Źródła naturalne i sztuczne

Źródła naturalne i sztuczne

ultradźwięków

ultradźwięków

Metody wytwarzania

Metody wytwarzania

ultradźwięków

ultradźwięków

Sylwia Winiewska

Sylwia Winiewska

Amadeusz Pławski

Amadeusz Pławski

Naturalne źródła

Naturalne źródła

ultradźwięków:

ultradźwięków:

•

Nietoperze

Nietoperze

•

Walenie

Walenie

•

Delfiny

Delfiny

Nietoperze:

Nietoperze:

•

Niektóre nietoperze posiadają specjalny narząd

Niektóre nietoperze posiadają specjalny narząd

wytwarzający ultradźwięki oraz bardzo duże i

wytwarzający ultradźwięki oraz bardzo duże i

sprawne uszy. Są one zdolne do wykrywania owadów

sprawne uszy. Są one zdolne do wykrywania owadów

latających w absolutnych ciemnościach (ćmy).

latających w absolutnych ciemnościach (ćmy).

Niektóre owady bronią się przed atakiem nietoperza

Niektóre owady bronią się przed atakiem nietoperza

dzięki zdolności do detekcji pochodzących od niego

dzięki zdolności do detekcji pochodzących od niego

ultradźwięków. Ten mały ssak tuż przed atakiem

ultradźwięków. Ten mały ssak tuż przed atakiem

wysyła w kierunku ofiary specjalną skupioną wiązkę

wysyła w kierunku ofiary specjalną skupioną wiązkę

promieniowania, aby zwiększyć precyzję pomiaru

promieniowania, aby zwiększyć precyzję pomiaru

odległości. Jeżeli owad usłyszy taki dźwięk,

odległości. Jeżeli owad usłyszy taki dźwięk,

natychmiast składa skrzydła i spada na ziemię,

natychmiast składa skrzydła i spada na ziemię,

dzięki czemu nietoperz nie może go już odnaleźć.

dzięki czemu nietoperz nie może go już odnaleźć.

Walenie:

Walenie:

•

Ultradźwięki wykorzystują również

Ultradźwięki wykorzystują również

walenie. Wieloryby czy kaszaloty

walenie. Wieloryby czy kaszaloty

używają ich do echolokacji

używają ich do echolokacji

analogicznie do łodzi podwodnych,

analogicznie do łodzi podwodnych,

dzięki czemu mogą namierzać ławice

dzięki czemu mogą namierzać ławice

swoich ofiar.

swoich ofiar.

Delfiny:

Delfiny:

•

Jednak najdoskonalszy zmysł echolokacji posiadają delfiny.

Jednak najdoskonalszy zmysł echolokacji posiadają delfiny.

Na ich głowach umieszczony jest specjalny rezonator

Na ich głowach umieszczony jest specjalny rezonator

pozwalający na bardzo precyzyjne generowanie strumienia

pozwalający na bardzo precyzyjne generowanie strumienia

ultradźwięków. Jednocześnie ogromne mózgi delfinów są w

ultradźwięków. Jednocześnie ogromne mózgi delfinów są w

stanie przetworzyć uzyskane w ten sposób dane w

stanie przetworzyć uzyskane w ten sposób dane w

trójwymiarowy model otoczenia. Badania nad tymi

trójwymiarowy model otoczenia. Badania nad tymi

niesamowitymi ssakami wykazały, że poprzez ultradźwięki

niesamowitymi ssakami wykazały, że poprzez ultradźwięki

postrzegają one swoje środowisko z taką precyzją jak my

postrzegają one swoje środowisko z taką precyzją jak my

widzimy nasz świat oczami odbierającymi światło. Jednak

widzimy nasz świat oczami odbierającymi światło. Jednak

delfiny są w stanie nie tylko dostrzec wszystko wokół siebie,

delfiny są w stanie nie tylko dostrzec wszystko wokół siebie,

ale również mogą zajrzeć do wnętrza innych istot. Ssaki te

ale również mogą zajrzeć do wnętrza innych istot. Ssaki te

wykorzystują swoje zdolności podczas polowania. Mogą

wykorzystują swoje zdolności podczas polowania. Mogą

odnaleźć ukryte pod piaskiem zwierzęta. Niektórzy biolodzy

odnaleźć ukryte pod piaskiem zwierzęta. Niektórzy biolodzy

uważają, że delfiny wykorzystują silne ultradźwięki również

uważają, że delfiny wykorzystują silne ultradźwięki również

do ogłuszania swoich ofiar.

do ogłuszania swoich ofiar.

