Textul lucrării este plasat fără imagini și formule.
Versiunea completa munca este disponibilă în fila „Fișiere de lucru” în format PDF

Secolul XXI este secolul atomului, cucerirea spațiului, electronica radio și ecografia. Știința ecografiei este relativ tânără. Primul lucrări de laborator privind studiul ecografiei au fost efectuate de un om de știință rus - P.N. Lebedev la sfârșitul secolului al XIX-lea, apoi J.-D. Colladon, J. și P. Curie, F. Galton.

În lumea modernă, ecografia joacă un rol din ce în ce mai mare în cercetarea științifică. Studiile teoretice și experimentale în domeniul cavitației ultrasonice și fluxurilor acustice au fost realizate cu succes, ceea ce a făcut posibilă dezvoltarea de noi procese tehnologice care apar la expunerea la ultrasunete în faza lichidă. În prezent, se formează o nouă direcție a chimiei - chimia cu ultrasunete, ceea ce face posibilă accelerarea multor procese tehnologice chimice. Cercetarea științifică a contribuit la nașterea unei noi ramuri a acusticii - acustica moleculară, care studiază interacțiunea moleculară a undelor sonore cu materia. Au apărut noi domenii de aplicare a ultrasunetelor. Alături de cercetări teoretice și experimentale în domeniul ecografiei, au fost realizate multe lucrări practice.

Când am vizitat spitalul, am văzut dispozitive care funcționează pe bază de ultrasunete. Astfel de dispozitive permit detectarea diferitelor omogenități sau neomogenități ale substanțelor din țesuturile umane, tumorile cerebrale și alte formațiuni, condiții patologice ale creierului, fac posibilă controlarea ritmului inimii. M-am întrebat cum funcționează aceste dispozitive cu ajutorul ecografiei și, în general, ce este ecografia. În cadrul cursului de fizică școlară, nu se spune nimic despre ecografie și proprietățile sale și am decis să studiez singur fenomenele cu ultrasunete.

Obiectiv: studiați ecografia, investigați experimental proprietățile sale, explorați posibilitățile de utilizare a ecografiei în tehnologie.

Sarcini:

teoretic ia în considerare motivele formării ecografiei;

obțineți o fântână cu ultrasunete;

investigarea proprietăților undelor cu ultrasunete în apă;

să investigheze dependența înălțimii fântânii de concentrația solutului pentru diferite soluții (vâscoase și non-vâscoase);

pentru a studia aplicațiile moderne ale ultrasunetelor în tehnologie.

Ipoteză:undele ultrasonice au aceleași proprietăți ca undele sonore (reflecție, refracție, interferență), dar datorită capacității de penetrare mai mare a substanței, ultrasunetele au mai multe posibilități de aplicare în tehnologie; pe măsură ce concentrația soluției (densitatea lichidului) crește, înălțimea fântânii cu ultrasunete scade.

Metode de cercetare:

Analiza și selecția informațiilor teoretice; ipoteza cercetării; experiment; testarea ipotezelor.

II. - Partea teoretică.

1. Istoricul apariției ecografiei.

Atenția la acustică a fost cauzată de nevoile marinelor puterilor de frunte - Anglia și Franța, de atunci acustic este singurul tip de semnal care poate călători departe în apă. În 1826, oamenii de știință francezi J.-D. Colladon și C.-F. Asaltul a fost determinat de viteza sunetului în apă. Experimentul lor este considerat nașterea hidroacusticii moderne. Lovitura la clopotul subacvatic din Lacul Geneva a fost însoțită de aprinderea simultană a prafului de pușcă. Fulgerul din praful de pușcă a fost observat de oamenii de știință la o distanță de 10 mile. Sunetul clopotului se auzea și prin tubul auditiv subacvatic. Măsurând intervalul de timp dintre aceste două evenimente, viteza sunetului a fost calculată - 1435 m / s. Diferența cu calculele moderne este de doar 3 m / s.

În 1838, în SUA, sunetul a fost folosit pentru prima dată pentru a determina profilul fundului marin în scopul de a pune un cablu telegrafic. Sursa sunetului, ca în experimentul lui Colladon, era un clopot care suna sub apă, iar receptorul era mare tuburi auditivecoborând peste bordul navei. Rezultatele experimentului au fost dezamăgitoare. Sunetul clopotului (precum și detonarea cartușelor cu praf de pușcă în apă) a dat un ecou prea slab, aproape inaudibil printre alte sunete ale mării. A fost necesar să mergem în regiunea frecvențelor mai înalte, permițând crearea de fascicule de sunet direcționate, adică să treacă la ultrasunete.

Primul generator cu ultrasunete a fost realizat în 1883 de englezul Francis Galton. Ecografia a fost creată ca un fluier pe vârful unui cuțit atunci când a fost aprinsă. Rolul unui astfel de punct în fluierul lui Galton a fost jucat de un cilindru cu margini ascuțite. Aerul sau alt gaz care scapă sub presiune printr-o duză inelară cu un diametru la fel ca marginea cilindrului a rulat pe margine și au avut loc oscilații de înaltă frecvență. Prin suflarea fluierului cu hidrogen, s-a putut obține vibrații de până la 170 kHz.

În 1880, Pierre și Jacques Curie au făcut o descoperire decisivă pentru tehnologia cu ultrasunete. Frații Curie au observat că atunci când se aplică presiune cristalelor de cuarț, se generează o sarcină electrică care este direct proporțională cu forța aplicată cristalului. Acest fenomen a fost numit „piezoelectricitate” din cuvântul grecesc însemnând „a împinge”. În plus, ei au demonstrat efectul piezoelectric opus, care s-a manifestat atunci când a fost aplicat pe cristal un potențial electric în schimbare rapidă, determinând vibrația acestuia. Această vibrație a avut loc la o frecvență ultrasonică. De acum, a apărut posibilitatea tehnică de a fabrica emițătoare de dimensiuni mici și receptoare cu ultrasunete.

