Παραγωγή υπερήχων

Το"super" Ο χαρακτήρας του υπερήχου προέρχεται από το γεγονός ότι το κάτω όριο της ζώνης συχνοτήτων του υπερβαίνει την ανθρώπινη ακοή, αλλά αν το αναλύσετε ως προς το μήκος κύματος, το μήκος κύματος του υπερήχου είναι στην πραγματικότητα μικρότερο. Οι επιστήμονες αποκαλούν την απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών κορυφών ή κοιλοτήτων ενός κύματος ως μήκος κύματος. Το μήκος κύματος των μηχανικών κυμάτων που μπορούν να ακούσουν τα ανθρώπινα αυτιά μας είναι 2cm~20m (2cm~20m). Επομένως, τα μηχανικά κύματα με μήκος κύματος μικρότερο από 2 cm ονομάζουμε"υπερήχους." Ωστόσο, σε πρακτικές εφαρμογές, τα μηχανικά κύματα με μήκος κύματος κάτω των 3,4 cm (πάνω από 10000 Hz) μπορούν να θεωρηθούν ως έρευνα υπερήχων. Το μήκος κύματος του υπερήχου που χρησιμοποιείται συνήθως για ιατρική διάγνωση είναι 10μm~350μm.

Ο υπέρηχος είναι ένα είδος μηχανικού κύματος. Πρέπει να βασίζεται στο μέσο για να διαδοθεί και δεν μπορεί να υπάρχει στο κενό (όπως το διάστημα). Επομένως, δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε υπερήχους στο κενό, αλλά μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε εξοπλισμό που σχετίζεται με ηλεκτρομαγνητικά κύματα (συμπεριλαμβανομένων των ραδιοκυμάτων, των μικροκυμάτων και των υπέρυθρων ακτίνων). , Ορατό φως, υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ, ακτίνες γάμμα κ.λπ.), με χρήση τεχνολογίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Στον αέρα, τα υπερηχητικά κύματα αναφέρονται σε μηχανικά κύματα με μήκος κύματος μικρότερο από 2 cm (για παράδειγμα, 1,7 cm, 2 cm μήκος κύματος αντιστοιχεί σε 17000 Hz, 1,7 cm μήκος κύματος αντιστοιχεί σε 20000 Hz, στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει σταθερό πρότυπο, απλώς μια τιμή που θυμάται εύκολα), και το μήκος κύματος της είναι πολύ μικρό. Κάτω από το γενικό κατώτερο όριο ανθρώπινης ακοής (2 cm), οι άνθρωποι αποκαλούν αυτό το μη ακουστικό μηχανικό κύμα υπερήχο και το μήκος κύματος των κυμάτων υπερήχων είναι γενικά μεγαλύτερο από 20 μέτρα (για παράδειγμα, 17 μέτρα, 20 μέτρα μήκος κύματος αντιστοιχεί σε 17 Hz, 17 μέτρα μήκος κύματος αντιστοιχεί σε 20 Hz), υψηλότερο από το ανώτερο όριο του μήκους κύματος ακοής. Σε πρακτικές εφαρμογές, τα υπερηχητικά κύματα συχνά συμπίπτουν με το εύρος των ακουστικών ηχητικών κυμάτων μικρού μήκους και τα μηχανικά κύματα με μήκος κύματος μικρότερο από 3,4 cm (10000hz) μπορούν να θεωρηθούν ως έρευνα υπερήχων.

Το μήκος κύματός του είναι πολύ μικρότερο από τα συνηθισμένα ηχητικά κύματα, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κοπή, συγκόλληση, διάτρηση κ.λπ. Λόγω του μικρού μήκους κύματος του, έχει πολλά χαρακτηριστικά: πρώτον, την ανισοτροπία διάδοσης που προκαλείται από το μικρό μήκος κύματος και επίσης λόγω του το μικρό του μήκος κύματος και την κακή του ικανότητα περίθλασης. Αν και έχει καλή ανισοτροπία, έχει μεγάλη απώλεια στον αέρα και δεν μπορεί να μεταδοθεί. Μακριά, κακή διείσδυση, εύκολο να διασκορπιστεί. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται συνήθως στη βιομηχανία και την ιατρική για ανίχνευση υπερήχων. Ο υπέρηχος, ο υπέρηχος και ο ακουστικός ήχος είναι ουσιαστικά το ίδιο. Αυτό που έχουν κοινό είναι ένα μηχανικό κύμα, το οποίο συνήθως διαδίδεται σε ελαστικά μέσα με τη μορφή διαμήκων κυμάτων. Είναι μια μορφή διάδοσης ενέργειας. Η διαφορά είναι τα υπερηχητικά κύματα. Μακρύ και κοντό, μπορεί να ταξιδέψει κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής σε μια ορισμένη απόσταση με μικρή περίθλαση και έχει καλή ανισοτροπία. Ωστόσο, σε σύγκριση με τον ακουστικό ήχο και τον υπέρηχο, έχει χαμηλή διεισδυτική ισχύ και είναι εύκολο να διασκορπιστεί.

