SPRAWOZDANIE

Laura Badawika

Adrianna Kłusek

Katarzyna Maciejewska

ZiIP rok II gr. 2

Ultradźwięki – fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości, jednocześnie dolną granicę ultradźwięków, uważa się częstotliwość 20 kHz^], choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Za umowną, górną, granicę ultradźwięków przyjmuje się częstotliwość 10 GHz. Zaczyna się od niej zakres hiperdźwięków^] Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

Fale ultradźwiękowe to fale mechniczne. Falami mechanicznymi nazywa się fale rozchodzące się w ośrodkach sprężystych. Ich ruch polega na przemieszczaniu się wychyleń cząstek ośrodka z położenia równowagi. Dzięki sprężystości ośrodka drgania takie przekazywane są coraz to dalej położonym cząstkom i w ten sposób fala przechodzi przez ośrodek materialny.

Ważny jest fakt, że sam ośrodek nie zmienia położenia. Wychyleniom ulegają jedynie jego cząstki z położeń równowagi. Wraz z przemieszczaniem się wychyleń przez ośrodek przenoszona jest energia fali.

Jeżeli cząstki drgają wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali to taką falę nazywa się podłużną. Drugim rodzajem fal są fale poprzeczne. W ich przypadku cząstki drgają w płaszczyznach prostopadłych do kierunku propagacji fali.

Przykładem fal mechanicznych są np. fale dźwiękowe. Są to fale z zakresu częstotliwości 16 - 20000 Hz. Wywołują one wrażenia słuchowe.

Fale o częstościach niższych od słyszalnych nazywa się infradźwiękami , a o częstościach wyższych ultradźwiękami.

Ultradźwięki dzięki małej długości fali pozwalają na uzyskanie dokładnych obrazów przedmiotów. Urządzenie, które umożliwia obserwację głębin morskich to sonar^[2]. Jego zastosowanie to lokalizacja wszystkich obiektów zanurzonych w wodzie. Sonary wykorzystywano w okrętach podwodnych.

Ultradźwięki znajdują także zastosowanie w medycynie. Za pomocą urządzenia generującego i rejestrującego fale ultradźwiękowe (ultrasonograf) można uzyskać obraz narządów wewnętrznych.

Ultradźwięki pozwalają też na pomiar odległości przy pomocy dalmierza ultradźwiękowego, w zakresie od 1 do 10 m. Jeżeli wykorzysta się silne źródło ultradźwięków, to mogą one niszczyć, rozgrzewać niektóre materiały, co pozwala na obróbkę powierzchniową wytwarzanych przedmiotów (obróbka ultradźwiękowa). Wykorzystując je można również prowadzić nieniszczące badania właściwości materiałów i połączeń^[3].

Ultradźwięki były też stosowane w pamięciach rtęciowych we wczesnych komputerach w latach pięćdziesiątych XX w.

Ultradźwięki mają zastosowanie również w zabiegach kosmetycznych w takich zabiegach jak peeling kawitacyjny i sonoforeza oraz w rehabilitacji medycznej w zabiegach fizykoterapeutycznych.

Ultradźwięki są również wykorzystywane przez istoty żywe – wiele gatunków posługuje się nimi w celu echolokacji. Na przykład większość nietoperzy wytwarza ultradźwięki krtanią i emituje je przez pysk lub nos (rzadziej), wiele gatunków posiada również duże i bardzo sprawne uszy. Są one zdolne do wykrywania owadów latających w ciemnościach (ćmy). Niektóre owady bronią się przed atakiem nietoperza dzięki zdolności do detekcji pochodzących od niego ultradźwięków. Nietoperz tuż przed atakiem wysyła w kierunku ofiary specjalną skupioną wiązkę sygnałów echolokacyjnych, aby zwiększyć precyzję pomiaru odległości. Jeżeli owad usłyszy taki dźwięk, natychmiast składa skrzydła i spada na ziemię, dzięki czemu nietoperz nie może go już odnaleźć.

Większość nietoperzy żyje w świecie dźwięku – stwierdzono to dopiero w 1941 roku. Później echolokację wykryto również u innych ssaków, ptaków i ryb. Echolokacja nietoperzy polega na wysyłaniu przez nie ultradźwięków, które odbite od przeszkód czy zdobyczy wracają jako echo do ucha, informując o świecie zewnętrznym. Zakres emitowanych przez nietoperze sygnałów echolokacyjnych to 11 kHz u Euderma maculatum, do 212 kHz u Cloeotis percivali

.

Ultradźwięki wykorzystują również walenie. Wieloryby używają ich do echolokacji w podobny sposób jak to się odbywa w technice morskiej. Dzięki temu mogą namierzać ławice ryb lub plankton.

