Исследовательская работа по физике «Влияние ультразвука на организмы и растения»

Исследовательская работа по   физике

«Влияние ультразвука на организмы и растения»

Ученики 9 класса МБОУ «СОШ№3» г. Партизанск Приморского края

Иванов Юрий

Шестаков Павел

Руководитель учитель физики Шахова Л.П.

Введение

         При изучении в этом учебном году темы по физике «Механические волны. Звук»  нас заинтересовал вопрос  о влиянии  ультразвуковых волн на организмы и растения.  Поэтому мы решили собрать дома простейшую ультразвуковую цепь и провести исследования.

    Целью данной    работы  было  исследование влияния ультразвука на организмы и растения.

Для достижения этой цели были поставлены

следующие задачи:

-  определить влияние  ультразвука на эффективность стерилизации  при  ультразвуковой обработке жидкости и   хлебной продукции,

-  изучить влияние ультразвука на активность корнеобразования растений

-  исследовать зависимость  корнеобразования от мощности и длительности ультразвукового воздействия.

     Методы исследования

1. Изучение состояния дел в данной области используя интернет-ресурсы, научно-популярную литературу.
2. Посещение медицинского учреждения  с целью изучения принципа действия ультразвуковых приборов (Интервью).
3. Проведение экспериментов
4. Обработка результатов исследования
5. Обобщение

1.   Состояние дел в данной области

  Изучение  влияния  ультразвука (УЗ)  на биологические  объекты  было  начато  еще в тридцатые  годы  прошлого  столетия,  но  до сих пор не потеряло своей актуальности.

   Физически ультразвук – это упругие звуковые колебания высокой частоты в диапазоне от 20 тысяч до 1 миллиарда Гц. Различают высокочастотный (2-10 мГц) и низкочастотный (20-100 кГц) ультразвук

Условное деление акустических колебаний и вола на диапазоны

  Границы, разделяющие отдельные диапазоны акустических колебаний, достаточно условны. Граница между звуком и ультразвуком, например, зависит от индивидуальных особенностей человеческого слуха. Одни люди не слышат звуки с частотой и 10 кГц, другие могу т воспринимать звуки с частотой до 25 кГц.

   Многие животные слышат звуки значительно более высоких частот, чем человек. Собаки улавливают звуковые колебания до 44кГц, крысы - до 72 кГц, летучие мыши - до 115 кГц. Верхняя граница звукового восприятия в определенной степени зависит от расстояния между ушами. Чем ближе уши, тем более высокие звуки различает животное. Слон, например, ощущает звуковые колебания только до 12 кГц.

   Верхняя граница ультразвукового диапазона обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде лишь при условии, что длина волны больше средней длины свободного пробега молекул в газах или межмолекулярных (межатомных) расстояний в жидкостях и твердых телах. Исходя из этого, нетрудно рассчитать, что верхняя граница ультразвукового диапазона в газах составляет около 1 ГГц (109 Гц), а в твердых телах - примерно 1013 Гц.

   Ультразвук с частотой более 1 ГГц иногда выделяют в отдельный диапазон и называют гиперзвуком.

                         звуки животного мира. 

 Ультразвук применяется:    

в технике

    Ультразвуковая дефектоскопия -   поиск дефектов в материале изделия ультразвуковым методом, то есть путём излучения и принятия ультразвуковых колебаний, и дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и других характеристик с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа.

в медицине

      Диагностическое применение ультразвука
в медицине (УЗИ)  - неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн. 

Побывав в физиокабинете

городской детской поликлиники, мы узнали, что в физиотерапевтической практике используют ультразвуковые колебания частотой от 800 до 3000 кГц,

 в ультразвуковой хирургии — от 20 до 100 кГц.    

 Дотирование осуществляется по интенсивности ультразвука, длительности воздействия, а также по режиму генерации ультразвука (непрерывный, импульсный).

     Интенсивность ультразвука до 0,4 Вт/см2 считается низкой, в пределах 0,5—0,8 Вт/см2— средней, 1 Вт/см2 и выше — высокой.

    Как правило, в лечебных целях используют ультразвук интенсивностью не выше 1 Вт/см2.

 Он широко применяется в медицинской диагностике – для безопасной по сравнению с рентгеноскопией и простой по сравнению с магнитно-резонансной томографией визуализации внутренних органов – и терапии. Его действие на человеческий организм весьма разносторонне:

– противовоспалительное;

– противоотечное;

– регенерирующее (травмы, раны, ожоги, последствия инвазивных процедур – например, чистки лица, и пр.);

– спазмолитическое, анальгезирующее;

– кавитационное (усиливает проницаемость кожи для медикаментов и косметологических средств).