Οι νόμοι διάδοσης της ανάκλασης, της διάθλασης, της περίθλασης και της σκέδασης των κυμάτων υπερήχων στο μέσο δεν διαφέρουν ουσιαστικά από τους νόμους του υπέρηχου και των ακουστικών ηχητικών κυμάτων. Όμως το μήκος κύματος του υπερήχου είναι πολύ μικρό, μόνο μερικά εκατοστά, ακόμη και μερικά χιλιοστά του χιλιοστού. Σε σύγκριση με άλλα κύματα, τα υπερηχητικά κύματα έχουν πολλά χαρακτηριστικά: χαρακτηριστικά διάδοσης—το μήκος κύματος των κυμάτων υπερήχων είναι πολύ μικρό και το μέγεθος των συνηθισμένων εμποδίων είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από το μήκος κύματος των υπερηχητικών κυμάτων. Επομένως, τα υπερηχητικά κύματα έχουν κακή διείσδυση, κακές δυνατότητες περίθλασης και εύκολη σκέδαση. . Μπορεί να διαδοθεί σε ευθεία γραμμή σε ένα ομοιογενές μέσο αλλά είναι δύσκολο να περιθλά. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του υπερηχητικού κύματος, τόσο πιο εμφανές είναι το χαρακτηριστικό. Επιπλέον, σύμφωνα με το νόμο σκέδασης Rayleigh, η ένταση του σκεδαζόμενου κύματος είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος και το μήκος κύματος του υπερηχητικού κύματος είναι εξαιρετικά μικρό. , Άρα η διασπορά είναι πολύ σοβαρή και η διεισδυτική δύναμη δεν είναι καλή. Σπηλαίωση ─ ─ Όταν το υπερηχητικό κύμα διαδίδεται στο μέσο, ​​υπάρχει μια θετική και αρνητική εναλλασσόμενη περίοδος. Στη θετική φάση, το υπερηχητικό κύμα συμπιέζει τα μόρια του μέσου για να αλλάξει την αρχική πυκνότητα του μέσου και να την αυξήσει. στη φάση αρνητικής πίεσης Όταν τα μόρια του μέσου είναι αραιά και περαιτέρω διασπαρμένα, η πυκνότητα του μέσου μειώνεται. Όταν ένα επαρκώς ισχυρό υπερηχητικό κύμα εφαρμόζεται στο υγρό μέσο, ​​η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων του μέσου θα υπερβαίνει την κρίσιμη μοριακή απόσταση που διατηρεί σταθερό το υγρό μέσο. Εμφανίζεται κάταγμα και σχηματίζονται μικροφυσαλίδες. Αυτές οι μικρές κοιλότητες διαστέλλονται και κλείνουν γρήγορα, προκαλώντας βίαιες συγκρούσεις μεταξύ των υγρών σωματιδίων, με αποτέλεσμα πιέσεις από χιλιάδες έως δεκάδες χιλιάδες ατμόσφαιρες. Αυτή η βίαιη αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων έχει ένα καλό αποτέλεσμα ανάδευσης, έτσι ώστε τα δύο μη αναμίξιμα υγρά (όπως το νερό και το λάδι) να γαλακτωματοποιούνται και να επιταχύνουν τη διάλυση της διαλυμένης ουσίας. Τα διάφορα αποτελέσματα που προκαλούνται από τη δράση υπερηχητικών κυμάτων στο υγρό ονομάζονται υπερηχητική σπηλαίωση.