Was könnten dieser lächelnde Delphin und die gähnende Fledermaus gemeinsam haben? Es ist nicht nur so, dass beide Säugetiere sind. Beide verwenden auch Ultraschall, um Dinge im Dunkeln zu finden.

Was ist Ultraschall?

Ultraschall ist ein Schall, dessen Wellenfrequenz höher ist, als das menschliche Ohr erkennen kann. Es umfasst alle Töne mit Wellenfrequenzen von mehr als 20.000 Wellen pro Sekunde oder 20.000 Hertz (Hz). Obwohl wir Ultraschall nicht hören können, ist er für Menschen und einige andere Tiere sehr nützlich. Zu den Anwendungen von Ultraschall gehören Echoortung, Sonar und Ultraschall.

Echoortung

Tiere wie Fledermäuse und Delfine senden Ultraschallwellen aus und verwenden ihre Echos oder reflektierten Wellen, um die Positionen von Objekten zu identifizieren, die sie nicht sehen können. Dies nennt man Echoortung. Tiere verwenden Echoortung, um Beute zu finden und zu vermeiden, im Dunkeln auf Objekte zu stoßen. Sie können in der Abbildung unten sehen, wie eine Fledermaus Echoortung verwendet, um Insektenbeute zu finden.

Sonar

Sonar verwendet Ultraschall auf eine Weise, die der Echolokalisierung ähnelt. Sonar steht für Sound Navigation and Ranging. Es wird verwendet, um Unterwasserobjekte wie U-Boote zu lokalisieren. So benutzt es das in der Abbildung unten abgebildete Schiff. Ein Sonargerät ist sowohl Sender als auch Empfänger. Es sendet Ultraschallwellen aus und erkennt die Wellen, nachdem sie von Unterwasserobjekten reflektiert wurden.

Die Entfernung zu Unterwasserobjekten kann aus der bekannten Schallgeschwindigkeit im Wasser und der Zeit berechnet werden, die die Schallwellen benötigen, um zum Objekt zu gelangen. Die Gleichung für die zurückgelegte Strecke, wenn Geschwindigkeit und Zeit bekannt sind, lautet:

Entfernung = Geschwindigkeit × Zeit

Betrachten Sie das in der obigen Abbildung abgebildete Schiff und U-Boot. Wenn eine Ultraschallwelle in 2 Sekunden vom Schiff zum U-Boot und wieder zurück wandert, wie groß ist die Entfernung vom Schiff zum U-Boot? Die Schallwelle wandert in nur 1 Sekunde vom Schiff zum U-Boot oder in der Hälfte der Zeit, die für die Hin- und Rückfahrt benötigt wird. Die Geschwindigkeit der Schallwellen durch das Meerwasser beträgt 1437 m / s. Daher beträgt die Entfernung vom Schiff zum U-Boot:

Entfernung = 1437 m / s × 1 s = 1437 m

Q: Angenommen, das Sonargerät auf dem Schiff sendet eine Ultraschallwelle auf den Wasserboden. Wenn die Schallwelle in 4 Sekunden zum Gerät reflektiert wird, wie tief ist das Wasser?

A: Die Zeit, die die Welle benötigt, um den Boden zu erreichen, beträgt 2 Sekunden. Die Entfernung vom Schiff zum Grund des Wassers beträgt also:

Entfernung = 1437 m / s × 2 s = 2874 m

Verwenden Sie das folgende PLIX-Diagramm, um zu simulieren, wie die Echoortung zur Kartierung des Meeresbodens verwendet werden kann:

Ultraschall

Eine andere Verwendung von Ultraschall besteht darin, das Innere des menschlichen Körpers zu „sehen“. Diese Verwendung von Ultraschall wird Ultraschall genannt. Harmlose Ultraschallwellen werden in den Körper gesendet, und die reflektierten Wellen werden verwendet, um ein Bild auf einem Bildschirm zu erstellen. Diese Technologie wird verwendet, um innere Organe und ungeborene Babys ohne Risiko für den Patienten zu untersuchen. Sie können einen Arzt mit Ultraschall in der folgenden Abbildung sehen.

Zusammenfassung

• Ultraschall ist ein Schall, dessen Wellenfrequenz höher ist, als das menschliche Ohr erkennen kann. Es umfasst alle Sounds mit Wellenfrequenzen von mehr als 20.000 Wellen pro Sekunde oder 20.000 Hertz (Hz).
• Tiere wie Fledermäuse und Delfine senden Ultraschallwellen aus und verwenden ihre Echos, um die Positionen von Objekten zu identifizieren, die sie nicht sehen können. Dies nennt man Echoortung.
• Sonar steht für Sound navigation and ranging. Es wird verwendet, um Unterwasserobjekte wie U-Boote zu lokalisieren.
• Ultraschall ist die Verwendung von reflektierten Ultraschallwellen, um das Innere des Körpers zu „sehen“.

Überprüfung

1. Ultraschall definieren.
2. Erklären Sie, wie Tiere Echoortung verwenden, um Dinge im Dunkeln zu finden.
3. Wofür steht sonar? Wie wird es verwendet, um Unterwasserobjekte zu lokalisieren?
4. Ein Sonargerät auf einem Schiff sendet Ultraschallwellen unter Wasser, um ein versunkenes Schiff zu lokalisieren. Die Ultraschallwelle benötigt 0,6 Sekunden, um vom Gerät zum versunkenen Schiff und wieder zurück zu gelangen. Wie weit unter der Oberfläche befindet sich das versunkene Schiff?
5. Wie ist Ultraschall wie Sonar?