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Ambito degli ultrasuoni. Ultrasuoni

Onde meccaniche con frequenza di oscillazione, maggiori di 20.000 Hz non sono percepiti dagli esseri umani come suoni. Da chiamato ultrasonico onde o ultrasuoni. Gli ultrasuoni sono fortemente assorbiti dai gas e molte volte più deboli da solidi e liquidi. Pertanto, le onde ultrasoniche possono propagarsi a distanze considerevoli solo nei solidi e nei liquidi.

Poiché l'energia trasportata dalle onde è proporzionale alla densità del mezzo e al quadrato della frequenza, gli ultrasuoni possono trasportare molta più energia delle onde sonore. Un'altra importante proprietà degli ultrasuoni è quella relativamente facile da eseguire la sua diretta radiazione. Tutto ciò consente di utilizzare ampiamente gli ultrasuoni nella tecnologia.

Le proprietà descritte degli ultrasuoni sono utilizzate in un ecoscandaglio, un dispositivo per determinare la profondità del mare (Fig. 25.11). La nave è dotata di una sorgente e di un ricevitore di ultrasuoni di una certa frequenza. La sorgente invia brevi impulsi ultrasonici e il ricevitore raccoglie gli impulsi riflessi. Conoscere il tempo tra le partenze e ricevere impulsi e la velocità di propagazione degli ultrasuoni in acqua, utilizzando la formula (25.3) determinare la profondità del mare. Un localizzatore a ultrasuoni funziona in modo simile, che viene utilizzato per determinare la distanza da un ostacolo sul percorso della nave in direzione orizzontale. In assenza di tali ostacoli, gli impulsi ultrasonici non ritornano alla nave.

È interessante notare che alcuni animali, come i pipistrelli, hanno organi che agiscono secondo il principio di un localizzatore a ultrasuoni, che consente loro di navigare bene al buio. I delfini hanno un perfetto localizzatore ultrasonico.

Quando gli ultrasuoni attraversano un liquido, le particelle del liquido acquisiscono grandi e forti accelerazioni agire su vari corpi posti in un liquido. Questo viene utilizzato per accelerare un'ampia varietà di processi tecnologici (ad esempio, preparazione di soluzioni, lavaggio parti, concia delle pelli, ecc.).

Con intense vibrazioni ultrasoniche in un liquido, le sue particelle acquisiscono accelerazioni così grandi che per un breve periodo si formano spazi vuoti (vuoti) nel liquido, che collassano bruscamente, creando molti piccoli shock, ad es. si verifica la cavitazione. In queste condizioni, il liquido forte azione schiacciante, che viene utilizzata per preparare sospensioni costituite da particelle atomizzate di un solido in un liquido ed emulsioni - sospensioni di piccole goccioline di un liquido in un altro.

Gli ultrasuoni vengono utilizzati per rilevare i difetti nelle parti metalliche. Nella tecnologia moderna, l'uso degli ultrasuoni è così ampio che è difficile persino elencare tutte le aree del suo utilizzo.

Si noti che il meccanico si chiamano onde con frequenza di oscillazione inferiore a 16 Hz onde infrasoniche o infrasuoni. Inoltre non provocano sensazioni sonore Le onde infrasoniche si verificano in mare durante gli uragani e i terremoti. La velocità di propagazione degli infrasuoni nell'acqua è molto maggiore della velocità di movimento di un uragano o delle onde di uno tsunami gigante generate durante un terremoto. Ciò consente ad alcuni animali marini, in grado di ricevere infrasuoni onde, per ricevere così segnali di un pericolo imminente.

Sebbene l'esistenza degli ultrasuoni sia nota da molto tempo, il suo uso pratico è piuttosto giovane. Al giorno d'oggi, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in vari metodi fisici e tecnologici. Quindi, in base alla velocità di propagazione del suono in un mezzo, vengono giudicate le sue caratteristiche fisiche. Le misure di velocità a frequenze ultrasoniche consentono, con errori molto piccoli, di determinare, ad esempio, le caratteristiche adiabatiche dei processi veloci, i valori della capacità termica specifica dei gas e le costanti elastiche dei solidi.

