Fizyczne podstawy

stosowania

ultradźwięków

w medycynie

Fale mechaniczne

Fala mechaniczna jest to zaburzenie

rozchodzące się w ośrodku

sprężystym

i przenoszące energię, a polegające na

drganiach cząsteczek wokół położeń

równowagi.

Rodzaje fal

mechanicznych

Fala podłużna

Fala podłużna

Jest to fala sprężysta, w której drgania

cząstek ośrodka zachodzą w kierunku

równoległym do kierunku rozchodzenia się

fali.

Fala poprzeczna

Fala poprzeczna

Fala poprzeczna jest to fala, w której cząstki

ośrodka drgają w płaszczyźnie prostopadłej do

kierunku rozchodzenia się fali. Mogą powstawać

tylko w ośrodkach mających sprężystość postaci,

czyli w ciała stałych. Fale podłużne związane są ze

sprężystością objętościową ośrodka. Z tego

powodu, mogą one występować zarówno w

ciałach stałych, jak i w cieczach lub gazach.

• płaska - zaburzenie rozchodzi się

w jednym kierunku

• kolista - zaburzenie rozchodzi się

po płaszczyźnie

• kulista - zaburzenie rozchodzi się

w przestrzeni

Wielkości

charakteryzujące ruch

falowy

• Częstotliwość
• Długość fali
• Prędkość fali
• Amplituda
• Energia fali
• Odbicie
• Ugięcie
• Załamanie

Częstotliwość

Częstotliwość drgań jest ściśle związana

z okresem. 

Częstotliwość równa jest ilości drgań,

jakie wykonują punkty ośrodka w

ciągu jednostki czasu (najczęściej

1s).

Częstotliwość jest odwrotnością okresu:

f=1/T

Długość fali

Odległość jaką

przebywa fala

w ciągu

jednego
pełnego

okresu.

 =V/T

Prędkość fali

Prędkość rozchodzenia się fali

dźwiękowej jest zależna od gęstości i

własności sprężystych ośrodka, na

przykład od ciśnienia i temperatury

powietrza.

W przypadku, gdy powietrze porusza się,

fale dźwiękowe są unoszone wraz z nim

i prędkość ich zależy dodatkowo od

kierunku i prędkości tego ruchu.

Amplituda

Jest to największe wychylenie ciała z

położenia równowagi.

Energia fali

Fala przenosi energię od źródła drgań, które ją wysyła,

przy czym energia ta równoważna jest pracy zużytej na

zakłócenie równowagi cząsteczek ośrodka, w którym

rozchodzi się fala (pomijając straty na pokonanie

oporów ośrodka).

Badania wykazały, że energia E przenoszona przez falę

jest wprost proporcjonalna do kwadratu amplitudy

i kwadratu częstotliwości fali. Stosunek przepływającej

energii E do iloczynu powierzchni fali S i czasu t,

w którym przepływa jest miarą natężenia fali I.

I = E/St

Jednostką natężenia fali w układzie SI jest W/m

2

Odbicie

Odbicie fali (fala płaska wytworzona na

powierzchni wody natrafiwszy na

przeszkodę ulega odbiciu od niej

zmieniając swój kierunek rozchodzenia się

Ugięcie

Zjawisko dyfrakcji jest to ugięcie się fali przy

przejściu przez przeszkodę. Zjawisko

dyfrakcji jest szczególnie widoczne, gdy

rozmiary przeszkody są porównywalne z

długością fali. Przykładem takiego ugięcia

może być ugięcie fali płaskiej i utworzenie

fali kolistej.

Załamanie

Fala, dochodząc

do innego

ośrodka, nie tylko
może się odbić od

granicy ośrodków;

może również

wniknąć do

ośrodka i wtedy

ulega załamaniu.