Aplicarea ultrasunetelor

sunet # 151; fizic, care este răspândirea sub formă de unde elastice de vibrații mecanice într-un mediu solid, lichid sau gazos. În sens restrâns, sunetul se referă la aceste fluctuații, luate în considerare în legătură cu modul în care sunt percepute de simțurile animalelor și ale oamenilor.







O persoană obișnuită poate auzi vibrații sonore în intervalul de frecvențe de la 16 # 151; 20 Hz până la 15 # 151; 20 kHz. Sunetul aflat sub limita a auzului uman este denumit infrasound; deasupra: până la 1 GHz, # 151; ultrasunete, de la 1 GHz # 151; hipersonic. Volumul sunetului într-un mod complex depinde de presiunea sonoră efectivă, frecvența și forma oscilațiilor și de intensitatea sunetului # 151; nu numai frecvența, dar, de asemenea, pe sunetul davleniya.Kak orice val, sunetul este caracterizat prin amplitudinea și spectrul de propagare a sunetului chastot.Protsess reprezintă, de asemenea, volnu.Vpervye această ipoteză este făcută de celebrul știință englez Isaac Newton.

1 Istoricul istoric

Primele observații privind acustica au fost realizate în secolul al VI-lea î.Hr. Pitagora a stabilit o legătură între pitch și lungimea unui șir sau o conductă care emite un sunet. În secolul al IV-lea. BC Aristotel a fost primul care a imaginat corect cum se propagă sunetul în aer. El a spus că corpul sonor cauzează compresia și rărirea aerului și explică ecoul reflectând sunetul de la obstacole. În secolul al XV-lea, Leonardo da Vinci a formulat principiul independenței undelor sonore din diferite surse.

Dincolo de faptul că, Newton, Savora pe baza acestor studii experimentale, a dat primul calcul al lungimii de undă de sunet, și a ajuns la concluzia este acum bine cunoscut în fizica astfel încât pentru orice lungime de undă tub deschis al sunetului emis este de două ori lungimea tubului. „Și aceasta este principalele efecte sonore“ După cercetarea experimentală Savora la tratamentul matematic al problemei unui șir de vibratoare în 1715, a început un matematicianul englez Brook Taylor, inițiind astfel fizicii matematice în adevăratul sens al cuvântului slova.Emu capabil să calculeze dependența numărului de șirul de la ei lungime, greutate, tensiune și accelerația locală a gravitației.

Explicația reală a ecoului, un fenomen destul de capricios, aparține Chladni, cel puțin în părți importante. Îi avem datoria și o nouă definiție experimentală a limitei superioare a sunetului, care corespunde la 20000 oscilații pe secundă. Aceste măsurători, repetate repetate de fizicieni până acum, sunt foarte subiective și depind de intensitatea și natura sunetului. Dar cele mai cunoscute experimente Chladni în 1787 pentru a studia vibrațiile de plăci, care produc frumoase „figuri acustice“, numite figuri Chladni și se pare că, în cazul în care presărat cu placa oscilantă nisip. Aceste studii experimentale au pus o nouă sarcină a fizicii matematice - problema vibrațiilor membranei.

În secolul al XVIII-lea au fost investigate multe alte fenomene acustice (viteza de propagare a sunetului în solide și gaze, rezonanță, tonuri combinate etc.). Toate acestea au fost explicate prin mișcarea unor părți ale corpului vibratoare și a particulelor mediului în care se propagă sunetul. Cu alte cuvinte, toate fenomenele acustice au fost explicate ca procese mecanice.

In 1787, Chladni, fondatorul acusticii experimentale a deschis vibrația longitudinală a corzilor, plăci, furculițe și clopote. El a fost primul care a măsurat cu exactitate viteza propagării undelor sonore în diferite gaze. El a dovedit că, în solide, sunetul nu se deplasează instantaneu, dar la o viteză finită, iar în 1796 a determinat viteza undelor sonore în solide de sunet relativă în aer. El a inventat o serie de instrumente muzicale. În 1802 a apărut opera lui Ernest Khladni "Acoustics", unde a prezentat o expoziție sistematică de acustică.