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Fonti di ultrasuoni

La frequenza delle vibrazioni ultrasoniche utilizzate nell'industria e nella biologia è compresa tra diverse decine di kHz e unità di MHz. Le oscillazioni ad alta frequenza vengono solitamente create utilizzando trasduttori piezoceramici, ad esempio da titanite di bario. Nei casi in cui la potenza delle vibrazioni ultrasoniche è di primaria importanza, vengono solitamente utilizzate sorgenti meccaniche di ultrasuoni. Inizialmente, tutte le onde ultrasoniche venivano ricevute meccanicamente (diapason, fischietti, sirene).

In natura, l'US si trova sia come componente di molti rumori naturali (nel rumore del vento, della cascata, della pioggia, nel rumore dei sassi rotolati dalla risacca del mare, nei suoni che accompagnano le scariche dei fulmini, ecc.), sia tra i suoni del mondo animale. Alcuni animali utilizzano le onde ultrasoniche per rilevare ostacoli, navigare nello spazio e comunicare (balene, delfini, pipistrelli, roditori, tarsi).

Gli emettitori di ultrasuoni possono essere divisi in due grandi gruppi. Il primo comprende emettitori-generatori; le oscillazioni al loro interno sono eccitate a causa della presenza di ostacoli nel percorso di un flusso costante: un getto di gas o liquido. Il secondo gruppo di emettitori - trasduttori elettroacustici; convertono le già date fluttuazioni di tensione o corrente elettrica in una vibrazione meccanica di un corpo solido, che irradia onde acustiche nell'ambiente.

Fischietto Galton

Il primo fischietto ad ultrasuoni fu realizzato nel 1883 dall'inglese Galton.

Gli ultrasuoni vengono creati qui come un suono acuto sul bordo di un coltello quando viene colpito da un flusso d'aria. Il ruolo di una tale punta nel fischietto Galton è svolto da un "labbro" in una piccola cavità risonante cilindrica. Il gas ad alta pressione che passa attraverso un cilindro cavo colpisce questo "labbro"; si verificano oscillazioni, la cui frequenza (circa 170 kHz) è determinata dalle dimensioni dell'ugello e del labbro. La potenza del fischio Galton è bassa. Viene utilizzato principalmente per impartire comandi durante l'addestramento di cani e gatti.

Fischietto ad ultrasuoni liquido

La maggior parte dei fischietti ad ultrasuoni può essere adattata per funzionare in un mezzo liquido. Rispetto alle sorgenti elettriche di ultrasuoni, i fischietti ultrasonici liquidi sono a bassa potenza, ma a volte, ad esempio, per l'omogeneizzazione ultrasonica, hanno un vantaggio significativo. Poiché le onde ultrasoniche sorgono direttamente in un mezzo liquido, non vi è alcuna perdita di energia delle onde ultrasoniche durante il passaggio da un mezzo all'altro. Forse il più riuscito è il design di un fischietto ad ultrasuoni liquido, realizzato dagli scienziati inglesi Kottel e Goodman all'inizio degli anni '50. In esso, un flusso di fluido ad alta pressione esce da un ugello ellittico e viene diretto su una piastra di acciaio.

Varie modifiche di questo design sono diventate abbastanza diffuse per ottenere mezzi omogenei. A causa della semplicità e della stabilità del loro design (solo la piastra oscillante viene distrutta), tali sistemi sono durevoli ed economici.

Sirena

La sirena è una fonte meccanica di vibrazioni elastiche, inclusi gli ultrasuoni. La loro gamma di frequenza può raggiungere i 100 kHz, ma sono note sirene che operano a frequenze fino a 600 kHz. La potenza delle sirene raggiunge decine di kW.