      Проникая на глубину 6-7 см в ткани тела, ультразвук без каких-либо болезненных ощущений осуществляет микромассаж и мягкое прогревание тканей, регулируя тонус мышц, способствуя рассасыванию рубцово-спаечных образований, вызывая рефлекторное расширение сосудов, тем самым способствуя улучшению капиллярного кровоснабжения и оттоку венозной крови, также уменьшая мышечные боли.

Наиболее важным и значимым аспектом в лечении заболеваний пародонта является качественное удаление зубных отложений. Современные ультразвуковые системы позволяют качественнее удалить зубные отложения, разрушить микробную пленку, обеспечить высокий антимикробный эффект, отполировать поверхность корня.

      Последние исследования в области волновой генетики говорят о том, что УЗ отрицательно влияет на ДНК клетки. Нарушает её волновые свойства, тем самым изменяет процессы связи в клетках зарождающегося организма.

Практическая часть

    Положительное действие ультразвука на процесс  корнеобразования, укоренения, роста черенков     было получено при применении ультразвуковой  установки «Витафон» и  собранным по схеме электроакустическим преобразователем «ЮРПАШ»-1ЛП.

      Исследования  воздействия  ультразвука  на растения проводили  на черенках розы и шеффлеры.    Были подобраны режимы ультразвуковой обработки на стадиях образования  черенков и корней   без нарушения в них свойств исходного растения.   Черенки  имели одинаковый размер.  Использовали  несколько  вариантов обработки: 1 – контроль( без обработки); 2 – обработка ультразвуком(УЗ) . интенсивность УЗ 0,5 Вт\см2 и временем воздействия 10 -20 минут.

Упрощенная схема

Усиленная схема

 В импульсном режиме генерировался ультразвук с частотой    30    кГц и длительностью до 10 минут в течении 5 дней.   

Начальный этап

                                            Облученный УЗ                           Контроль                                                        

1,5 недели

            Облученный УЗ                                                                      Контроль

     Благодаря ультразвуковому капиллярному  эффекту  наблюдалось    увеличение  скорости роста боковых побегов.  При проведении опытов у черенков розы наблюдался рост   боковых побегов, но не наблюдали зачатков корней.      При увеличении  дозы облучения  до 2 часов в течении 1-й недели результат оказался отрицательным  черенки высохли. Вероятно доза озвучивания слишком высокая.

2. Выводы к работе, её перспективы. 

   В результате нашего исследования подтвердилась гипотеза, что ультразвуковые волны оказывают как положительное так и отрицательное действие на организмы и растения.

  В данной работе выявлено увеличение скорости корнеобразования  и роста   боковых побегов  за счет ультразвукового капиллярного эффекта у черенков розы и шеффлеры.  Исследован результат  стерилизации  УЗ обработкой  хлебной продукции и влияние УЗ на живые организмы.  

И прежде чем применить ультразвук для лечения болезней человека, действие его тщательно нужно проверять и изучать.

    Мы думаем, что ультразвуковой капиллярный эффект со временем послужит разгадке некоторых других биологических процессов.

1. Может ли сердце быть единственным источником движения крови? Ведь сердечнососудистая система – это капилляры общей длиной около 100 тыс. км. Если бы сердце и сосуды работали по известным законам гидродинамики, то, чтобы прокачать кровь, оно должно быть в 40 раз мощнее. Нет ли у сердца помощника – ультразвукового насоса? 

    Эти вопрсы мы будем изучать в дальнейшем.

Литература:

1. Гаряев П.П., Татур В.Ю., Юнин А.М., 2009, Новый подход к эволюции Живого и ноосфера, Клаузура ноосферы, ч.1, Москва, "Ноосфера", с.286- 292.
2. Гаряев П.П., Чудин В.И., Березин А.А., Ялакас М.Э., 2010, Хромосомный биокомпьютер, Врач, N4, с.30-33. Издательство "Медицина".
3. Гаряев П.П., Васильев А.А., Березин А.А., 1991, Геном как голографический компьютер, ГИПОТЕЗА (независ.науч.ж.) N1, N1,1991-1992 гг., с.24-43;
4.  Акопян В.Б., ЕршовЮ.А. - Основывзаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М, 2005.