402 403

Szybkość rozchodzenia się lal dźwiękowych nie zależy od częstotliwości drgań, lecz od właściwości fizycznych ośrodka, np. w wodzie wynosi 1484 m/sek., w powietrzu 333 m/sek.

Częstotliwość drgań akustycznych jest równoznaczna z ilością okresów na sekundę. Okres przedstawiamy graficznie w postaci sinusoidy. Jeżeli czas drgania wy-

Zgeszczenir

Rozrzedzenie

Z ród to drgań ultradżw

' Długość fali

Ryc. 281. Schemat powstawania fal dźwiękowych podłużnych

nosi T, to częstotliwość drgań n = ^ i odpowiada ilości drgań na sekundę (1 drga-nie/sek. = 1Hz) (1 kHz = 1000 Hz).

Długość fali dźwiękowej _    _ v szybkość rozchodzenia się fal

w danym ośrodku    _n    częstotliwość

przy czym, jako długość fali dźwiękowej podłużnej przyjmujemy odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi punktami największych rozrzedzeń lub zagęszczeń.

Jeżeli energia drgań mechanicznych nie będzie podtrzymywana przez wywołującą je siłę, wówczas powstaną drgania gasnące o malejącej amplitudzie. Gdy układ drgający otrzymuje uzupełniającą energię, powstają drgania niegasnące o stałej wartości amplitudy.

Zakres fal dźwiękowych

Ucho ludzkie może odczuwać jako dźwięki drgania o częstotliwości od 16 do 16.000 Hz, odpowiadającej długości fali od 20 m do 2 cm.

Fale dźwiękowe o długości powyżej 20 m (w powietrzu) i o częstotliwości poniżej 16 Hz nie są słyszalne i są nazywane infra-dżwiękami.

20m    2cm

L

16 H_z    16000H?

Infra dźwięki	Dźwięki sfyszalne	Ultra-dźwięki

Ryc. 282. Zakres fal dźwiękowych

Fale dźwiękowe o długości poniżej 2 cm i częstotliwości powyżej 16.000 Hz, są również niesłyszalne, określono je jako ultradźwięki (w skrócie UD).

Podany wykres (ryc. 282) przedstawia te zależności.

Ponieważ szybkość rozchodzenia się fal dźwiękowych zależy od właściwości ośrodka, to przy tej samej częstotliwości możemy otrzymać różne wartości ich długości fali.

np. X (w powietrzu) = — ₌ 333 m/sek.- — ₀ij₀}₀ 2 cm;

n 16.000 Hz/sek.

a X (w wodzie) = — = —1484 m/sek.- _    9 _cm

n    16.000 Hz/sek.

Woda jest lepszym pośrednikiem fal dźwiękowych niż powietrze. Fale o częstotliwości 16.000 Hz są lepiej słyszalne w wodzie, ponieważ długość ich fali leży przed zakresem 2 cm.

Intensywność (moc) fal dźwiękowych.

Energię drgań mierzymy w watach. Intensywność (wielkość mocy) mierzymy stosunkiem energii drgań (w watach) do wielkości powierzchni (w cm*) w czasie 1 sekundy (uwzględniając kierunek pionowy rozchodzenia się fal, w stosunku do płaszczyzny pola, przez które fala przechodzi).

' E

J (intensywność) = -—-

E = energia drgań w watach; F = wielkość pola w cm¹; t = czas w sekundach.

W terapii przyjęto jako miarę jednostki mocy (natężenia) ultradźwięków 1 wat na c m², czyli W/cm².

Jako wartość mocy nadajnika akustycznego przyjmujemy określoną energię (w watach na cm²), jaką on wysyła w jednostce czasu.

Intensywność ogólną, czyli pośrednią określamy jako iloczyn mocy na cm² i powierzchni czynnej nadajnika np.:

0,2 W/cm² X 10 cm² (powierzchnia nadajnika) = 2 waty.

Wartości dawek terapeutycznych leżą w granicach 0,1—0,2 W/cm² do 2 W/cm².

Przyrządy pomiarowe intensywności są w aparaturze ultradźwiękowej wyskalowane w W/cm².

Miarą siły dźwięku jest więc ilość energii dźwiękowej przebiegającej przez 1 cm* w ciągu 1 sekundy.

Moc drgań zależy od amplitudy ciśnienia wytworzonego przez drgające cząstki materii, gęstości ośrodka oraz szybkości fali. Stosunek ten wyraża się wzorem:

Moc drgań P = ^p -2dv

p amplituda ciśnienia; d = gęstość ośrodka; v = szybkość fali.

Szybkość fali (v) w wodzie wynosi około 1500 m/sek. przy gęstości ośrodka (d) = — 1 g/cm*.

Jeżeli znamy wartość mocy drgań (P), możemy obliczyć wartość ciśnienia wytworzonego w danym ośrodku przez drgające cząstki materii.

p* = P-2 d v p = j/f-2 d v

Z podanego wzoru wynika, że wartości ciśnienia są wprost proporcjonalne do gęstości ośrodka i szybkości rozchodzenia się w nim fali dźwiękowej.

Należy równocześnie zaznaczyć, że w miejscach zagęszczeń działają „siły ściskające", natomiast w miejscach rozrzedzeń „siły rozciągające". Wartości obu sił są sobie równe. Miejsca rozrzedzeń i zagęszczeń są odległe od siebie o połowę długości fali.

403