Le sirene aerodinamiche sono utilizzate per scopi di segnalazione e tecnologici (coagulazione di aerosol fini (deposizione di nebbia), distruzione della schiuma, accelerazione dei processi di trasferimento di massa e calore, ecc.).

Tutte le sirene rotative sono costituite da una camera chiusa dall'alto da un disco (statore) in cui è praticato un gran numero di fori. Ci sono lo stesso numero di fori sul disco che ruota all'interno della camera: il rotore. Quando il rotore ruota, la posizione dei fori al suo interno coincide periodicamente con la posizione dei fori sullo statore. L'aria compressa viene continuamente fornita alla camera, che ne fuoriesce nei brevi momenti in cui i fori sul rotore e sullo statore coincidono.

La frequenza del suono nelle sirene dipende dal numero di fori e dalla loro forma geometrica e dalla velocità di rotazione del rotore.

Ultrasuoni in natura

Applicazione degli ultrasuoni

Uso diagnostico degli ultrasuoni in medicina (ultrasuoni)

A causa della buona propagazione degli ultrasuoni nei tessuti molli umani, della relativa innocuità rispetto ai raggi X e della facilità d'uso rispetto alla risonanza magnetica, gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per visualizzare le condizioni degli organi interni umani, in particolare nella cavità addominale e cavità pelvica.

Applicazioni terapeutiche degli ultrasuoni in medicina

Oltre ad essere ampiamente utilizzati per scopi diagnostici (vedi Ultrasuoni), gli ultrasuoni sono utilizzati in medicina (compresa la medicina rigenerativa) come strumento di trattamento.

L'ecografia ha i seguenti effetti:

azioni antinfiammatorie e risolutive;
azioni analgesiche, espasmolitiche;
aumento della cavitazione della permeabilità cutanea. [ ]

L'uso degli ultrasuoni in biologia

La capacità degli ultrasuoni di rompere le membrane cellulari ha trovato applicazione nella ricerca biologica, ad esempio, se necessario, per separare una cellula dagli enzimi. Gli ultrasuoni vengono anche utilizzati per distruggere le strutture intracellulari come i mitocondri e i cloroplasti al fine di studiare la relazione tra la loro struttura e funzione. Un'altra applicazione degli ultrasuoni in biologia è legata alla sua capacità di indurre mutazioni. Studi condotti a Oxford hanno dimostrato che anche gli ultrasuoni a bassa intensità possono danneggiare la molecola del DNA. [ ] La creazione intenzionale artificiale di mutazioni gioca un ruolo importante nel miglioramento genetico delle piante. Il principale vantaggio degli ultrasuoni rispetto ad altri mutageni (raggi X, raggi ultravioletti) è che è estremamente facile lavorarci.

L'uso degli ultrasuoni per la pulizia

L'uso degli ultrasuoni per la pulizia meccanica si basa sul verificarsi di vari effetti non lineari in un liquido sotto la sua influenza. Questi includono cavitazione, flussi acustici, pressione sonora. Il ruolo principale è svolto dalla cavitazione. Le sue bolle, sorgendo e collassando vicino all'inquinamento, le distruggono. Questo effetto è noto come erosione da cavitazione. Gli ultrasuoni utilizzati per questi scopi hanno una bassa frequenza e una maggiore potenza.

In condizioni di laboratorio e di produzione, i bagni ad ultrasuoni riempiti con un solvente (acqua, alcol, ecc.) vengono utilizzati per lavare piccole parti e utensili. A volte con il loro aiuto, anche le radici (patate, carote, barbabietole, ecc.) Vengono lavate dalle particelle di terra.

Applicazione degli ultrasuoni nella misurazione del flusso

Dagli anni '60, i misuratori di portata a ultrasuoni sono stati utilizzati nell'industria per controllare il flusso e tenere conto dell'acqua e del refrigerante.

L'uso degli ultrasuoni nel rilevamento dei difetti

Gli ultrasuoni si propagano bene in alcuni materiali, il che rende possibile utilizzarli per il rilevamento di difetti ad ultrasuoni di prodotti realizzati con questi materiali. Recentemente è stata sviluppata la direzione della microscopia ad ultrasuoni, che consente di studiare lo strato sotto la superficie di un materiale con una buona risoluzione.

saldatura ad ultrasuoni

Saldatura ad ultrasuoni - saldatura a pressione, eseguita sotto l'influenza di vibrazioni ultrasoniche. Questo tipo di saldatura viene utilizzato per unire parti difficili da riscaldare, quando si uniscono metalli dissimili, metalli con forti film di ossido (alluminio, acciai inossidabili, nuclei magnetici in permalloy, ecc.), nella produzione di circuiti integrati.

L'uso degli ultrasuoni in galvanica

Gli ultrasuoni vengono utilizzati per intensificare i processi galvanici e migliorare la qualità dei rivestimenti prodotti con un metodo elettrochimico.

Fisica medica Podkolzina Vera Alexandrovna

18. L'ecografia e la sua applicazione in medicina

L'ultrasuono è una vibrazione meccanica ad alta frequenza di particelle di un mezzo solido, liquido o gassoso, impercettibile all'orecchio umano. La frequenza delle oscillazioni degli ultrasuoni è superiore a 20.000 al secondo, ovvero al di sopra della soglia dell'udito.

A scopo terapeutico, gli ultrasuoni vengono utilizzati con una frequenza da 800.000 a 3.000.000 di vibrazioni al secondo. Dispositivi chiamati trasduttori ultrasonici vengono utilizzati per generare ultrasuoni.

Gli emettitori elettromeccanici più utilizzati. L'uso degli ultrasuoni in medicina è associato alle peculiarità della sua distribuzione e alle proprietà caratteristiche. Per natura fisica, gli ultrasuoni, come il suono, sono un'onda meccanica (elastica). Tuttavia, la lunghezza d'onda degli ultrasuoni è molto più piccola della lunghezza d'onda dell'onda sonora. Quanto maggiori sono le varie impedenze acustiche, tanto più forte è la riflessione e la rifrazione degli ultrasuoni al confine di mezzi dissimili. La riflessione delle onde ultrasoniche dipende dall'angolo di incidenza sull'area interessata: maggiore è l'angolo di incidenza, maggiore è il coefficiente di riflessione.

Nel corpo, gli ultrasuoni con una frequenza di 800-1000 kHz si propagano a una profondità di 8-10 cm e ad una frequenza di 2500-3000 Hz - di 1,0-3,0 cm Gli ultrasuoni vengono assorbiti dai tessuti in modo non uniforme: maggiore è l'acustica densità, minore è l'assorbimento.

Tre fattori agiscono sul corpo umano durante la terapia ad ultrasuoni:

1) micromassaggio meccanico - vibratorio di cellule e tessuti;

2) termico: un aumento della temperatura dei tessuti e la permeabilità delle membrane cellulari;

3) fisico e chimico - stimolazione del metabolismo dei tessuti e dei processi di rigenerazione.

L'effetto biologico degli ultrasuoni dipende dalla sua dose, che può essere stimolante, deprimente o addirittura distruttiva per i tessuti. I più adeguati per effetti terapeutici e profilattici sono piccoli dosaggi di ultrasuoni (fino a 1,2 W/cm 2 ), soprattutto nella modalità a impulsi. Sono in grado di svolgere un'azione analgesica, antisettica (antimicrobica), vasodilatatrice, risolutiva, antinfiammatoria, desensibilizzante (antiallergica).

Nella pratica fisioterapica vengono utilizzati principalmente dispositivi domestici di tre serie: UZT-1, UZT-2, UZT-3.

L'ecografia non viene applicata all'area del cervello, alle vertebre cervicali, alle protuberanze ossee, alle aree delle ossa in crescita, ai tessuti con gravi disturbi circolatori, all'addome durante la gravidanza, allo scroto. Con cautela, gli ultrasuoni vengono utilizzati nella regione del cuore, negli organi endocrini.

Distinguere tra ultrasuoni continui e pulsati. Gli ultrasuoni continui sono chiamati un flusso continuo di onde ultrasoniche. Questo tipo di radiazioni viene utilizzato principalmente per colpire i tessuti molli e le articolazioni. Gli ultrasuoni pulsati sono una radiazione discontinua, ovvero gli ultrasuoni vengono inviati in impulsi separati a intervalli regolari.

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Gli ultrasuoni sono chiamati onde elastiche (onde che si propagano in mezzi liquidi, solidi e gassosi a causa dell'azione di forze elastiche), la cui frequenza si trova al di fuori della gamma udibile dall'uomo - da circa 20 kHz e oltre.

Caratteristiche utili delle onde ultrasoniche

E sebbene fisicamente gli ultrasuoni abbiano la stessa natura di un suono udibile, differendo solo in modo condizionale (frequenza più alta), è proprio a causa della frequenza più alta che gli ultrasuoni sono applicabili in un certo numero di aree utili. Pertanto, quando si misura la velocità degli ultrasuoni in una sostanza solida, liquida o gassosa, si ottengono errori molto piccoli durante il monitoraggio di processi veloci, quando si determina il calore specifico (gas), quando si misurano le costanti elastiche dei solidi.

L'alta frequenza a piccole ampiezze consente di ottenere maggiori densità di flusso di energia, perché l'energia di un'onda elastica è proporzionale al quadrato della sua frequenza. Inoltre, le onde ultrasoniche, utilizzate nel modo giusto, consentono di ottenere una serie di effetti e fenomeni acustici molto particolari.

Uno di questi fenomeni insoliti è la cavitazione acustica, che si verifica quando una potente onda ultrasonica viene diretta in un liquido. In un liquido, nel campo d'azione degli ultrasuoni, minuscole bolle di vapore o gas (di dimensioni submicroscopiche) iniziano a crescere fino a frazioni di millimetri di diametro, mentre pulsano con la frequenza dell'onda e collassano nella fase positiva della pressione.

La bolla che collassa genera un impulso ad alta pressione localmente misurato in migliaia di atmosfere, diventando una fonte di onde d'urto sferiche. I microflussi acustici generati vicino a tali bolle pulsanti sono stati utili per produrre emulsioni, pulire parti, ecc.

Focalizzando gli ultrasuoni si ottengono immagini sonore nell'olografia acustica e nei sistemi di visione sonora si concentra l'energia sonora in modo da formare radiazione direzionale con caratteristiche di direttività determinate e controllate.

Utilizzando un'onda ultrasonica come reticolo di diffrazione per la luce, è possibile modificare gli indici di rifrazione della luce per vari scopi, poiché la densità in un'onda ultrasonica, come in un'onda elastica, in linea di principio, cambia periodicamente.

Infine, le caratteristiche associate alla velocità di propagazione degli ultrasuoni. Nei mezzi inorganici, gli ultrasuoni si propagano a una velocità che dipende dall'elasticità e dalla densità del mezzo.

Per quanto riguarda i mezzi organici, qui i confini e la loro natura influiscono sulla velocità, cioè la velocità di fase dipende dalla frequenza (dispersione). Gli ultrasuoni si attenuano con la rimozione del fronte d'onda dalla sorgente: il fronte diverge, gli ultrasuoni vengono dispersi, assorbiti.

L'attrito interno del mezzo (viscosità di taglio) porta al classico assorbimento degli ultrasuoni; inoltre l'assorbimento di rilassamento degli ultrasuoni supera quello classico. In un gas, gli ultrasuoni si attenuano più fortemente, in solidi e liquidi - molto più debole. Nell'acqua, ad esempio, decade 1000 volte più lentamente che nell'aria. Pertanto, i campi di applicazione industriale degli ultrasuoni sono quasi interamente associati ai corpi solidi e liquidi.

Ultrasuoni in ecolocalizzazione e sonar (alimentazione, difesa, estrazione mineraria)

Il primo prototipo del sonar fu creato per prevenire le collisioni di navi con banchi di ghiaccio e iceberg dall'ingegnere russo Shilovsky insieme al fisico francese Langevin nel 1912.

Il dispositivo utilizzava il principio di riflessione e ricezione di un'onda sonora. Il segnale è stato inviato a un certo punto, e dal ritardo del segnale di risposta (eco), conoscendo la velocità del suono, è stato possibile giudicare la distanza dall'ostacolo che rifletteva il suono.

Shilovsky e Langevin iniziarono a studiare in profondità l'idroacustica e presto crearono un dispositivo in grado di rilevare i sottomarini nemici nel Mar Mediterraneo a una distanza massima di 2 chilometri. Tutti i moderni sonar, compresi quelli militari, sono discendenti dello stesso dispositivo.

I moderni ecoscandagli per lo studio del rilievo inferiore sono costituiti da quattro blocchi: un trasmettitore, un ricevitore, un trasduttore e uno schermo. La funzione del trasmettitore è di inviare impulsi ultrasonici (50 kHz, 192 kHz o 200 kHz) in profondità nell'acqua, che si propagano nell'acqua ad una velocità di 1,5 km / s, dove vengono riflessi da pesci, pietre, altri oggetti e il fondo, quindi l'eco raggiunge il ricevitore, viene elaborato il convertitore e il risultato viene visualizzato sul display in una forma conveniente per la percezione visiva.

Ultrasuoni nel settore dell'elettronica e dell'energia elettrica

Molte aree della fisica moderna non possono fare a meno degli ultrasuoni. La fisica dei solidi e dei semiconduttori, così come l'acustoelettronica, sono per molti versi strettamente associati ai metodi di ricerca ultrasonica, con effetti a una frequenza di 20 kHz e oltre. L'acustoelettronica occupa un posto speciale qui, dove le onde ultrasoniche interagiscono con i campi elettrici e gli elettroni all'interno dei solidi.

Le onde ultrasoniche volumetriche vengono utilizzate sulle linee di ritardo e nei risonatori al quarzo per stabilizzare la frequenza nei moderni sistemi radioelettronici per l'elaborazione e la trasmissione di informazioni. Le onde acustiche di superficie occupano un posto speciale nei filtri passa-banda per la televisione, nei sintetizzatori di frequenza, nei dispositivi di trasferimento di carica delle onde acustiche, nei dispositivi di lettura di immagini e di memoria. Infine, correlatori e convolver utilizzano l'effetto acustoelettrico trasversale nel loro lavoro.

Radioelettronica e ultrasuoni

Per ritardare un segnale elettrico rispetto a un altro, sono utili le linee di ritardo ultrasoniche. L'impulso elettrico viene convertito in una vibrazione meccanica pulsata di frequenza ultrasonica, che si propaga molte volte più lentamente dell'impulso elettromagnetico; quindi la vibrazione meccanica viene riconvertita in un impulso elettrico e si ottiene un segnale ritardato rispetto a quello originariamente applicato.

Per tale conversione vengono solitamente utilizzati trasduttori piezoelettrici o magnetostrittivi, per cui le linee di ritardo sono dette piezoelettriche o magnetostrittive.

In una linea di ritardo piezoelettrica, un segnale elettrico viene applicato a una lastra di quarzo (trasduttore piezoelettrico) rigidamente collegata a un'asta metallica.

Un secondo trasduttore piezoelettrico è fissato all'altra estremità dell'asta. Il trasduttore di ingresso riceve il segnale, crea vibrazioni meccaniche che si propagano lungo l'asta e quando le vibrazioni pervengono attraverso l'asta del secondo trasduttore si ottiene nuovamente un segnale elettrico.