După Chladni, omul de știință francez Jean Baptiste Bio în 1809 măsura viteza sunetului în solide.

În 1800, omul de știință englez Thomas Jung a descoperit fenomenul de interferență sonoră și a stabilit principiul suprapunerii valurilor.

În 1816, fizicianul francez Pierre Simon Laplace a derivat o formulă pentru viteza sunetului în gaze. În 1842, fizicianul austriac Christian Dopler a sugerat efectul mișcării relative pe teren (efectul Doppler).

Efectul Doppler # 151; o schimbare a frecvenței și lungimii de undă a undelor înregistrate de receptor, cauzate de mișcarea sursei și / sau de mișcarea receptorului. Efectul este numit după fizicianul austriac K. Doppler.

Și în 1845, Base-Ballot a descoperit experimental efectul Doppler pentru undele acustice.

În 1877, omul de știință american Thomas Alva Edison a inventat un dispozitiv pentru înregistrarea și reproducerea sunetului, pe care ulterior la perfecționat în 1889. Metoda de înregistrare pe care a inventat-o ​​a fost numită una mecanică. În 1880, frații învățați francezi Pierre și Paul Curie au făcut o descoperire care sa dovedit a fi foarte importantă pentru acustică. Ei au descoperit că dacă cristalele de cuarț sunt stoarse din două părți, încărcările electrice apar pe fețele cristalului. Această proprietate este un efect piezoelectric pentru detectarea unui ultrasunete care nu este audibil de către un om. Dimpotrivă, dacă se aplică o tensiune alternativă electrică pe fețele cristalului, acesta va începe să oscileze, să se micșoreze și să se desprindă.

2 Caracteristicile sunetului

volum # 151; acesta este nivelul de putere, care este proporțional cu amplitudinea semnalului audio. Volumul sunetului este măsurat în decibeli și notat cu dB. Unitatea numită după Alexander Graham Bell. Nivelurile presiunii acustice, tipice pentru diferite surse:

Un pistol împușcat la o distanță de câțiva pași este de 140 dB.

Pragul de durere este de 130 dB.

Motorul cu reacție (în cabina avionului) este de 80 dB.

O conversație liniștită - 70 dB.

Rugați într-o cameră liniștită - 40 dB.

Zgomotul din studioul de înregistrare este de 30 dB.

Pragul de auz este de 0 dB.

Frecvență (înălțime) # 150; numărul de oscilații totale pe unitate de timp (unitate de măsură # 150; Hertz). Cu cât este mai mare frecvența, cu atât este mai mare sunetul.

timbru # 150; este un sunet în care există oscilații de diferite seturi de frecvențe și amplitudini. Tonul principal determină pitchul sunetului, tonurile de ton, suprapuse în anumite rapoarte, dau sunetului o anumită culoare # 150; timbrul.

Se poate spune că tonul este determinat de amplitudinile individuale ale armonicilor (adică depinde de numărul de relații armonice și amplitudinile lor la amplitudinea undei fundamentale și este independentă de faza de armonici superioare). Durata (durata) # 150; Timpul pentru care sunetul clar audibil se transformă într-o tăcere absolută.

ultrasunete # 151; Undele sonore care au o frecvență mai mare decât urechea umană percepută, de obicei, prin ultrasunete, sunt înțelese a fi frecvențe mai mari de 20.000 Hertz.

Deși existența ultrasunetelor a fost cunoscută de foarte mult timp, utilizarea sa practică este destul de tânără. În zilele noastre ultrasunetele sunt utilizate pe scară largă în diverse metode fizice și tehnologice. Astfel, viteza de propagare a sunetului într-un mediu este evaluată pe caracteristicile sale fizice. Măsurătorile vitezei la frecvențe ultrasonice permit, cu erori foarte mici, să se determine, de exemplu, caracteristicile adiabatice ale proceselor rapide, căldura specifică a gazelor, constantele elastice ale substanțelor solide.