Fenomenul electrostricției (efect piezoelectric invers) este cauzat de orientarea și ambalarea densă a unora dintre moleculele de apă din jurul grupurilor ionice ale aminoacizilor și este însoțit de o scădere a capacității de căldură și de compresibilitatea soluțiilor ionilor bipolari. Fenomenul electrostricției constă în deformarea unui corp dat într-un câmp electric. Datorită fenomenului de electrostricție, forțele mecanice apar în interiorul dielectricului. Deși fenomenele de electrostricție sunt observate în multe dielectrice, ele sunt slab exprimate în majoritatea cristalelor. În unele cristale, de exemplu sarea Rochelle și titanatul de bariu, fenomenul de electrostricție este foarte intens.

III. - Partea practică.

Crearea de fântâni cu ultrasunete.

Pentru obținerea ecografiei, în lucrare au fost utilizate 2 instalații ultrasonice diferite: 1) Instalarea cu ultrasunete a școlii UD-1 și 2) Instalarea cu demonstrație cu ultrasunete UD-6.

Pentru a obține o fântână, s-a luat o cană de lentilă și s-a așezat deasupra emițătorului, astfel încât bulele de aer să nu se formeze între fundul paharului și elementul piezoelectric, care a interferit mult cu experimentele. Pentru aceasta, sticla a fost plasată prin mișcarea fundului de-a lungul capacului emițătorului până când sticla a lovit tevida emițătorului. După ce am instalat corect paharul lentilei, am început să efectuăm observații și am turnat apă potabilă obișnuită în paharul lentilelor.

La aproximativ un minut după ce generatorul a fost alimentat de la rețeaua de alimentare, a fost observată o fântână cu ultrasunete (apendicele 1, fig. 1), care este reglată cu butonul de control al frecvenței și șuruburile de reglare. Rotind butonul de control al frecvenței, am obținut o fântână cu o înălțime atât de mare încât apa a început să se pulverizeze pe marginea geamului (apendicele 1, fig. 3, 12). Din nou, cu o șurubelniță, a rotit condensatorul de reglare, a redus fântâna și a continuat reglarea șurubului la un nou maxim al fântânii (înălțimea maximă a fântânii 13-15 cm). Simultan cu apariția fântânii, a apărut ceața de apă, care este rezultatul unui fenomen de cavitație (apendicele 1, fig. 2).

Coborârea fântânii cu stropire de lichid se explică prin plecarea planului de nivel al lichidului în vas din focarul lentilei cu ultrasunete, datorită coborârii nivelului. Pentru observarea îndelungată a fântânii, acesta din urmă a fost plasat într-un tub de sticlă, de-a lungul peretelui interior al căruia curge lichidul de scurgere, astfel încât nivelul său în vas nu se schimbă. Pentru aceasta, am luat un tub înalt de 50 cm, cu un diametru care nu depășește diametrul interior al cupei lentilei (d \u003d 3 cm). Când utilizați un tub de sticlă, lichidul a fost turnat în sticla lentilelor la 5 mm sub marginea superioară a paharului pentru a menține nivelul lichidului, datorită pulverizării sale pe peretele interior al tubului (apendicele 1, fig. 4, 5, 6).

Observarea proprietăților cu ultrasunete .

Pentru a obține reflectarea undelor, a fost introdusă o placă metalică plată în cuvă cu glicerină și apă turnată de sus și plasată la un unghi de 45 0 față de suprafața apei. Am pornit generatorul și am obținut formarea undelor în picioare (apendicele 1, fig. 10), care sunt obținute ca urmare a reflectării undelor din placa introdusă și din peretele celulei. În acest experiment, interferența undelor a fost de asemenea observată simultan (apendicele 1, fig. 8, 9). Efectuat exact același experiment, dar a turnat o soluție puternică de permanganat de potasiu cu apă (apendicele 1, fig. 11), apoi glicerină și apă deasupra. În acest experiment s-a obținut și refracția undelor: când undele cu ultrasunete au trecut prin interfața dintre două lichide, s-a observat o modificare a lungimii undei în picioare, în glicerină valul său este mai mare decât în \u200b\u200bapă și mangan dizolvat în ea, ceea ce se explică prin diferența de viteză de propagare a ultrasunetelor în aceste lichide. Fenomenul de coagulare a particulelor a fost obținut și: amidonul a fost adăugat într-o cuvă cu apă curată, amestecat bine; După pornirea generatorului, am văzut cum particulele se adună în nodurile undelor în picioare și după ce au oprit generatorul, acestea cad în jos, purificând apa, astfel, în aceste experimente, s-a observat reflecția, refracția, interferența ultrasunetelor și coagularea particulelor.

Observarea dependenței înălțimii fântânii de mărimea moleculei de solut și a tipului de soluție.

Am verificat ipoteza prezentată cu privire la dependența înălțimii fântânii cu ultrasunete de densitatea lichidului (concentrația soluției) și dimensiunea moleculei. Pentru aceasta, densitatea a fost modificată prin dizolvarea substanțelor cu diferite dimensiuni moleculare (amidon, zahăr, albus de ou) în ea.

Pentru a afla cum înălțimea fântânii depinde de densitatea soluției și dimensiunea moleculei solutului, au fost efectuate următoarele experimente. La frecvență constantă, tensiune și volum de lichid (25 ml), am iradiat apa cu ultrasunete cu amidon dizolvat, zahăr și albus de ou. Pentru fiecare substanță am efectuat 4 experimente, cu fiecare ulterioară am redus concentrația substanțelor de 2 ori, adică în al doilea experiment concentrația este de 2 ori mai mică, în al treilea experiment - de 4 ori mai mică, în a patra - de 8 ori mai mică. Toate observațiile au fost înregistrate și compilate în tabelul de mai sus. Există, de asemenea, o diagramă în apendice, care arată clar cum scade concentrația de substanțe (apendicele 2, diagrama 1).

Astfel, a fost obținută dependența înălțimii fântânii de concentrația substanțelor (apendicele 2, diagrama 2), iar în experimentele cu albus de ou și amidon, înălțimea fântânii a crescut, iar în experimentele cu zahăr a scăzut.

