Ultrazvuk má velmi malou vlnovou délku a frekvenci větší než 16 kHz. Při jeho šíření vznikají zvukové stíny. Ultrazvukové vlny se mohou šířit ve tvaru úzkých paprsků, které se podobají paprskům světelným. Mohou se odrážet, lámat a zaostřovat, při čemž platí zákony analogické zákonům geometrické optiky. Malé vlnové délky ultrazvukových vln umožňuje nejen soustředit celou energii zvuku v požadovaném směru, ale i zaostřit paprsky, tj. soustředit energii ultrazvuku do nevelkého objemu. Pro zaostřování ultrazvuku je možné použít dutých zrcadel, čoček atd.; zvukové čočky se tvarem podobají optickým, ale zhotovují se z materiálů, v nichž se rychlost šíření zvuku liší od rychlosti zvuku v okolním prostředí. Pro práci ve vodě je možné použít např. čočky zhotovené z plexiskla. Protože energie zvuku je přímoúměrná druhé mocnině frekvence, je i energie a tím i výkon ultrazvuku značně velký.
Zdrojem ultrazvuku mohou být ultrazvukové píšťaly (při proudění vzduchu nebo vody tryskou nadzvukovou rychlostí), ultrazvukové sirény (jsou tvořeny dvěma kovovými kotouči s řadou otvorů, které se navzájem překrývají, a kterými proudí vzduch, použití např. pro čištění plynů), ejektorové generátory (proudící voda okolo tenké destičky způsobuje vznik vírů, které destičku rozkmitají tak, že vydává ultrazvukové vlny, využívá se k výrobě emulzí), magnetostrikce nebo piezoelektrický jev. Jako magnetostrikce se označuje vlastnost některých feromagnetických látek, které se vlivem zmagnetování při průchodu střídavého proudu pravidelně smršťují a roztahují. Piezoelektricky se ultrazvuk vytváří pomocí křemenné destičky napojené na proměnné elektrické napětí. Destička se v rytmu napětí smršťuje a roztahuje a tak kmitá. Krystaly křemene jsou však jako zdroj ultrazvuku drahé a málo výkonné; používá se jich obvykle v laboratořích. V technické praxi se osvědčily syntetické látky, například keramický titaničitan barnatý.
Ačkoli ultrazvuky neslyšíme, přece jen jejich účinek můžeme velmi dobře pozorovat. Ponoříme–li například kmitající destičku do nádoby s olejem, vytvoří se na hladině kapaliny vypuklina vysoká 10 cm a olejové kapky vystřikují až do výšky 40 cm. Když do takové olejové lázně ponoříme konec skleněné trubice dlouhé asi 1 m a druhý konec držíme v ruce, ucítíme, že se trubice silně rozpálila a ožehla nám kůži. Konec takové rozkmitané trubice propálí dokonce otvor do dřeva; energie ultrazvuku se tu mění v teplo. Není proto divu, že utrazvukové kmity mají velmi silný účinek na živý organismus: trhají vlákna vodních řas, drtí živočišné buňky, rozrušují krvinky; malé ryby a žáby usmrtí ultrazvuk za 1 až 2 minuty. Tělesná teplota pokusných zvířat vystavených ultrazvuku se zvyšuje, u myší například na 45 °C.
To, že ultrazvuk člověk neslyší, zdaleka neznamená, že ho nedokáže využít. Ultrazvukovými vlnami, které se díky své krátké vlnové délce málo ohýbají se dá zkoumat např. mořské dno, poloha ledovce, tah ryb apod. Ultrazvuková defektoskopie využívá ultrazvuk k vyhledávání skrytých vad materiálu. Je založena na odrazu ultrazvukových vln na rozhraní dvou prostředí (pevné těleso – vzduch). Je–li v materiálu nějaká vada (dutina, trhlina), ultrazvuková vlna se na ní odrazí a je zachycena zpět přijímačem. Ze vzdálenosti záznamů vyslaného a odraženého impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem. Na stejném principu pracuje i lékařská ultrazvuková diagnostika.