Frecvența vibrațiilor cu ultrasunete utilizate în industrie și biologie se află în intervalul de la câteva zeci de kHz până la unități de MHz. Oscilațiile de înaltă frecvență sunt create, de obicei, utilizând traductoare piezoceramice, de exemplu titanitul de bariu. În acele cazuri în care puterea vibrațiilor cu ultrasunete are o importanță primordială, sursele mecanice de ultrasunete sunt de obicei utilizate. Inițial, toate undele ultrasonice au fost obținute mecanic (furculițe, fluiere, sirene).

Natura ultrasunete are loc atât ca o componentă a multor zgomot naturale (zgomotul vântului, cascada, ploaie, zgomotul role șindrilă mării, în sunet de fulgere, și așa mai departe. D.), iar printre sunete animale sălbatice. Unele animale folosesc valuri de ultrasunete pentru a detecta obstacolele, orientarea în spațiu și de comunicare (balene, delfini, lilieci, rozătoare, tarsiers).

Emițătorii cu ultrasunete pot fi împărțiți în două grupe mari. Primul include radiatoare-generatoare; oscilațiile din ele sunt excitate datorită prezenței obstacolelor în direcția fluxului constant # 151; un jet de gaz sau lichid. Al doilea grup de radiatoare # 151; traductoare electroacustice; convertesc oscilațiile deja date ale tensiunii sau curentului electric într-o oscilație mecanică a corpului solid, care emite undele acustice în mediul înconjurător.

4 Aplicarea ultrasunetelor

4.1 Ultrasunete în natură

Liliecii, care folosesc ecolocația la orientarea pe timp de noapte, emit în același timp cu gura (piele # 151; Vespertilionidae) sau sub forma unei oglinzi parabolice cu o deschidere nazală (potcoavă # 151; Rhinolophidae) semnale de intensitate extrem de mare. La o distanță de 1 # 151; 5 cm de capul presiunii ultrasunetelor animal atinge 60 mbar, adică corespunde unei regiuni de frecvență de presiune acustică de contact audibil generată de picamer. Liliecii sunt capabili să perceapă ecourile semnalelor lor la o presiune de numai 0,001 mbar, adică, de 10 000 de ori mai puțin decât semnalele emise. În acest caz, liliecii pot ocoli zborul unui obstacol chiar și atunci când interferența cu ultrasunete este impusă asupra semnalelor de ecolocație cu o presiune de 20 mbar. Mecanismul acestei imunități ridicate de zgomot este încă necunoscut. Atunci când liliecii sunt obiecte localizate, de exemplu, filamente întinse vertical cu un diametru de numai 0,005 # 151; 0,008 mm la o distanță de 20 cm (jumătate din intervalul aripilor), schimbarea în timp și diferența de intensitate dintre semnalele emise și reflectate joacă un rol decisiv. Podkonosy poate fi ghidată și cu ajutorul unei singure urechi (monoaurală), care este mult facilitată de auriculele mari care se mișcă continuu. Ele pot compensa chiar și schimbarea de frecvență între semnalele emise și reflectate datorită efectului Doppler (atunci când se apropie de subiect, ecoul este o frecvență mai mare decât semnalul trimis). Scăderea frecvenței în timpul zborului sonar astfel încât frecvența ultrasunetelor reflectate a rămas în zona de sensibilitate maximă a centrelor „auditive“, ele pot determina viteza de deplasare a propriei sale.

Pe timp de noapte, fluturii din familia ursului au dezvoltat un generator de zgomot ultrasonic, "bătând" liliecii care urmăresc aceste insecte.