La velocità di propagazione delle oscillazioni lungo l'asta è molto inferiore a quella di un semplice segnale elettrico, quindi il segnale che è passato attraverso l'asta è ritardato rispetto all'ingresso di una quantità associata alla differenza delle velocità elettromagnetica e ultrasonica vibrazioni.

La linea di ritardo magnetostrittivo contiene il trasduttore di ingresso, i magneti, il condotto sonoro, il trasduttore di uscita e gli assorbitori. Il segnale di ingresso viene applicato alla prima bobina, le oscillazioni di frequenza ultrasonica - oscillazioni meccaniche - iniziano nel condotto sonoro dell'asta in materiale magnetostrittivo - il magnete crea qui una polarizzazione costante nella zona di conversione e l'induzione magnetica iniziale.

Ultrasuoni nell'industria manifatturiera (taglio e saldatura)

Tra la sorgente di ultrasuoni e il pezzo viene interposto un materiale abrasivo (sabbia di quarzo, diamante, pietra, ecc.). Gli ultrasuoni agiscono sulle particelle abrasive che, a loro volta, colpiscono il pezzo con la frequenza degli ultrasuoni. Il materiale della parte viene distrutto sotto l'influenza di un numero enorme di piccoli impatti di grani abrasivi: ecco come avviene la lavorazione.

Il taglio si somma al movimento di avanzamento, mentre le oscillazioni longitudinali di taglio sono le principali. La precisione della lavorazione ad ultrasuoni dipende dalla granulometria dell'abrasivo e raggiunge 1 micron. In questo modo vengono eseguiti tagli complessi, necessari nella fabbricazione di parti metalliche, rettifica, incisione e foratura.

Se è necessario saldare metalli dissimili (o anche polimeri) o combinare una parte spessa con una lastra sottile, gli ultrasuoni vengono di nuovo in soccorso. Questo è il cosiddetto. Sotto l'azione degli ultrasuoni nella zona di saldatura, il metallo diventa molto duttile, le parti possono essere ruotate molto facilmente durante la connessione con qualsiasi angolazione. E vale la pena spegnere gli ultrasuoni: le parti si collegheranno istantaneamente, si afferreranno.

È particolarmente interessante notare che la saldatura avviene ad una temperatura inferiore al punto di fusione delle parti, e la loro connessione avviene infatti allo stato solido. Ma è così che vengono saldati acciaio, titanio e persino molibdeno. I fogli sottili sono i più facili da saldare. Questo metodo di saldatura non prevede una preparazione superficiale speciale delle parti, questo vale anche per metalli e polimeri.

Ultrasuoni in metallurgia (rilevamento di difetti a ultrasuoni)

Il rilevamento dei difetti a ultrasuoni è uno dei metodi più efficaci per il controllo della qualità delle parti metalliche senza distruzione. In mezzi omogenei, gli ultrasuoni si propagano senza una rapida attenuazione in una direzione e la riflessione ne è caratteristica al confine del mezzo. Quindi le parti metalliche vengono controllate per la presenza di cavità e crepe al loro interno (interfaccia aria-metallo) e viene rilevata una maggiore fatica del metallo.

L'ecografia è in grado di penetrare in una parte fino a una profondità di 10 metri e le dimensioni dei difetti rilevati sono dell'ordine di 5 mm. Ci sono: ombra, impulso, risonanza, analisi strutturale, visualizzazione - cinque metodi di rilevamento dei difetti ad ultrasuoni.

Il metodo più semplice è il rilevamento del difetto ultrasonico dell'ombra, questo metodo si basa sull'attenuazione dell'onda ultrasonica quando incontra un difetto quando passa attraverso la parte, poiché il difetto crea un'ombra ultrasonica. Due convertitori funzionano: il primo emette un'onda, il secondo riceve.