Ultrazvukový snímek hlavy miminka v pátém měsíci těhotenství.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Intenzita ultrazvukových vln je podstatně větší než intenzita slyšitelného zvuku. Při průchodu ultrazvukové vlny prostředím nastává tlaková změna větší než 105 Pa. Ultrazvukem lze tedy přenášet značnou energii a udělovat tak částicím prostředí značné zrychlení. Ultrazvuk se proto může používat na: drobení látek (výroba suspenze z mědi a kapaliny, nebo olova a kapaliny), shlukování drobný částeček (např. částečky obsažené ve vzduchu a v plynech, částice prachu a kouře, ve větší celky, které pak klesají k zemi), tvorbu emulzí (např. oleje a vody), k urychlování chemických reakcí, při výrobě jemné fotografické emulze, ke zrychlení procesů založených na difúzi kapaliny pórovitou látkou (barvení látek, vydělávání kůží).
Za první světové války působily německé ponorky francouzské námořní flotile velké ztráty. Každá loď, která vyplula z anglického nebo francouzského přístavu, se vydávala v nebezpečí, že bude potopena. Pokusy o boj s ponorkami byly neúspěšné. Francouzský fyzik Paul Langevin zkonstruoval přístroj na hledání ponorek. V tomto přístroji, nazvaném ultrazvukový lokátor, vysílal zdroj ultrazvukových kmitů do zvoleného směru pod vodou úzký ultrazvukový paprsek. Ultrazvuk se šířil přímočaře rychlostí jeden a půl kilometru za vteřinu a měl–li volnou dráhu, ztratil se v prostorách oceánu. Vyskytl–li se na dráze paprsku nějaký předmět, který se svou hustotou lišil od hustoty vody, ultrazvukové vlny se odrazily od tohoto předmětu a vrátily se zpět ke zdroji. Zdroj ultrazvuku se po vyslání ultrazvukové vlny přepojil na přístroj, který naslouchal, zda se jím vyslaná vlna nevrací zpět a nenese zprávu o ponorce. Jestliže se do 20 sekund nevrátila ozvěna vyslaného signálu, bylo jisto, že do vzdálenosti 15 kilometrů není žádná ponorka.
Někteří živočichové dokážou vnímat i ultrazvuk. Ultrazvuková pípnutí slouží netopýrům a delfínům k vyhledávání kořisti. Prozradí ji ozvěna, kterou zachytí citlivé sluchové ústrojí – jakýsi zvukový radar. Netopýři mají špatný zrak, přesto se velmi dobře orientují a za letu bezpečně loví drobný hmyz. Dlouho se spekulovalo o tom, který smysl netopýři používají. Vzhledem k velkým uším se předpokládalo, že je to velmi citlivý sluch. Nicméně se dlouho nevědělo, jak se netopýr orientuje ve tmě, jak zjistí polohu překážek, které žádný zvuk nevydávají. Tyto pozoruhodné netopýří vlastnosti poprvé zkoumal Lazzaro Spallanzani v roce 1793. Své výzkumy prováděl tak, že postupně odstranil jednotlivé smysly netopýra. Nejprve zbavil netopýra zraku. K svému podivení zjistil, že i slepý netopýr se orientuje stejně dobře, jako kdyby viděl. Další na řadu přišel čich. Zacpal tedy netopýru nosní otvory. Opět se netopýr bezpečně orientoval a nalézal kořist. Stejný výsledek získal, když netopýra zbavil chuti. Zbýval pouze hmat a sluch. Aby zbavil netopýra hmatu pokryl celé jeho tělo lakem. Avšak ani toto nemělo vliv na jeho schopnost orientace za letu. Zbýval tedy sluch. Stačilo netopýrovi zacpat ušní otvory, aby úplně ztratil schopnost orientace a při letu bezmocně narážel na různé překážky. Tento výzkum nedal odpověď na otázku, pomocí čeho se netopýři orientují ve tmě. Teprve roku 1920 poznal Hartring, že netopýr používá ultrazvuk. Netopýři vysílají nosem ultrazvukové signály o kmitočtu 30 až 120 kHz. Před startem vysílá netopýr takových signálů pět až dest za vteřinu, v letu však desetkrát více, každý trvající asi jednu setinu vteřiny. Čínská žába Amolops tormotus žije u bouřlivě tekoucích bystřin a ozývá se „ptačím zpěvem“. Při analýzách vědci zjistili, že žabí „zpěv“ obsahuje značnou porci ultrazvuku. To je celkem překvapivé, protože většina obojživelníků, plazů a ptáků není s to zachytit zvuky s frekvencí nad 12 kHz.
Netopýr.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
