе раздела будут передавать свои колебания не только внутрь своей среды, но и передавать среде, из которой волна пришла. Вот таким образом и создается волна отраженная. Отраженная волна, принятая наблюдателем, может нами восприниматься как эхо.
Эхо
Эхо отраженная от какого-либо препятствия звуковая волна, которая воспринимается наблюдателем.
Рис.2. Отражение звука. Эхо
Обратите внимание на то, что эхо мы можем слышать не всегда, а только в том случае, если от момента создания звука до момента восприятия отраженного звука пройдет не меньше 0,06 с. Если время будет меньше, то никакого эха мы не услышим. Наш слуховой аппарат не воспринимает сигнал как два отдельных звука. Именно поэтому мы не слышим эха в маленьких помещениях. Огромную роль играет еще и то, много ли вещей находится в комнате, которые поглощают звук. Например, мягкие пористые вещества хорошо поглощают звук, в этом случае никакого эха не создается.
Эхо является одной из основных проблем при проектировании концертных и театральных залов. Поэтому специальная обивка этих залов производится таким образом, чтобы никакого отражения не было или это отражение было минимально. Но есть области, где мы должны обязательно создавать это отражение, усиливать его.
Рис. 3. Рупор
Например, всем известный рупор работает исключительно на принципе отражения звука. Это либо круглая, либо квадратная труба, в которую мы произносим что-то, и звук в результате отражения от стенок рупора собирается в один пучок, который в определенном направлении распространяется с большой интенсивностью. В этом случае этот звук слышно гораздо дальше.
Список дополнительной литературы:
А так ли хорошо знакомо вам распространение звука? // Квант. 2008. № 3. С. 32-33. Бялко А.В. Физика музыкальной гармонии // Квант. 1987. № 5. С. 41-43. Элементарный учебник физики.Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 3. М., 1974.
Расшифровка результатов: норма и возможные заболевания
Чтобы правильно поставить диагноз, сопоставляются результаты Эхо ЭГ и жалобы пациента. Расшифровкой занимается либо врач-невролог, либо специалист лаборатории. Точный диагноз может поставить только доктор. При интерпретации данных важен опыт врача и точная настройка оборудования.
Чтобы расшифровать данные Эхо ЭГ, врач смотрит на три показателя эхо-сигнала:
- Начальный комплекс. Сигнал отражается от кости, мягких тканей, оболочек мозга и бокового желудочка с той стороны, где происходит сканирование.
- Конечный комплекс. Это отражение ультразвуковой волны от костей черепа и мягких тканей головы противоположного полушария.
- Между ними фиксируется устойчивый сигнал М-эхо, который отражается от срединных отделов мозга: эпифеза, шишковидной железы, прозрачной перегородки и других. М-эхо имеет важнейшее значение для постановки диагноза.
Эхоэнцефалография может проводиться в двух режимах:
- М-метод. Одномерное сканирование, при котором на экране отображается график
- УЗ-сканирование. Двухмерное сканирование. Изображение мозга дается в двух плоскостях.
В норме расстояние М-эхо должно быть одинаковым с одной и с другой стороны головы. Если отклонение больше 1-2 мм (у детей до 3 мм), то это может быть признаком таких состояний, как гематома, отек мозга, абсцесс (скопление гноя), внутримозговые опухоли, ушибы и новообразования. Увеличение объема боковых желудочков и 3-его желудочка говорит о наличии гидроцефалии.
В состоянии бодрствования, сна, тревоги Эхо ЭГ показывает свой ритм: альфа-, бета-, дельта- или тета-ритм. В норме частота альфа-ритма , 8-13 Гц, бета-ритм , 13-30 Гц, тета-ритм , 4-7 Гц, дельта-ритм , 0,5-3 Гц.
При тяжелых нарушениях электроэнцефалографию используют как способ предварительной диагностики. Могут понадобиться дополнительные методы исследований, например магнитно-резонансная томография.
Условия для существования эхо
Для появления эхо нужно несколько условий. Вы никогда не задумывались, почему эхо не слышно в квартире или магазине, но при этом его крайне легко услышать в горах? Дело в том, что человеческое ухо слышит эхо только тогда, когда отраженный звук звучит отдельно от произнесенного, а не наслаивается на него. Для создания такого эффекта необходимо, чтобы время, прошедшее между влиянием самого звука и отраженной волны на ухо прошло не меньше 0,06 секунд. В обычной обстановке (например, в квартире) это не случится из-за небольшого расстояния и различных предметов, которые также поглощают звук.
Результаты эхо-КГ
Результат исследования выдается сразу после его проведения. Расшифровать полученную эхокардиограмму и назначить правильное лечение может детский кардиолог.
Важным является выявление нарушения функции сердечных клапанов – недостаточность или стеноз. При стенозе уменьшается отверстие между предсердием и желудочком сердца или между желудочком и крупным сосудом. Это создает трудности для прохождения крови.
При недостаточности клапана, наоборот, отверстие не прикрывается створками клапана полностью, и кровь частично имеет обратный ток. Оба варианта характерны для порока сердца. И в том, и в другом случае развивается сердечная недостаточность. При врожденных пороках может еще быть незаращение перегородок между полостями сердца и комбинация этих нарушений.
Все эти особенности строения сердца отражаются на эхокардиограмме.
Безэховая камера
Существует помещение, где эхо нет вообще. Оно называется безэховая камера. Безэховые камеры бывают двух видов. Каждый вид служит для глушения того или иного вида эха. Проще говоря, в такой камере звук (или радиоволны) просто не отражаются от стен. Первый акустический тип. Он, как понятно из названия, служит для подавления обычного звукового эха. Второй, соответственно, радиочастотный и необходим для подавления отражения радиоволн.
Оценка результата
Каждая структура головного мозга – от мелкого сосуда до костей черепа, по-своему отражает ультразвуковые волны. На этом и основывается процедура получения эхо изображения на экране аппарата. Расшифровка результата – это сопоставление информации от количественных показателей. Измеряются как расстояния между группами сигналов, так и их общее число.
Принято выделять 3 группы сигналов:
- образующиеся поблизости от УЗИ датчика – они отражаются от тканей и костных элементов черепа, а также коры мозга с формированием начального комплекса;
- отражение УЗИ волны от полушарий – центральный комплекс сигналов;
- отражение импульсов от мозговой ткани и черепных костей, но с противоположной от датчика стороны.
У здорового человека длина начального и конечного комплекса идентична. Если же Эхо Эс смещается свыше двух миллиметров, то допускается, что в противоположном от датчика полушарии сформировалось объемное образование – гематома, новообразование, киста.
Тогда как межполушарная асимметрия выявляется благодаря разному количеству эхо сигналов от левого, а также правого полушария. Причиной подобного сбоя может стать и водянка мозга, и злокачественное новообразование.
Древнегреческий миф о природе эха
Древние греки объясняли многие природные явления мифами. Не стало исключением и эхо. Миф о рождении эха гласит примерно следующее: однажды ревнивая жена Зевса Гера наказала прекрасную нимфу Эхо, запретив ей отвечать на вопросы Эхо могла лишь повторять последние слова, обращенные ей. Эхо увидела прекрасного Нарцисса, гуляющего по лесу. Он, услышав шорох, воскликнул:
- -Кто здесь?
- -Здесь! прокричала в ответ Эхо.
- -Иди сюда!
- -Сюда! радостно ответила Эхо, побежав навстречу Нарциссу, но тот оттолкнул ее, ведь он считал, что его любви достоин лишь он сам. Так и прячется теперь прекрасная нимфа в лесах и горах, изредка повторяя слова путников.
Об эхолокации
Все знают, что летучие мыши и дельфины используют эхолокацию для ориентирования в пространстве. Однако мало кто может ответить на вопрос а как же это все работает?. А работает это примерно так. В первую очередь мышь испускает ультразвук. Дальше она улавливает эхо того самого испущенного ей звука, отразившегося от объектов. Летучая мышь обладает способностью распознавать сверхкороткие промежутки, что проходят от испускания звукового сигнала до возвращения эха. Таким образом мышь определяет расстояние между деревьями или другими объектами, а также видит как далеко находится от нее то или иное насекомое. Что удивительно летучая мышь прекрасно различает эхо от статичного (недвижимого) объекта от объекта движущегося.
У дельфинов эхолокацию обнаружили больше полувека назад. Дельфины так же, как и летучие мыши, используют ультразвук, в основном частоты 80-100 гКц. Испускаемые сигналы у дельфинов невероятно мощны: например, они могут увидеть стаю рыб на расстоянии более одного километра!
Небольшие интересные факты
- Если расстояние от источника шума до ближайшего препятствия (стены или скалы), то эхо не образуется.
- Знаменитая немецкая река Рейн полна сюрпризов. Например, там есть место, где эхо повторяется 20 раз
- В городе Верден, что во Франции, есть две башни. Если крикнуть стоя между ними, то эхо от своего голоса вы услышите до 11 раз.
- Ухо Диониса настоящий рекордсмен в области эхо. Это грот в Сиракузах, по форме и впрямь напоминающий человеческое ухо. Но интересен он отнюдь не этим. За счет своей формы грот делает эхо невероятно сильным. Бросок камня или простой хлопок отзовутся из тьмы настоящим громом
Источники:
- https://otomkak.ru/chto-takoe-eho/
- https://interneturok.ru/lesson/physics/9-klass/mehanicheskie-kolebaniya-i-volny/skorost-zvuka-otrazhenie-zvuka-eho-eryutkin-e-s
- https://vivareit.ru/eho-interesnye-dannye-i-fakty/