Najdoskonalszy zmysł echolokacji posiadają delfiny. Na ich głowach znajduje się rezonator pozwalający na generowanie precyzyjnie ukierunkowanego strumienia ultradźwięków. Jednocześnie ogromne mózgi delfinów są w stanie przetworzyć uzyskane w ten sposób dane w trójwymiarowy model otoczenia. Badania nad tymi ssakami wykazały, że poprzez ultradźwięki postrzegają one swoje środowisko z taką precyzją jak my widzimy nasz świat oczami odbierającymi światło. Jednak delfiny są w stanie nie tylko dostrzec wszystko wokół siebie, ale również mogą zajrzeć do wnętrza innych istot. Ssaki te wykorzystują swoje zdolności podczas polowania. Mogą odnaleźć ukryte pod piaskiem zwierzęta. Niektórzy biolodzy uważają, że delfiny wykorzystują silne ultradźwięki również do ogłuszania swoich ofiar.

Głównym zmysłem delfinów jest słuch. Słyszą dźwięki o częstotliwości do 153 kHz. Mogą odbierać sygnały stereofoniczne, dzięki czemu określają kierunek, z którego dochodzi dźwięk. Delfiny posiadają zdolność wydawania ultradźwięków i posługują się echolokacją, pozwala ona lokalizować nawet niewielkie obiekty zagrzebane w mule (fale dźwiękowe przechodzą przez ciała stałe), sondować głębokość, oceniać kierunek i porozumiewać się na duże odległości. Dźwięki powstające podczas wydmuchiwania powietrza przez nozdrza są skupione przez zbiornik tłuszczowy na czole (tzw. melon), który działa na zasadzie soczewki. Odbite od różnych obiektów dźwięki trafiają do ucha środkowego przez kanał tłuszczowy w wydrążeniu szczęki dolnej. Dzięki analizie odbitego echa, w mózgu powstaje dokładny obraz otoczenia. Szybka analiza tych informacji możliwa jest dzięki znacznej liczbie komórek mózgowych delfina. Delfiny są mniej aktywne w nocy. Zamykają wtedy oczy na przemian, by dać odpocząć poszczególnym partiom mózgu. Czasem jednak dostosowują się do zwyczajów swoich ofiar i polują także w nocy.

Ultradźwięki słyszą także gołębie, szczury, chomiki myszy.

Metody wytwarzania ultradźwięków:

• mechaniczne - układy drgające (struny, płytki sprężyste, piszczałki). Wykorzystują one drgania samego tworzywa albo przepływ gazów czy cieczy. Typowe przykłady to syreny ultradźwiękowe i piszczałka Pohlmana-Janowskiego, wykorzystywana do wytwarzania rozmaitych emulsji w chemii i biotechnologii.

• termiczne - poprzez wyładowania elektryczne w płynach i gazach, poprzez ciągle lub impulsowe podnoszenie temperatury przewodników prądu.

• magnetostrykcja - zmiana długości rdzenia elektromagnesu pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid nawinięty na ten rdzeń.

• odwrócenie efektu piezoelektrycznego - polega na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu lub innego minerału szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Prowadzi to do rozszerzenia lub skurczenia płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości.

• optyczne - laserem można wytworzyć fale sprężyste w szerokim zakresie częstotliwości ultradźwiękowych aż do zakresu hiperdźwiękowego.

Zasady działania ultradźwiękowych myjek oparte są przede wszystkim o charakterystyczny system mycia. Jego elementarnym założeniem jest generacja ciśnieniowych fal, których częstotliwość jest naprawdę bardzo wysoka, co powoduje wywoływania tak zwanego zjawiska kawitacji (przemiana fazowa, przejście z fazy ciekłej w gazową). To właśnie dzięki tej specyficznej funkcjonalności myjki ultradźwiękowe będą w stanie pozbyć się nawet najmniejszych i najbardziej trwałych zabrudzeń jak i zanieczyszczeń, jednocześnie nie uszkadzając w żaden sposób powierzchni przedmiotu, który poddawany jest procesowi mycia.

Myjki ultradźwiękowe to przede wszystkim gwarancja najwyższej jakości, precyzyjnego czyszczenia oraz eliminacji ewentualności powstawania jakichkolwiek zniszczeń maszyn wykorzystywanych przy danych stanowiskach pracy.

1. Pompa

2. Filtr

3. Przetworniki ultradźwiękowe

4. Separator tłuszczu

5. Spryskiwanie powierzchni medium

6. Mieszalnik sprężynowym powietrzem

7. Elektrozawór dozujący