Echolocarea este folosită pentru navigație și păsări # 151; grăsimi kozodoi sau guaharo. Locuiește în peșterile montane din America Latină # 151; de la Panama, în nord-vest, până la Peru, în sud, și în Surinam, în est. Trăind în întunericul pitch, kozodosul gras, totuși, s-au adaptat pentru a zbura cu stăpânire prin peșteri. Ele produc sunete moi, percepute de urechea umană (frecvența lor este de aproximativ 7000 Hertz). Fiecare clic durează una până la două milisecunde. Sunetul clicului se reflectă din zidurile temniței, din diferite proeminențe și obstacole și este perceput de audierea sensibilă a păsării.

Cetaceenii folosesc echolocarea cu ultrasunete in apa.

4.2 Utilizarea diagnosticului de ultrasunete în medicină (ultrasunete)

Datorită bunei răspândirea ultrasunete în țesutul uman moale, siguranța sa relativă în comparație cu raze X și ușurința de utilizare, comparativ cu imagistica prin rezonanta magnetica, cu ultrasunete este utilizat pe scară largă pentru a vizualiza starea organelor interne, în special în cavitatea abdominală și cavitatea pelviană.

Utilizarea terapeutică a ultrasunetelor în medicină

Pe lângă utilizarea pe scară largă în scopuri de diagnosticare, ecografia este folosită în medicină (inclusiv regenerativă) ca instrument de tratament.

Ecografia are următoarele efecte:

acțiuni antiinflamatorii, de rezolvare;

analgezice, acțiuni antispasmodice;

îmbunătățirea cavitației permeabilității pielii.

fonoforeza # 151; metoda combinată de tratament, în care o substanță terapeutică (ambele medicamente și substanțe de origine naturală) este aplicată țesutului în loc de gel obișnuit pentru emisia cu ultrasunete (utilizat, de exemplu, în ultrasunete). Se presupune că ultrasunetele ajută substanța terapeutică să pătrundă mai adânc în țesuturi.

4.3 Aplicarea ultrasunetelor în cosmetologie

Dispozitivele multifuncționale de cosmetologie care generează vibrații ultrasonice cu o frecvență de 1 MHz sunt folosite pentru a regenera celulele pielii și a stimula metabolismul în ele. Cu ajutorul ultrasunetelor se face micromasaj de celule, microcirculația sângelui și drenajul limfatic îmbunătățește. Ca rezultat, tonul pielii, țesuturilor subcutanate și mușchilor crește. Masajul cu ultrasunete contribuie la eliberarea de substanțe biologice active, elimină spasmul în mușchi, rezultând ridurile netezite, țesuturile feței și ale corpului sunt strânse. Cu ajutorul ultrasunetelor se efectuează cea mai profundă introducere a produselor cosmetice și a preparatelor, precum și a toxinelor și a celulelor.

4.4 Taierea metalelor cu ultrasunete

La mașinile convenționale de tăiat metale, este imposibilă forarea unei găuri înguste de formă complexă, de exemplu sub forma unei stele cu cinci puncte, în partea metalică. Cu ajutorul ultrasunetelor este posibil, vibratorul magnetostrictiv poate găuri o gaură de orice formă. Dalta cu ultrasunete înlocuiește complet mașina de frezat. În același timp, o astfel de daltă este mult mai simplă decât o mașină de frezat și este mai ieftină și mai rapidă prelucrarea pieselor metalice decât cu o mașină de frezat.

Ecranul cu ultrasunete poate face și filetarea în piese metalice, în sticlă, în rubin, în diamant. De obicei, firul este realizat, în primul rând, din metal moale, iar apoi partea este călită. Pe mașina cu ultrasunete, firul poate fi realizat în metal deja întărit și în cele mai grele aliaje. Același lucru cu ștampilele. De obicei, ștampila este întărită după terminarea atentă. Pe mașinile cu ultrasunete, abrazivul (pulberea de emulsie, corundă) din câmpul cu unde ultrasonice produce cel mai complicat tratament. Continuă să oscileze în domeniul ultrasunetelor, particulele de pulbere solidă tăiate în aliajul prelucrat și să taie o gaură de aceeași formă ca și biciul.

