יצירת אולטרסאונד

ה-& quot;סופר" אופיו של אולטרסאונד נובע מכך שהגבול התחתון של רצועת התדר שלו חורג מהשמיעה האנושית, אבל אם מנתחים אותו במונחים של אורך גל, אורך הגל של אולטרסאונד למעשה קצר יותר. מדענים מכנים את המרחק בין שתי פסגות או שקעים סמוכות של גל כאורך גל. אורך הגל של גלים מכניים שהאוזניים האנושיות שלנו יכולות לשמוע הוא 2 ס"מ ~ 20 מ' (2 ס"מ ~ 20 מ'). לכן, אנו קוראים לגלים מכניים עם אורך גל קצר מ-2 ס"מ כ-& quot;אולטרסאונד." עם זאת, ביישומים מעשיים, גלים מכניים עם אורך גל מתחת ל-3.4 ס"מ (מעל 10000 הרץ) יכולים להיחשב כמחקר קולי. אורך הגל של אולטרסאונד המשמש בדרך כלל לאבחון רפואי הוא 10μm ~ 350μm.

אולטרסאונד הוא סוג של גל מכני. הוא חייב להסתמך על המדיום כדי להתפשט ואינו יכול להתקיים בוואקום (כגון חלל). לכן, אנחנו לא יכולים להשתמש באולטרסאונד בוואקום, אבל אנחנו עדיין יכולים להשתמש בציוד הקשור לגלים אלקטרומגנטיים (כולל גלי רדיו, מיקרוגלים וקרני אינפרא אדום). , אור נראה, קרני אולטרה סגול, קרני רנטגן, קרני גמא וכו'), תוך שימוש בטכנולוגיית גלים אלקטרומגנטיים.

באוויר, גלים קוליים מתייחסים לגלים מכניים בעלי אורך גל של פחות מ-2 ס"מ (לדוגמה, 1.7 ס"מ, אורך גל של 2 ס"מ מתאים ל-17000 הרץ, אורך גל של 1.7 ס"מ מתאים ל-20000 הרץ, למעשה, אין תקן קבוע, רק ערך שקל לזכור), ואורך הגל שלו קצר מאוד. נמוך מהגבול התחתון הכללי של שמיעה אנושית (2 ס"מ), אנשים קוראים לזה אולטרסאונד גל מכני בלתי נשמע, ואורך הגל של גלי אינפרסאונד הוא בדרך כלל ארוך מ-20 מטר (לדוגמה, 17 מטר, אורך גל 20 מטר מתאים ל-17Hz, אורך גל של 17 מטר מתאים ל- 20Hz), גבוה מהגבול העליון של אורך הגל של השמיעה. ביישומים מעשיים, גלים קוליים עולים בקנה אחד עם טווח גלי הקול הנשמעים בגלים קצרים, וגלים מכניים בעלי אורך גל קצר מ-3.4 ס"מ (10000 הרץ) יכולים להיחשב כמחקר קולי.

אורך הגל שלו קצר בהרבה מגלי קול רגילים, ולכן ניתן להשתמש בו לחיתוך, ריתוך, קידוח וכו'. בגלל אורך הגל הקצר שלו, יש לו מאפיינים רבים: ראשית, האנזיטרופיה של התפשטות הנגרמת על ידי אורך הגל הקצר, וגם בגלל אורך הגל הקצר ויכולת העקיפה הירודה שלו. למרות שיש לו אנזוטרופיה טובה, יש לו אובדן גדול באוויר ולא ניתן להעברה. רחוק, חדירה גרועה, קל לפיזור. אולטרסאונד נפוץ בתעשייה וברפואה לזיהוי אולטרסאונד. אולטרסאונד, אינפרסאונד וצליל נשמע זהים בעצם. המשותף להם הוא גל מכני, שמתפשט בדרך כלל במדיה אלסטית בצורה של גלים אורכיים. זוהי צורה של התפשטות אנרגיה. ההבדל הוא גלים קוליים. ארוך וקצר, הוא יכול לנוע לאורך קו ישר במרחק מסוים עם מעט עקיפה, ויש לו אניזוטרופיה טובה. עם זאת, בהשוואה לצליל נשמע ואינפראסאונד, יש לו כוח חודר גרוע וקל לפיזור.

חוקי ההתפשטות של השתקפות, שבירה, עקיפה ופיזור של גלים קוליים במדיום אינם שונים במהותם מחוקי התת-סאונד וגלי הקול הנשמעים. אבל אורך הגל של האולטרסאונד קצר מאוד, רק כמה סנטימטרים, אפילו כמה אלפיות המילימטר. בהשוואה לגלים אחרים, לגלים קוליים מאפיינים רבים: מאפייני התפשטות - אורך הגל של גלים קוליים קצר מאוד, וגודלם של מכשולים רגילים גדול פי כמה מאורך הגל של גלים קוליים. לכן, לגלים קוליים יש חדירה גרועה, יכולות עקיפה גרועות ופיזור קל. . זה יכול להתפשט בקו ישר במדיום הומוגני אבל קשה לעקוף אותו. ככל שאורך הגל של הגל האולטראסוני קצר יותר, כך המאפיין ברור יותר. בנוסף, על פי חוק פיזור ריילי, עוצמת הגל המפוזר עומדת ביחס הפוך לחזק הרביעי של אורך הגל, ואורך הגל של הגל האולטראסוני קצר ביותר. , אז הפיזור מאוד רציני ועוצמת החדירה לא טובה. Cavitation ─ ─ כאשר הגל האולטראסוני מתפשט בתווך, ישנה תקופה מתחלפת חיובית ושלילי. בשלב החיובי, הגל האולטראסוני לוחץ את מולקולות המדיום כדי לשנות את הצפיפות המקורית של המדיום ולהגדיל אותה; בשלב הלחץ השלילי כאשר מולקולות המדיום דלילות ומפוזרות עוד יותר, צפיפות המדיום מצטמצמת. כאשר מופעל גל קולי חזק מספיק על המדיום הנוזלי, המרחק הממוצע בין מולקולות המדיום יעלה על המרחק המולקולרי הקריטי ששומר על המדיום הנוזלי קבוע. מתרחש שבר ונוצרות בועות מיקרו. חללים קטנים אלו מתרחבים ונסגרים במהירות, וגורמים להתנגשויות עזות בין חלקיקי הנוזל, וכתוצאה מכך ללחצים של אלפי עד עשרות אלפי אטמוספרות. לאינטראקציה האלימה הזו בין החלקיקים יש אפקט ערבוב טוב, כך ששני הנוזלים הבלתי ניתנים לערבב (כגון מים ושמן) מתחלבים ומאיצים את פירוק המומס. ההשפעות השונות הנגרמות כתוצאה מפעולת גלים קוליים בנוזל נקראות קוויטציה קולית.