Questo metodo è insensibile, un difetto viene rilevato solo se la sua influenza cambia il segnale di almeno il 15% ed è anche impossibile determinare la profondità in cui si trova il difetto nella parte. Risultati più accurati sono forniti dal metodo ad ultrasuoni pulsati, mostra anche la profondità.

Gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in cosmetologia e fisioterapia ed è a oscillazioni meccaniche ad alta frequenza delle particelle del mezzo, che si propagano in esso sotto forma di compressioni alternate e rarefazioni della sostanza. La frequenza delle vibrazioni ultrasoniche si trova nella gamma acustica impercettibile (sopra i 16 kHz).

In fisioterapia e cosmetologia, gli ultrasuoni vengono utilizzati con una frequenza di 24-42 kHz, 800-900 kHz o circa 3000 kHz.

Parametri fisici di base e grandezze che vengono utilizzati per valutare le proprietà degli ultrasuoni sono la frequenza e l'intensità delle vibrazioni ultrasoniche.

Frequenza degli ultrasuoni

Frequenza di oscillazioneè il numero di alternanze di compressioni e scariche per unità di tempo. L'unità SI è hertz (Hz). 1 Hz è un'oscillazione al secondo. Nella pratica terapeutica, gli ultrasuoni vengono utilizzati nella gamma di frequenza di 800-3000 kHz (1 kHz=1000 Hz). Selezione della frequenza ultrasonica dipende dalla profondità di localizzazione degli organi e dei tessuti interessati. Con la loro localizzazione superficiale si utilizzano gli ultrasuoni ad alta frequenza (3 MHz), con uno più profondo, frequenze più basse.

Profondità di penetrazione ultrasonica

La profondità di penetrazione delle vibrazioni ultrasoniche dipende dalla loro frequenza. Maggiore è la frequenza di oscillazione, minore è la profondità di penetrazione e viceversa.

Ad una frequenza di 1600-3000 kHz, gli ultrasuoni penetrano a una profondità di 1-1,5 cm (assorbiti dalla pelle).
a una frequenza di 800-900 kHz - di 4-5 cm.
ad una frequenza di 20-45 kHz, penetra a una profondità di 8-14 cm.

Va tenuto presente che la profondità di penetrazione delle sostanze durante la fonoforesi è molto inferiore alla profondità di penetrazione delle onde ultrasoniche (oscillazioni).

Intensità ultrasonica

Intensità delle vibrazioni ultrasoniche- questa è la quantità di energia che passa attraverso 1 cm² dell'area dell'emettitore dell'apparato per 1 secondo. L'unità di misura nel sistema SI è W/cm². L'intensità delle vibrazioni ultrasoniche utilizzate nella pratica fisioterapica e cosmetologia è convenzionalmente suddivisa in:

piccolo(0,05-0,4 W/cm²)
mezzo(0,5-0,8 W/cm²)
grande(0,9-1,2 W/cm²)

bassa intensità ha un effetto stimolante

media- azione correttiva (antinfiammatoria, analgesica)

grande- azione assorbente.

Tra le nuove tecniche è interessante la cosiddetta "liposuzione ultrasonica" - l'utilizzo di ultrasuoni a bassa frequenza (20-45 kHz) ad altissima intensità - fino a 3 W/cm².

Velocità di propagazione degli ultrasuoni in vari mezzi

Velocità di propagazione le vibrazioni ultrasoniche nei tessuti dipendono dalla densità del mezzo e dall'entità della resistenza acustica. Più denso è il tessuto, maggiore è la velocità di propagazione degli ultrasuoni. Quindi, nell'aria è 330 m/s, nell'acqua - 1500 m/s, nel siero del sangue - 1060-1540 m/s, nel tessuto osseo - 3350 m/s. Pertanto, in mezzi disomogenei, come i tessuti corporei, la propagazione degli ultrasuoni avviene in modo non uniforme. Pertanto, il massimo assorbimento dell'energia ultrasonica si osserva nel tessuto osseo, al confine di diversi tessuti, nonché sulle membrane interne delle cellule.

Tipo