4.5 Prepararea amestecurilor prin ultrasunete

Utilizate pe scară largă cu ultrasunete pentru a prepara amestecuri omogene (omogenizare). Totuși, în 1927, cercetătorii americani Limus și Wood a constatat că, dacă cele două lichide nemiscibile (de exemplu, ulei și apă) este drenat într-un pahar și supus la iradiere cu ultrasunete, emulsia se formează în paharul de laborator, și anume, ulei fin în suspensie de apă. Astfel de emulsii sunt foarte importante în industria modernă sunt: ​​lacuri, vopsele, produse farmaceutice, produse cosmetice.

4.6 Aplicarea ultrasunetelor în biologie

Abilitatea ultrasunetelor de a rupe membranele celulare a găsit aplicații în cercetarea biologică, de exemplu, dacă este necesar pentru a separa celula de enzime. Ecografia este folosită și pentru a distruge structurile intracelulare, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele, pentru a studia relația dintre structura și funcțiile lor. O altă aplicație a ultrasunetelor în biologie este legată de capacitatea sa de a provoca mutații. Studiile efectuate în Oxford au arătat că ultrasunetele, chiar de mică intensitate, pot deteriora molecula ADN. Crearea artificială și deliberată a mutațiilor joacă un rol important în creșterea plantelor. Principalul avantaj al ultrasunetelor față de alte mutagene (raze X, raze ultraviolete) este că este extrem de ușor de utilizat.

4.7 Aplicarea ultrasunetelor pentru curățare

Aplicarea ecografiei pentru curățarea mecanică se bazează pe apariția sub influența sa în lichid a diferitelor efecte neliniare. Acestea includ cavitația, curenții acustici, presiunea acustică. Rolul principal este jucat de cavitație. Bulele sale, care apar și se prăbușesc în apropierea contaminanților, le distrug. Acest efect este cunoscut sub numele de eroziunea cavitației. Ecografia folosită în acest scop are o frecvență scăzută și o putere crescută.

În condiții de laborator și de producție, băile cu ultrasunete umplute cu un solvent (apă, alcool etc.) sunt folosite pentru spălarea pieselor mici și a ustensilelor. Uneori, cu ajutorul lor, chiar și culturile de rădăcini (cartofi, morcovi, sfecla etc.) sunt spălate din particulele pământului.

În viața de zi cu zi, pentru spălarea produselor textile, utilizați dispozitive speciale, cu emisie de ultrasunete, plasate într-un container separat.

4.8 Aplicarea ultrasunetelor în ecolocație

În industria pescuitului, ecolocarea cu ultrasunete este utilizată pentru detectarea peștilor de pește. Undele ultrasonice sunt reflectate din școlile de pește și vin la receptorul cu ultrasunete mai devreme decât valul ultrasonic reflectat din partea de jos.

În mașini, sunt utilizați senzori de parcare cu ultrasunete.

Aplicarea ultrasunetelor în măsurarea debitului

Pentru a controla debitul și contabilitatea apei și a agentului de răcire din anii 1960, în industrie sunt utilizați debitmetre cu ultrasunete.

4.9 Aplicarea ultrasunetelor în detectarea defectelor

Ecografia este bine distribuită în unele materiale, ceea ce face posibilă utilizarea acesteia pentru detecția defecțiunilor ultrasonice a produselor din aceste materiale. Recent, sa dezvoltat direcția microscopiei cu ultrasunete, ceea ce face posibilă investigarea stratului subteran al unui material cu o putere de rezolvare bună.

4.10 Sudarea cu ultrasunete

Sudarea cu ultrasunete # 151; sudura sub presiune, efectuată sub influența vibrațiilor cu ultrasunete. Acest tip de sudura este folosit pentru piese de îmbinare, din care căldura este impiedicată, la conectarea metale diferite si metale cu puternice prin pelicula de oxid (aluminiu, oțel inoxidabil, juguri permalloy, și așa mai departe. P.), La fabricarea circuitelor integrate.

Efectul sunetului asupra nisipului







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: