Ultrasunete si infrasunete

Cuprins

1.Producerea ultrasunetelor

2.Proprietatile si aplicatiile ultrasunetelor

3.Interactiunea ultrasunetelor cu materia

4.Concentratori si amplificatori de

energie acustica

5.Terapia cu ultrasunete

6.Ce sunt infrasunetele?

7.Producerea infrasunetelor

8.Efectele infrasunetelor asupra oamenilor si animalelor

9.Utilizari ale infrasunetelor

10.Curiozitati

Producerea ultrasunetelor

Importanta ultrasunetelor si a producerii lor a crescut in ultimul timp datorita unor largi aplicatii ale acestora.

Ultrasunetele sunt vibratii elastice care au frecventa mai mare decat frecventa maxima a oscilatiilor care produc senzatia auditiva. Domeniul de frecventa in care avem ultrasunetele este intre 20 kHz si 10 000 000 kHz.

Generatorul piezolelectric si magnetostrictiv

GENERATORUL PIEZOELECTRIC

Functionarea acestui generator se bazeaza pe proprietatea unui cristal de cuart de a se deforma in camp electric.

GENERATORUL MAGNETOSTRICTIV

Functionarea acestui generator se bazeaza pe aceea ca unele substante feromagnetice la magnetizare isi schimba dimensiunile. Daca aceste substante se dispun intr-un camp magnetic variabil, ele vor incepe sa oscileze. In acest caz ele pot deveni surse de ultrasunete.

In ambele cazuri de generare ale ultrasunetelor, este necesar ca dimensiunile placutelor oscilante sa fie astfel alese astfel incat frecventa lor proprie sa coincida cu frecventa de excitatie (frecventa campului electric respectiv magnetic) . Deci ,aceste generatoare lucreaza in regim de rezonanta.

Proprietatile si aplicatiile ultrasunetelor

Proprietatile ultrasunetelor:

• nu sunt percepute de organul auditiv al omului;

• se pot obtine si sub forma unor fascicule inguste;

• transporta o cantitate insemnata de energie;

• ele sunt puternic absorbite de substante in stare gazoasa.

Efectele ultrasunetelor:

• pot provoca incalziri locale ;

• duc la omogenizarea unor sisteme dispersate cum ar fi: solutii coloidale, emulsii.;

• pot distruge starea de omogenitate a unor astfel de sisteme;

• pot accelera si chiar provoca unele reactii chimice;

• pot favoriza procesele de polimerizare si invers

• produc fenomenul de cavitatie, care consta in aparitia unor goluri in fluide in miscare;

• provoaca perturbatii mecanice in interiorul celulelor vii, care pot duce la distrugerea microorganismelor.

Aplicatiile ultrasunetelor:

• pe baza fenomenului de cavitatie se pot curati piese metalice, cazane, se pot perfora sau taia metale;

• avand in vedera ca ultrasunetele pot distruge microorganisme, ele se utilizeaza la prepararea serurilor si vaccinurilor, la sterilizarea si conservarea alimentelor;

• datorita incalzirii locale pe care o produc cand cad pe tesuturile organismului, ele se pot folosi

pentru tratamentul unor nevralgii.

Interactiunea ultrasunetelor cu materia

Mecanisme de interactiune:

La trecerea undelor ultrasonore printr-un mediu sunt posibile trei mecanisme de interactiune:

- mecanismul termic

- cavitatia

- mecanismul de stress

Mecanismul termic:

Cand ultrasunetele interactioneaza cu materia, o parte din energia fasciculului poate fi absorbita de mediu si transformata in caldura.

Cavitatia:

Prin actiunea mecanica, chimica si termica se pot produce intr-un mediu lichid bule (cavitati) cu sau fara continut de gaze sau vapori. Producerea acestor cavitati si efectul pe care acestea il au asupra mediului in care sunt produse poarta denumirea de cavitatie.

Cavitatia este puternic distructiva pentru organismele vii , datorita efectelor chimice, mecanice si termice generate in timpul exploziei cavitationale.

Mecanismul de stres: in sisteme eterogene supuse actiunii campului ultrasonor apar forte rezultate sau stress-uri, clasificate astfel:

- forte ascensionale , care sunt oscilatorii

- forte de radiatie sau de deplasare

- forte de variatie a vascozitatii

Concentratori si amplificatori de energie acustica

REFLECTORI ACUSTICI

Un reflector acustic este analog unei oglinzi optice concentratoare de raze luminoase. In

practica se folosesc reflectori sferici, daca unghiul de deschidere este mic, sau reflectatori

parabolici.

LENTILE ACUSTICE

Ca forma ,aceste lentile seamana cu cele optice. Cele mai uzuale in practica sunt cele plan convexe si plan concave.

Terapia cu ultrasunete

Utilizarea ultrasunetelor in terapie se bazeaza pe efectele benefice pe care acestea le au asupra organismului uman si animal. Experientele efectuate pe animale au aratat ca, in urma expunerii la ultrasunete, se produce cresterea temperaturii materialului biologic tratat, proces dependent

de coeficientul de absorbtie: in oase si in tesutul nervos, cresterea de temperatura este mai pronuntata decat in tesutul adipos si cel muscular.

Incalzirea selectiva a zonelor expuse la ultrasunete determina urmatoarele efecte: cresterea capacitatii de dilatare a tesutului colaginos, scaderea rigiditatii articulatiilor, cresterea pragului

de durere a nervilor periferici si a terminatiilor nervoase, stimularea mecanismului de aparare a corpului prin cresterea moderata a fluxului sangvin.

In urma terapiei cu ultrasunete ,extensibilitatea tendoanelor creste de 5-6 ori. Daca dupa aplicarea ultrasunetelor se fac exercitii fizice, potrivit alese, creste mobilitatea articulatiilor.

Folosirea ultrasunetelor in scopuri terapeutice vizeaza mai ales afectiunile inflamatorii si degenerative ale articulatiilor, ale coloanei vertebrale si ale musculaturii, afectiunile

neurologice, traumatice si ale organelor interne.

Ce sunt infrasunetele?

Infrasunetele sunt sunete cu frecventa cuprinsa intre 0.01Hz si 16Hz si nu pot fi auzite de urechea umana.Stiinta care se ocupa cu studiul infrasunetelor se numeste infrasonica.Infrasunetele sunt caracterizate de capacitatea acestora de a acoperi distante mari si de a ocoli obstacole fara multa disipatie.Acestea sunt utilizate in special in seismologie.Desi nu provoaca senzatii auditive,infrasunetele reprezinta totusi propagarea unor perturbatii care sunt resimtite ca trepidatii ale corpului.

Producerea infrasunetelor

Infrasunetul este produs in mod natural in timpul cutremurelor de pamant, al eruptiilor vulcanice sau de catre trasnete. Undele sonore pot sa se propage la kilometri distanta, fara sa

fie oprite de catre pietre, cladiri sau alte bariere.

Valurile oceanelor produc infrasunete cu frecventa de 0,2Hz, numite microbaroame.

Vântul, tunetele, cascadele, valurile, caderea meteoritilor, miscarile ghetarilor, avalansele, compresoarele, ventilatoarele de tavan sunt ,de asemenea, surse de infrasunete.

Infrasunetele pot fi generate si de procese specifice activitatilor umane precum: explozii, motoare diesel, turbine eoliene si subwoofere.

Efectele infrasunetelor asupra oamenilor si animalelor

Desi oamenii nu sesizeaza in mod direct prezenta infrasunetelor,unele modificari ale starilor fizico-psihice confirma ca si organismele umane sunt totusi influentate.In viata de zi cu zi,motoarele masinilor,avioanele,instalatiile de aer conditionat,ventilatoarele(inclusiv cele ale calculatoarelor)si trenurile produc "poluare infrasonora".Efectele variaza de la tulburari de somn si irascibilitate pana la tendinte sinucigase.Studiile au aratat ca expunerea oamenilor la infrasunete poate duce la aparitia depresiei,fricii,anxietatii si a atacurilor de panica.Unii cercetatori au avansat chiar ideea ca frecventa de 19 Hz este asociata,in general,cu fenomenele paranormale si ca poate duce la halucinatii.

Este cunoscut faptul ca animalele pot percepe infrasunetele care circula prin pamant si pot servi ca un semnal de avertizare.Fiintele marine,cum ar fi pestii sau meduzele,aud infrasunetele si simt aparitia furtunilor si uraganelor care coboara si sub frecventa de 16 Hz.Elefantii sunt cunoscuti pentru capacitatea lor de a auzi infrasunetele de la 3-4 kilometri distanta.Balenele,hipopotamii si aligatorii folosesc infrasunetele pentru a comunica.A fost sugerat ca pasarile calatoare folosesc infrasunetele generate in mod natural de curentii de aer ca ajutor in navigatie.

Utilizarile infrasunetelor

In 1985, societatea de productie Universal Pictures a utilizat procedeul botezat "sensurround", pentru a crea atmosfera sonora din filmul "Cutremur de pamant". Infrasunete emise de niste dispozitive gigantice faceau sa vibreze scaunele spectatorilor ,dandu-le senzatia ca se afla in inima cataclismului.

Infrasunetul este, de asemenea, un mijloc de aparare naturala: lingvistii si biologii presupun ca un numar de specii animale, mai ales primatele, emit strigate de frecvente joase, menite sa afecteze creierul si organele interne ale dusmanilor.

Samuraii japonezi sunt celebri pentru strigatul lor ("kay!"), care paralizeaza adversarul, printr-un efect vibrator ce afecteaza sistemul sanguin.

Aceleasi vibratii pot avea, insa, si un efect terapeutic, atunci cand sunt indreptate asupra unui loc precis de pe corp. S-ar putea spune ca si efectul vindecator al dansului calusarilor nostri sa se explice tot prin strigatele pe care le scot cand joaca, si prin tropaitul picioarelor.

Infrasunetele sunt folosite în seismologie la detectarea cutremurelor iar animalele pot simți infrasuntele create de dezastrele naturale ,fiind astfel un mijloc de a avertiza asupra apropierii

unui dezastru natural.

Curiozitati

Ultrasunete:

-sunt utilizate la ecografie, la distrugerea calculilor renali prin litotripsie,la combaterea celulitei;

- animalele percep cel mai bine aceste sunete înalte: cainii şi pisicile, şoarecii şi sobolanii, dar şi liliecii, balenele sau delfinii, despre ultimele 2 animale afirmându-se că au un adevărat limbaj

bazat pe ultrasunete. Despre lilieci se ştie că folosesc ecolocaţia, bazată pe ultrasunete, care le arată unde găsesc hrană şi unde sunt obstacole pe care să le ocolească.

Dresajul canin este eficient deoarece printr-un fluier pentru caini se emit ultrasunete pe care acestia le pot detecta.

Infrasunete:

- se spune ca intr-o zi lui Walt Disney i s-a facut rau, in timp ce privea un desen animat in care o jucarie automata batea la toba. Sunetul acesteia (60 de Hz) fusese inregistrat, incetinit si apoi

amplificat, pentru a "imbraca" scena. Sunetul final obtinut (12 Hz) a provocat dureri de cap puternice tuturor celor de fata.

- cercetatorul francez Vladimir Gavreau a demonstrat ca toate fiintele omenesti expuse la frecvente sonore ultra-joase simt o gama de efecte fizice paralizante. El a facut experiente cu

tuburi de orga, producand note de aproximativ 4 Hz, si a inventat astfel "laserul acustic". Fasciculele mici de infrasunete puteau provoca, in mod instantaneu, ameteli, greata, un

sentiment de dezorientare si dureri de cap la cei impotriva carora erau dirijate.

-tot pe seama actiunii infrasunetelor cercetatorii explica si senzationala distrugere a unei paduri siberiene in 1908,prin explozia in atmosfera a unui meteorit.