Sztuczne źródła

Sztuczne źródła

ultradźwięków:

ultradźwięków:

•

Piszczałki

Piszczałki

•

Turbiny

Turbiny

•

Drgające z odpowiednią częstotliwością

Drgające z odpowiednią częstotliwością

powierzchnie ciał stałych

powierzchnie ciał stałych

•

Struny

Struny

•

Gwizdki

Gwizdki

•

Syreny

Syreny

Metody wytwarzania

Metody wytwarzania

ultradźwięków

ultradźwięków

Generowanie ultradźwięków w

Generowanie ultradźwięków w

medycynie jest związane z

medycynie jest związane z

odwróconym efektem

odwróconym efektem

piezoelektrycznym

piezoelektrycznym

Efekt piezoelektryczny:

Efekt piezoelektryczny:

•

Występuje w niektórych rodzajach

Występuje w niektórych rodzajach

kryształów jonowych

kryształów jonowych

•

Jest to powstawanie momentu

Jest to powstawanie momentu

dipolowego czyli pola elektrycznego

dipolowego czyli pola elektrycznego

w tych kryształach w odpowiedzi na

w tych kryształach w odpowiedzi na

przyłączone do nich napięcie

przyłączone do nich napięcie

mechaniczne

mechaniczne

1.Naprężenie mechaniczne

1.Naprężenie mechaniczne

2.Przesunięcie względem siebie

2.Przesunięcie względem siebie

jonów dodatnich i ujemnych

jonów dodatnich i ujemnych

wchodzących w skład kryształu

wchodzących w skład kryształu

3.Zaburzenie równomierności

3.Zaburzenie równomierności

przestrzennego rozłożenia ładunku

przestrzennego rozłożenia ładunku

4.W krysztale indukuje się moment

4.W krysztale indukuje się moment

dipolowy

dipolowy

5.Pojawia się różnica potencjałów

5.Pojawia się różnica potencjałów

elektrycznych między ściskanymi

elektrycznych między ściskanymi

powierzchniami

powierzchniami

Efekt piezoelektryczny

Efekt piezoelektryczny

charakteryzuje liniowość- w

charakteryzuje liniowość- w

pewnych granicach istnieje

pewnych granicach istnieje

liniowa zależność między

liniowa zależność między

wielkością odkształcenia a

wielkością odkształcenia a

powstającym w jego wyniku

powstającym w jego wyniku

napięciem elektrycznym.

napięciem elektrycznym.

Odwrócony efekt

Odwrócony efekt

piezoelektryczny:

piezoelektryczny:

•

Odkształcenie kryształu (naprężenie

Odkształcenie kryształu (naprężenie

mechaniczne) w odpowiedzi na

mechaniczne) w odpowiedzi na

pojawienie się zewnętrznego pola

pojawienie się zewnętrznego pola

elektrycznego.

elektrycznego.

1.Kryształ np. kwarcu umieszczony w

1.Kryształ np. kwarcu umieszczony w

zewnętrznym zmiennym polu

zewnętrznym zmiennym polu

elektrycznym.

elektrycznym.

2.Zaczyna drgać zgodnie z częstotliwością

2.Zaczyna drgać zgodnie z częstotliwością

Zmian pola elektrycznego

Zmian pola elektrycznego

3.Jeśli częstotliwość zew. pola

3.Jeśli częstotliwość zew. pola

elektrycznego jest równa

elektrycznego jest równa

częstotliwości własnej drgań

częstotliwości własnej drgań

kryształu następuje rezonans

kryształu następuje rezonans

4.Powierzchnie kryształu

4.Powierzchnie kryształu

zaczynają drgać ze znaczną

zaczynają drgać ze znaczną

amplitudą

amplitudą

5.Powstaje fala akustyczna

5.Powstaje fala akustyczna

6.Gdy częstotliwość zmian pola

6.Gdy częstotliwość zmian pola

elektrycznego> 20kHz

elektrycznego> 20kHz

generowane są ultradźwięki.

generowane są ultradźwięki.

Zjawisko magnetostrykcji:

Zjawisko magnetostrykcji:

•

Zjawisko magnetostrykcji polega na tym, że pręty

Zjawisko magnetostrykcji polega na tym, że pręty

ciał ferromagnetycznych , np. żelaza czy niklu,

ciał ferromagnetycznych , np. żelaza czy niklu,

doznają podczas magnesowania zmian długości.

doznają podczas magnesowania zmian długości.

Pręt z żelaza lub niklu umieszczony w cewce

Pręt z żelaza lub niklu umieszczony w cewce

wytwarzającej drgania pola magnetycznego

wytwarzającej drgania pola magnetycznego

wielkiej częstotliwości, jest pobudzany do drgań

wielkiej częstotliwości, jest pobudzany do drgań

podłużnych z częstotliwością drgań pola. Drgania

podłużnych z częstotliwością drgań pola. Drgania

te są szczególnie silne w przypadku rezonansu, tj.

te są szczególnie silne w przypadku rezonansu, tj.

gdy częstotliwość zmian pola pokrywa się z

gdy częstotliwość zmian pola pokrywa się z

częstotliwością własną pręta.

częstotliwością własną pręta.

Energia drgań jest odprowadzona z końca pręta z

Energia drgań jest odprowadzona z końca pręta z

przekroju poprzecznego. Za pomocą tej metody

przekroju poprzecznego. Za pomocą tej metody

można wytworzyć drgania nawet o częstotliwości

można wytworzyć drgania nawet o częstotliwości

60 000 Hz, przy czym długość pręta niklowego

60 000 Hz, przy czym długość pręta niklowego

wynosi w tym przypadku zaledwie 4 cm.

wynosi w tym przypadku zaledwie 4 cm.

Metoda udarowa:

Metoda udarowa:

•

Metoda udarowa polegająca na wytworzeniu

Metoda udarowa polegająca na wytworzeniu

deformacji (odkształcenia) przy zderzeniu stałych

deformacji (odkształcenia) przy zderzeniu stałych

ciał sprężystych np. uderzenie małej kuli stalowej o

ciał sprężystych np. uderzenie małej kuli stalowej o

bryłę (płytę, blok, itp.) ciała stałego powoduje

bryłę (płytę, blok, itp.) ciała stałego powoduje

powstanie fal sprężystych, których częstotliwości

powstanie fal sprężystych, których częstotliwości

mogą sięgać 100kHz..

mogą sięgać 100kHz..

Do mechanicznych metod wytwarzania

Do mechanicznych metod wytwarzania

ultradźwięków szerokopasmowych należy także

ultradźwięków szerokopasmowych należy także

wykorzystanie zjawiska tarcia między ciałami

wykorzystanie zjawiska tarcia między ciałami

stałymi. Generowane sygnały zależą od prędkości

stałymi. Generowane sygnały zależą od prędkości

poruszania się i stanu trących o siebie powierzchni.

poruszania się i stanu trących o siebie powierzchni.

Metody optyczne:

Metody optyczne:

•

W zależności od własności światła laserowego i

W zależności od własności światła laserowego i

sposobu jego oddziaływania z materialnym ośrodkiem

sposobu jego oddziaływania z materialnym ośrodkiem

można w nim wytworzyć fale sprężyste w szerokim

można w nim wytworzyć fale sprężyste w szerokim

zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do

zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do

zakresu hiperdźwiękowego. Metoda ta jest

zakresu hiperdźwiękowego. Metoda ta jest

bezkontaktowa i umożliwia wzbudzanie bardzo

bezkontaktowa i umożliwia wzbudzanie bardzo

krótkich impulsów o nano- i pikosekundowych czasach

krótkich impulsów o nano- i pikosekundowych czasach

trwania, przy czym amplitudy impulsów sprężystych

trwania, przy czym amplitudy impulsów sprężystych

mogą być bardzo małe oraz bardzo duże w zależności

mogą być bardzo małe oraz bardzo duże w zależności

od mocy użytych laserów. W zależności od

od mocy użytych laserów. W zależności od

uformowania wiązki laserowej wzbudzania mogą być

uformowania wiązki laserowej wzbudzania mogą być

zlokalizowane nawet na bardzo małych

zlokalizowane nawet na bardzo małych

powierzchniach

powierzchniach