Aceasta deoarece moleculele de amidon și proteine \u200b\u200bsunt polimeri biologici (DIU sunt compuși cu greutate moleculară mare). Când sunt dizolvate în apă, ele formează soluții coloidale (diametrul particulelor coloidale - 1-100 nm) cu vâscozitate ridicată. Datorită prezenței unui număr mare de grupări hidroxo (-OH), legăturile de hidrogen se formează în moleculele unor astfel de substanțe (între moleculele de apă și amidon, apă și proteine), ceea ce contribuie la o distribuție mai uniformă a particulelor în soluție, ceea ce afectează negativ transmiterea undelor.

Zahărul este un dimer (C 12 H 22 O 11) n, dizolvarea acestuia duce la formarea unei adevărate soluții (dimensiunea particulelor de solut este comparabilă cu dimensiunea moleculelor de solvent), non-vâscoasă, cu o capacitate mare de penetrare, această structură a soluției contribuie la un transfer mai puternic de energie de undă.

Astfel, pentru lichidele vâscoase, înălțimea fântânii cu ultrasunete scade odată cu creșterea concentrației soluției, iar pentru lichidele non-vâscoase, înălțimea fântânii cu ultrasunete crește cu o creștere a concentrației soluției.

IV. -Aplicatii tehnice de ecografie.

Diferitele aplicații ale ultrasunetelor pot fi împărțite aproximativ în trei domenii:

obținerea de informații despre o substanță;

efect asupra substanței;

prelucrarea și transmiterea semnalului.

Dependența vitezei de propagare și atenuarea undelor acustice de proprietățile materiei și procesele care apar la acestea este utilizată în următoarele studii:

studiul proceselor moleculare în gaze, lichide și polimeri;

studiul structurii cristalelor și a altor solide;

controlul pe parcursul reacțiilor chimice, tranziții de fază, polimerizare, etc .;

determinarea concentrației soluțiilor;

determinarea caracteristicilor de rezistență și compoziția materialelor;

determinarea prezenței impurităților;

determinarea debitului de lichid și gaz.

Informații despre structura moleculară a unei substanțe sunt date prin măsurarea vitezei și a coeficientului de absorbție al sunetului din ea. Acest lucru face posibilă măsurarea concentrației de soluții și suspensii în pulpe și lichide, pentru a controla cursul de extracție, polimerizare, îmbătrânire și cinetica reacțiilor chimice. Precizia determinării compoziției substanțelor și prezența impurităților prin ultrasunete este foarte mare și se ridică la o fracție de procent.

Măsurarea vitezei sunetului în solide face posibilă determinarea caracteristicilor elastice și de rezistență ale materialelor structurale. O astfel de metodă indirectă pentru determinarea puterii este convenabilă pentru simplitatea și posibilitatea utilizării acesteia în condiții reale.

Analizoarele cu ultrasunete de gaz monitorizează procesele de acumulare a impurităților periculoase. Dependența vitezei cu ultrasunete de temperatură este utilizată pentru termometria fără contact a gazelor și lichidelor.

Contoarele cu ultrasunete care funcționează pe efectul Doppler se bazează pe măsurarea vitezei sunetului în lichide și gaze în mișcare, inclusiv în cele neomogene (emulsii, suspensii, pulpe). Echipamente similare sunt utilizate pentru a determina rata și debitul fluxului de sânge în studiile clinice.

Un grup mare de metode de măsurare se bazează pe reflectarea și împrăștierea undelor cu ultrasunete la granițele dintre media. Aceste metode vă permit să determinați cu exactitate locația corpurilor străine de mediu și sunt utilizate în domenii precum:

sonar;

testarea nedistructivă și detectarea defectelor;

diagnostice medicale;

determinarea nivelurilor de lichide și corpuri libere în containerele închise;

determinarea mărimii produselor;

vizualizarea câmpurilor sonore - imagistica sonoră și holografie acustică.

Reflexia, refracția și posibilitatea focalizării ultrasunetelor sunt utilizate în detectarea defectelor cu ultrasunete, la microscopurile acustice cu ultrasunete, în diagnosticul medical, pentru studiul macroinomogenităților unei substanțe. Prezența neregulilor și a coordonatelor acestora sunt determinate de semnalele reflectate sau de structura umbrei.

Metodele de măsurare bazate pe dependența parametrilor sistemului oscilator rezonant de proprietățile mediului de încărcare a acestuia (impedanță) sunt utilizate pentru a măsura continuu vâscozitatea și densitatea lichidelor, pentru a măsura grosimea pieselor, accesul la care este posibil doar dintr-o parte. Același principiu este în centrul testerelor de duritate cu ultrasunete, indicatoare de nivel, comutatoare de nivel. Avantajele metodelor de control cu \u200b\u200bultrasunete: timp de măsurare scurt, capacitatea de a controla medii explozive, agresive și toxice, niciun impact al instrumentului asupra mediului și proceselor controlate.

V.CONCLUZIE:

In progres muncă de cercetare Am examinat teoretic motivele formării ecografiei; a studiat aplicațiile moderne ale ecografiei în tehnologie: ecografia vă permite să aflați structura moleculară a unei substanțe, să determinați caracteristicile elastice și de rezistență ale materialelor structurale, să monitorizați acumularea de impurități periculoase; Este utilizat în detectarea cu defecte ultrasonice, la microscopurile acustice cu ultrasunete, în diagnosticul medical, pentru a studia macro-neomogenitățile unei substanțe, pentru măsurarea continuă a vâscozității și densității lichidelor, pentru măsurarea grosimii pieselor, acces la care este posibilă doar dintr-o parte. Experimental, am primit o fântână cu ultrasunete: am constatat că înălțimea maximă a fântânii este de 13-15 cm (în funcție de nivelul apei din pahar, frecvența ultrasunetelor, concentrația soluției, vâscozitatea soluției). A investigat experimental proprietățile undelor cu ultrasunete în apă: ea a stabilit că proprietățile unei unde ultrasonice sunt aceleași cu cele ale unei unde sonore, dar toate procesele, datorită frecvenței mari a ultrasunetelor, apar cu o penetrare mare în adâncimea substanței.

Experimentele efectuate au dovedit că fântâna cu ultrasunete poate fi folosită pentru a studia proprietățile soluțiilor, cum ar fi concentrația, densitatea, transparența și mărimea particulelor dizolvate. Această metodă de cercetare se remarcă prin rapiditatea și simplitatea sa de implementare, exactitatea studiului, capacitatea de a compara cu ușurință diferite soluții. Astfel de studii sunt relevante în implementarea monitorizării mediului. De exemplu, atunci când studiați compoziția depozitului de gunoi din minerit în orașul Olenegorsk la adâncimi diferite sau pentru monitorizarea apei la stațiile de tratare.

Astfel, mi-am confirmat ipoteza că undele cu ultrasunete au aceleași proprietăți ca undele sonore (reflecție, refracție, interferență), dar datorită puterii de penetrare mai mare în substanță, ultrasunetele au mai multe posibilități de aplicare în tehnologie. Ipoteza cu privire la dependența înălțimii fântânii cu ultrasunete de densitatea lichidului a fost parțial confirmată: când se schimbă concentrația substanței dizolvate, se modifică densitatea și înălțimea fântânii, dar transmiterea energiei cu undă ultrasonică depinde într-o măsură mai mare de vâscozitatea soluției, prin urmare, pentru diferite lichide (vâscoase și non-vâscoase), dependența înălțimii fântânii concentrarea a fost diferită.

Vi. - Lista bibliografică:

L. L. Myasnikov Sunet inaudibil. Leningrad „Construcția navală”, 1967. 140 p.

Pasaportul Unitate de demonstrație cu ultrasunete UD-76 3.836.000 CP

Horbenko I.G. Sunet, ultrasunete, infrasunete. M., „Cunoaștere”, 1978.160 p. (Știință și progres)

Anexa 1

Apendicele 2

Diagrama 1

Dacă într-un mediu continuu - gaze, lichide sau solide, particulele mediului se dovedesc a fi scoase din poziția de echilibru, atunci forțele elastice care acționează asupra lor din alte particule le vor readuce în poziția de echilibru. În acest caz, particulele vor efectua mișcare oscilatoare. Propagarea vibrațiilor elastice într-un mediu continuu este un proces asemănător unei unde.
Vibrațiile cu frecvență de la unitățile de Hertz (Hz) la 20 Hertz sunt numite infrasonic, la o frecvență de la 20 Hz la 16 ... 20 kHz, creează oscilații sunete sonore. Vibrații cu ultrasunete corespund frecvențelor de la 16 ... 20 kHz la 10 8 Hz, iar oscilațiile cu o frecvență mai mare de 10 8 Hz sunt numite hypersounds . Figura 1.1 prezintă scala de frecvență logaritmică pe baza expresiei lg 2 f \u003d 1, 2, 3 ..., n, Unde 1, 2, 3 ..., n - numere de octavă.

Figura 1.1 - Gamele vibrațiilor elastice din materialele materiale

Natura fizică a vibrațiilor elastice este aceeași pe întregul interval de frecvență. Pentru a înțelege natura vibrațiilor elastice, să luăm în considerare proprietățile lor.
Formă de undă este forma frontului de undă, adică. o colecție de puncte cu aceeași fază. Oscilările avionului creează o undă sonoră plană, dacă un cilindru servește ca radiator, care se contractă și se extinde periodic în direcția razei sale, atunci apare o undă cilindrică. Un emițător punctual, sau o bilă pulsantă, ale cărei dimensiuni sunt mici în comparație cu lungimea undei emise, produce o undă sferică.

Undele sonore sunt clasificate în funcție de tip de valuri : pot fi longitudinale, transversale, îndoite, torsionale - în funcție de condițiile de excitație și propagare. În lichide și gaze, se propagă numai valuri longitudinale, în solide, transversale și alte tipuri de unde enumerate. Într-o undă longitudinală, direcția oscilațiilor particulelor coincide cu direcția de propagare a undei (Figura 1.2, și), unda de forfecare se propagă perpendicular pe direcția oscilațiilor particulelor (figura 1.2, b) .

a) mișcarea particulelor de mediu în timpul propagării unei unde longitudinale; b) mișcarea particulelor de mediu în timpul propagării unei unde transversale.

Figura 1.2 - Mișcarea particulelor în timpul propagării undelor

Orice val, ca o oscilație care se propagă în timp și spațiu, poate fi caracterizat prin frecvență , lungime de undă și amplitudine (Figura 3). În acest caz, lungimea de undă λ este legată de frecvență f prin viteza de propagare a undelor într-un material dat c: λ = c / f.

Figura 1.3 - Caracteristicile procesului oscilator

1.6 Aplicarea practică a vibrațiilor cu ultrasunete cu consum redus de energie

Domeniul de aplicare a vibrațiilor cu ultrasunete de intensitate redusă (convențional până la 1 W / cm2) este foarte extins și vom lua în considerare, la rândul său, câteva aplicații principale ale vibrațiilor cu ultrasunete de intensitate scăzută.
1. Dispozitive cu ultrasunete pentru controlul caracteristicilor chimice diverse materiale și medii. Toate acestea se bazează pe schimbarea vitezei vibrațiilor cu ultrasunete în mediu și permit:
- determinați concentrația amestecurilor binare;
- densitatea soluțiilor;
- gradul de polimerizare a polimerilor;
- prezența în soluții de impurități, bule de gaz;
- determină rata de apariție a reacțiilor chimice;
- conținutul de grăsimi din lapte, smântână, smântână;
- dispersia în sisteme eterogene etc.
Rezoluția dispozitivelor ultrasonice moderne este de 0,05%, precizia măsurării vitezei de propagare pe probe de 1 m lungime este de 0,5-1 m / s (viteza în metal este mai mare de 5000 m / s). Aproape toate măsurătorile sunt efectuate prin comparație cu un standard.
2. Dispozitive pentru controlul caracteristicilor fizice și chimicepe baza măsurării atenuării ultrasunetelor. Astfel de dispozitive permit măsurarea vâscozității, densității, compoziției, conținutului de impurități, gaze etc. Tehnicile utilizate se bazează, de asemenea, pe metode de evaluare comparativă.
3. Contoare cu ultrasunete pentru lichide în conducte. Acțiunea lor se bazează și pe măsurarea vitezei de propagare a vibrațiilor cu ultrasunete de-a lungul fluxului de fluid și împotriva fluxului. Comparația celor două viteze face posibilă determinarea debitului, iar pentru o secțiune transversală cunoscută a conductei, debitul Un exemplu al unuia dintre debitmetrele (nr. 15183 în Registrul de stat al instrumentelor de măsurare) este prezentat în figura 1.4.

Figura 1.4 - debitmetru cu ultrasunete staționar "AKRON"

Un astfel de debitmetru măsoară debitul volumetric și volumul total (cantitatea) de lichide care curg în conductele sub presiune ale sistemelor de alimentare cu apă, canalizare și produse petroliere fără a fi conectate într-o conductă de operare. Principiul funcționării debitmetrului este măsurarea diferenței în timpul de tranzit al unei unde ultrasonice de-a lungul fluxului și împotriva fluxului lichidului controlat, recalculându-l într-un debit instantaneu cu integrare ulterioară.
Eroarea instrumentului este de 2% din limita superioară de măsurare. Limitele superioare și inferioare de măsurare sunt stabilite de către operator. Contorul de flux include o unitate de senzori (constă din doi senzori cu ultrasunete și un dispozitiv pentru fixarea lor la o conductă) și o unitate electronică, conectată printr-un cablu RF de până la 50 m lungime (10 m ca standard). Senzorii sunt instalați pe o secțiune dreaptă a conductei pe suprafața exterioară, fără murdărie, vopsea și rugină. Condiția pentru instalarea corectă a senzorilor este prezența unei secțiuni drepte a conductei cu cel puțin 10 diametre de conductă înainte și 5 diametre după senzori.
4. Comutatoare de nivel
Principiul funcționării se bazează pe localizarea nivelului de materiale lichide sau în vrac prin impulsuri ultrasonice care trec printr-un mediu de gaz și pe fenomenul de reflectare a acestor impulsuri din interfața „mediu controlat cu gaz”. În acest caz, măsurarea nivelului este timpul de propagare a vibrațiilor sonore de la emițător la interfața controlată dintre media și înapoi la receptor. Rezultatul măsurării este afișat pe un computer personal, unde sunt memorate toate măsurătorile, cu posibilitatea ulterioară de vizualizare și analizare a acestora, precum și conectarea la sistemul de colectare și prelucrare automată a datelor. Indicatorul de nivel, ca parte a sistemului, poate include mașini de stat, pompe și alte dispozitive la un nivel peste valoarea maximă și sub valoarea minimă, ceea ce face posibilă automatizarea procesului tehnologic. În plus, este generată o ieșire curentă (0,5 mA, 0-20 mA) pentru înregistratoare.
Comutatorul de nivel vă permite să controlați temperatura mediului în rezervoare. Formatul principal al datelor de ieșire este distanța de la partea superioară a rezervorului la suprafața substanței conținute în acesta. La cererea clientului, la furnizarea informațiilor necesare, este posibil să se modifice dispozitivul pentru afișarea înălțimii, masei sau volumului unei substanțe în rezervor.
5. Analizoare ultrasonice ale compoziției gazelor bazat pe utilizarea dependenței vitezei cu ultrasunete într-un amestec de gaze de viteza din fiecare dintre gazele care alcătuiesc acest amestec.
6. Dispozitive cu ultrasunete de securitate pe baza măsurării diverșilor parametri ai câmpurilor ultrasonice (amplitudini de vibrație atunci când spațiul dintre emițător și receptor se suprapune, frecvența se schimbă atunci când este reflectată dintr-un obiect în mișcare etc.).
7. Contoarele de temperatură ale gazelor și alarmele de incendiu bazate pe o schimbare a vitezei de propagare cu modificarea temperaturii ambientale sau a fumului.
8. Dispozitive de testare cu ultrasunete nedistructive. Testarea nedistructivă este una dintre metodele tehnologice principale pentru asigurarea calității materialelor și produselor. Niciun produs nu trebuie operat fără verificare. Puteți verifica prin testare, dar puteți testa 1-10 articole, dar nu puteți verifica 100% din toate elementele, deoarece verificați - asta înseamnă că stricați toate produsele. Prin urmare, este necesar să verificați fără a o distruge.
Una dintre cele mai ieftine, mai simple și mai sensibile este metoda cu ultrasunete de testare nedistructivă. Principalele avantaje față de alte metode de testare nedistructivă sunt:

- detectarea defectelor localizate adânc în interiorul materialului, care au devenit posibile datorită capacității de penetrare îmbunătățite. Examinarea cu ultrasunete se realizează la o adâncime de câțiva metri. Diverse produse sunt supuse inspecției, de exemplu: tije lungi de oțel, ștanțări rotative, etc;
- sensibilitate ridicată la detectarea unor defecte extrem de mici, cu o lungime de câțiva milimetri;
- determinarea exactă a locației defectelor interne, evaluarea dimensiunii acestora, caracteristicile direcției, formei și naturii;
- suficiența accesului la o singură parte a produsului;
- controlul proceselor prin mijloace electronice, care asigură identificarea aproape instantanee a defectelor;
- scanare volumetrică, care permite examinarea volumului de material;
- nu există nicio cerință pentru precauții de sănătate;
- portabilitatea echipamentelor.

1.7 Aplicarea practică a vibrațiilor cu ultrasunete de mare intensitate

Astăzi, procesele principale puse în aplicare și intensificate de vibrațiile cu ultrasunete de mare energie sunt de obicei împărțite în trei subgrupuri principale, în funcție de tipul de mediu în care sunt implementate (figura 1.5).

Figura 1.5 - Aplicarea vibrațiilor cu ultrasunete de mare energie

În funcție de tipul de mediu, procesele sunt împărțite în mod convențional în procese în materiale lichide, solide și termoplastice și în mediu gazos (aer). În secțiunile următoare, procesele și dispozitivele de intensificare a proceselor din materiale lichide, solide și termoplastice, medii gazoase vor fi luate în considerare mai detaliat.
În continuare, vom lua în considerare exemple ale principalelor tehnologii implementate folosind vibrații cu ultrasunete de mare energie.
1. Prelucrare dimensională.

Vibrațiile cu ultrasunete sunt utilizate pentru prelucrarea materialelor și metalelor fragile și extra tari.
Principalele procese tehnologice intensificate de vibrațiile cu ultrasunete sunt găurirea, înfășurarea, filetarea, trasarea sârmei, lustruirea, șlefuirea, găuri de găurire de formă complexă. Intensificarea acestor procese tehnologice are loc datorită impunerii vibrațiilor cu ultrasunete pe instrument.
2. Curățare cu ultrasunete.
Astăzi, există multe moduri de a curăța suprafețele de diverși contaminanți. Curățarea cu ultrasunete este mai rapidă, asigură o calitate ridicată și spală zonele greu accesibile. Aceasta asigură înlocuirea solvenților extrem de toxici, inflamabili și costisitori cu apă simplă.
Folosind vibrații cu ultrasunete de înaltă frecvență, carburatoarele auto și injectoarele sunt curățate în câteva minute.
Motivul pentru accelerarea curățării este în cavitație, un fenomen special în care se formează bule mici de gaz în lichid. Aceste bule izbucnesc (explodează) și creează fluxuri puternice de apă care spală toată murdăria. Astăzi, pe acest principiu există mașini de spălat și mici instalații de spălat. Caracteristicile implementării procesului de cavitație și capacitățile potențiale ale acestuia vor fi luate în considerare separat. UZ curăță metalele de paste de lustruit, produse laminate la scară, pietre prețioase din locuri de lustruit. Curățarea plăcilor de tipărire, spălarea țesăturilor, spălarea fiolelor. Curățarea conductelor complexe. În plus față de curățare, ultrasunetele sunt capabile să îndepărteze mici bavuri, lustruire.
Acțiunea cu ultrasunete în mediile lichide distruge microorganismele și, prin urmare, este utilizată pe scară largă în medicină și microbiologie.
O altă implementare a curățării cu ultrasunete este de asemenea posibilă.
- purificarea fumului de particulele solide din aer. Pentru aceasta se folosește și un efect ultrasonic asupra cețelor și fumului. Particulele din câmpul ultrasonic încep să se miște activ, se ciocnesc și se lipesc și sunt depuse pe pereți. Acest fenomen se numește coagulare cu ultrasunete și este utilizat pentru a combate ceața pe câmpurile aeriene, pe drumuri și în porturile maritime.
3. Sudare cu ultrasunete.
În prezent, folosind vibrații ultrasonice de mare intensitate, materialele termoplastice polimerice sunt sudate. Sudarea tuburilor din polietilenă, cutii, cutii asigură o etanșare excelentă. Spre deosebire de alte metode, materialele plastice contaminate, tuburile lichide etc. pot fi gătite cu ultrasunete. În acest caz, conținutul este sterilizat.
Sudarea cu ultrasunete este utilizată pentru a suda cea mai subțire folie sau sârmă la o parte metalică. Mai mult decât atât, sudarea cu ultrasunete este sudarea la rece, deoarece cusătura este formată la o temperatură sub temperatura de topire. Astfel, prin sudare se unesc aluminiu, tantal, zirconiu, niobiu, molibden etc.
În prezent, sudarea cu ultrasunete a găsit cea mai mare aplicație pentru procesele de ambalare de mare viteză și producerea de materiale de ambalare cu polimeri.
4. Lipire și legătura
Vibrațiile cu ultrasunete de înaltă frecvență sunt utilizate pentru a lipi aluminiu. Cu ajutorul ultrasunetelor, puteți consuma ceramică și apoi lipire, sticlă, care anterior era imposibilă. Feritele, lipirea cristalelor cu semiconductor la cutii aurite sunt realizate astăzi folosind tehnologia cu ultrasunete.
5. Ecografia în chimia modernă
În prezent, așa cum rezultă din literatura de specialitate, s-a format o nouă direcție în chimie - chimia cu ultrasunete. Studiind transformările chimice care apar sub influența ultrasunetelor, oamenii de știință au stabilit că ecografia nu numai că accelerează oxidarea, dar oferă, în unele cazuri, un efect de reducere. Astfel, fierul este redus din oxizi și săruri.
Rezultate pozitive bune au fost obținute la intensificarea ecografiei următoarelor procese chimico-tehnologice:
- electrodepozitie, polimerizare, depolimerizare, oxidare, reducere, dispersie, emulsificare, coagulare aerosol, omogenizare, impregnare, dizolvare, pulverizare, uscare, ardere, bronzare etc.
Electrodepozitia - metalul depus capata o structura cristalin fina, porozitatea scade. Astfel, se realizează placarea, înclinarea, argintarea din cupru Procesul este mai rapid, iar calitatea acoperirii este mai mare decât în \u200b\u200btehnologiile convenționale.
Obținerea emulsiilor: apă și grăsimi, apă și uleiuri esentiale, apă și mercur. Bariera de imiscibilitate este depășită datorită ultrasunetelor.
Polimerizarea (combinația de molecule într-una) - gradul de polimerizare este reglat de frecvența cu ultrasunete.
Dispersie - obținerea de pigmenți ultrafini pentru a obține coloranți.
Uscare - substanțe biologic active fără încălzire. În industria alimentară, farmaceutică.
Pulverizați lichide și topiți. Intensificarea proceselor în uscătoare de pulverizare. Obținerea pulberii metalice din topituri. Aceste dispozitive de pulverizare elimină părțile rotative și de frecare.
Ultrasonic îmbunătățește eficiența de combustie cu 20 de ori mai mare de combustibili lichizi și solizi.
Impregnare. Lichidul trece de sute de ori mai repede prin capilarele materialului impregnat. Folosit la producerea materialului pentru acoperiș, traverse, plăci de ciment, textolit, getinax, impregnare din lemn cu rășini modificate
6. Ecografia în metalurgie.
- Se știe că metalele în timpul topirii absorb gaze de aluminiu și aliajele sale. 80% din toate gazele din metalul topit sunt H2. Aceasta duce la deteriorarea calității metalului. Gazele pot fi îndepărtate cu ajutorul ultrasunetelor, ceea ce ne-a permis să creăm un ciclu tehnologic special și să îl utilizăm pe scară largă în producția de metale.
- Ecografia promovează întărirea metalelor
- În metalurgia pulberilor, ultrasunetele promovează aderența particulelor din materialul fabricat. Acest lucru elimină nevoia de compactare la presiune înaltă.
7. KM în minerit.
Utilizarea ultrasunetelor permite implementarea următoarelor tehnologii:
- Îndepărtarea parafinelor din pereții godeurilor de ulei;
- Eliminarea exploziilor de metan din mine datorită dispersiei sale;
- Îmbogățirea cu ultrasunete a minereurilor (metoda de flotare cu ultrasunete).
8. KM în agricultură.
Vibrațiile cu ultrasunete au un efect benefic asupra semințelor și boabelor înainte de plantare. Deci, tratamentul semințelor de roșii înainte de plantare asigură o creștere a numărului de fructe, reduce timpul de maturare și o creștere a cantității de vitamine.
Tratamentul cu ultrasunete a semințelor de pepene și porumb duce la creșterea randamentului cu 40%.
Atunci când prelucrați semințele cu ultrasunete, este posibil să se asigure dezinfectarea și introducerea oligoelementelor necesare din lichid
9. Industria alimentară.
În practică, astăzi sunt deja implementate următoarele tehnologii:
- Prelucrarea laptelui pentru sterilizarea omogenizării;
- Prelucrare pentru creșterea termenului de valabilitate și a calității laptelui congelat
- Obținerea laptelui praf de înaltă calitate;
- Obținerea emulsiilor pentru coacere;
- Prelucrarea drojdiei cu 15% crește puterea lor de fermentare;
- Obținerea de substanțe aromatice, piure, extragerea grăsimilor din ficat;
- Alocarea tartrului;
- Extragerea materiilor prime vegetale și animale;
- Producția de parfumuri (6 ... 8 ore în loc de un an).
10. Ecografia în biologie.
- Doze mari de ultrasunete ucid microorganisme (stafilococi, streptococi, viruși);
- Intensitățile scăzute ale expunerii cu ultrasunete promovează creșterea coloniilor de microorganisme;
11. Influență asupra unei persoane.
Expunerea cu ultrasunete cu o intensitate de până la 0,1 ... 0,4 W / cm are efect terapeutic. În America, un efect cu o intensitate de până la 0,8 W / cm este considerat terapeutic.
12. În medicină.
Scalpele cu ultrasunete, dispozitive pentru liposucție externă și internă, instrumente laparoscopice, inhalatoare, masageri găsesc cea mai largă aplicație și permit tratarea diferitelor boli.
Cursul prezentat mai jos este destinat cunoașterii preliminare a studenților, studenților absolvenți, inginerilor și tehnologilor din diverse industrii cu elementele de bază ale tehnologiilor cu ultrasunete și este destinat să ofere cunoștințe fundamentale despre teoria formării vibrațiilor cu ultrasunete și practica utilizării vibrațiilor ultrasonice de mare intensitate.

VIBRAȚII ULTRASONICE, vibrațiile care au o frecvență atât de mare care sună din ele nu sunt percepute de ureche. Frecvențele vibrațiilor cu ultrasunete încep de la 15000-20000 Hz. Existența vibrațiilor cu ultrasunete este cunoscută de mult timp, iar după apariția în 1883 a fluierului lui Galton, care emitea sunete inaudibile, demonstrația lor a devenit parte a practicii de predare. Cu toate acestea, până de curând, vibrațiile cu ultrasunete nu aveau nici o semnificație practică, deoarece nu existau surse suficient de puternice de vibrații cu ultrasunete. Începutul revitalizării cercetărilor asupra vibrațiilor cu ultrasunete ar trebui luat în considerare 1917-19, când Langevin la Paris a reușit să folosească cuarțul pentru a obține valuri ultrasonore puternice în apă. În special, cercetările asupra vibrațiilor cu ultrasunete au reînviat după activitatea lui Cady, care a început în 1922; această renaștere continuă în acest moment.

Metode de obținere a vibrațiilor cu ultrasunete foarte divers; aproape toate metodele de generare a vibrațiilor sunt adecvate și pentru vibrațiile cu ultrasunete. Sunetele nu prea puternice se obțin cel mai ușor cu un fluier Galton (Fig. 1), reprezentând un rezonator de aer, a cărui frecvență naturală poate varia de la 10.000 la 30.000 Hz și împotriva deschiderii căreia este direcționat un flux de aer. Puterea unui astfel de fluier este mică, iar în toate metodele descrise mai jos, sursa de energie a frecvenței ultrasonice este un curent electric alternativ, obținut de obicei din circuite electrice auto-oscilante cu o lampă electronică; singura excepție este arcul de cântare, cu care Neklepaev a primit în 1911 vibrații ultrasonice și unde cu frecvențe de până la 3.500.000 Hz, ceea ce corespunde unei lungimi de undă de aproximativ 0,1 mm. Valurile au fost primite în aer și s-a dovedit că acesta din urmă le absoarbe destul de puternic. Prima sursă puternică de vibrații cu ultrasunete a fost emițătorul piezoelectric Langevin, proiectat pentru lucrul în apă. Partea principală a transmițătorului Langevin este o placă de cuarț Q (Fig. 2), tăiată perpendicular pe axa electrică și echipată cu plăci A, A strâns lipite de acesta. curent alternativ. Cu o alegere adecvată a frecvenței, atunci când oscilațiile naturale ale emițătorului rezonează cu curentul, acestea devin foarte puternice și emit mare energie ultrasonică.

În emițătorul subacvatic Langevin, o singură placă A este în contact cu apa, în timp ce cealaltă este închisă în carcasa prezentată în fig. 2 schematic cu linie punctată. Astfel de emițătoare sunt de obicei construite la frecvențe în jur de 30.000-40.000 Hz.

Lemnul și Lumis au folosit plăci cu plăci foarte subțiri pentru experimentele lor, care practic nu au afectat frecvența naturală a plăcii. Deoarece grosimea totală a transmițătorului a fost mult mai mică, frecvența vibrațiilor cu ultrasunete a fost mult mai mare și anume aproximativ 5 · 10 5 Hz. Myasnikov a reușit să atingă frecvențe de 10 6-10-10 Hz; emițătoarele în ambele cazuri au fost plasate într-o baie de ulei, unde se propagau unde ultrasonice. Au fost încercări reușite de a obține vibrații ultrasonice cu putere suficientă și prin utilizarea vibrațiilor magnetostrictive. Gaines a primit ultrasunete foarte puternice prin vibrații magnetostrictive excitante într-un tub de nichel, pe partea inferioară a căruia era în aer un câmp magnetic alternativ, iar cel superior în sunetul emis de lichid. O scânteie electrică oferă, de asemenea, rezultate nesatisfăcătoare. În prezent, cea mai bună modalitate practică de a obține emițătoare cu ultrasunete puternice este metoda Langevin. Experimentele privind obținerea undelor cu ultrasunete în aer în același mod au arătat că recurgerea emițătorilor de acest tip în aer este foarte nesemnificativă.

Propagarea undelor cu ultrasunete în gaze și lichide în general se supune acelorași legi ca undele sonore obișnuite, dar există unele particularități. Undele cu ultrasunete din aer și gaze sunt foarte semnificativ absorbite și cu cât este mai puternică, cu atât este mai mare frecvența undelor cu ultrasunete. Cele mai scurte dintre ele, cercetate de Neklepaev, sunt slăbite cu un factor de 100, trecând deja cu 6 mm. Undele de 8 ori mai lungi sunt atenuate de aceeași cantitate, trecând de 40 cm, etc. În plus, se observă o anumită dispersie a undelor cu ultrasunete. La puterile ridicate ale emițătorilor cu ultrasunete, pe lângă radiațiile ultrasonice, există un „vânt”, descoperit pentru prima dată de Meissner pe plăcile de cuarț, care este observat și la emițătorii subacvatici. Dacă, la fel ca în experimentele Wood și Lumis, undele cu ultrasunete cad pe granița a două medii (în experimentele lor ulei - aer și ulei - apă), atunci suprafața contactului lor este foarte distorsionată din cauza așa-numitelor. presiune fonică, se formează fântâni întregi de stropi minusculi, iar în experimentele cu ulei și apă se formează o emulsie de ulei în apă; undele ultrasonice care se propagă de-a lungul tijei de sticlă provoacă o senzație de arsură atunci când este atins, deși termometrul arată doar o ușoară creștere a temperaturii. Fiziologia și acțiunile undelor cu ultrasunete puternice sunt de asemenea semnificative: celulele animale și vegetale și bacteriile mor în câmpul undelor cu ultrasunete, astfel încât a fost posibilă în acest fel sterilizarea laptelui; în apropierea emițătorilor Langevin, peștele a murit. Poate că, odată cu dezvoltarea ulterioară, undele cu ultrasunete vor câștiga valoare terapeutică. Datorită lungimii de undă extrem de redusă în câmpul undelor cu ultrasunete, se observă difracția undelor de lumină, ca și în grătarele de difracție (Debye și Sears). Interferometre construite (Pierce) pentru unde ultrasonice, utilizate pentru a determina viteza sunetului în gaze și lichide. Aplicații diverse ale vibrațiilor cu ultrasunete în tehnologie, și aproape toate se bazează pe proprietățile rezonatorilor de cuart precis. Deoarece amortizarea în tije de cuarț oscilante, plăci și în special inele este mult mai mică decât în \u200b\u200bcircuitele electrice, acestea din urmă sunt înlocuite cu primele în toate cazurile când este necesară o rezonanță pronunțată. Așa că s-au răspândit stabilizatori de cuarț pentru; proprietatea cuarțului de a străluci în timpul vibrațiilor, pe măsură ce sarcinile electrice apar pe ea, utilizate în indicatoarele de undă (Ghibe). Frecvența de oscilație dată de inelele de cuarț este atât de constantă încât Morrison le-a folosit pentru un ceas electric care a depășit toate cele cunoscute anterior cu precizia sa, deoarece cuarțul este în prezent cel mai bun standard de frecvență.

Transmițători sub formă de cuarț subacvatic pentru vibrații cu ultrasunete, acestea nu sunt încă utilizate pe scară largă, cu toate acestea, datorită frecvenței lor înalte, au două avantaje în comparație cu emițătorii electromagnetici subacvatici: au, în primul rând; o focalizare mare, permițându-vă să focalizați fasciculul razelor emanate de ele într-un unghi solid îngust; în al doilea rând, au o eficiență ridicată (cu un design bun, care nu a fost încă realizat pe deplin). În primul rând, au fost folosite ca instrumente pentru determinarea adâncimilor în așa-numitele. sunete ecou Fasciculul de sunet care vine de la emițător merge în jos; sărind din acesta, revine la același emițător care îl primește; înregistratorul înregistrează timpul de deplasare al sunetului de la emițător în partea de jos și înapoi, de unde se calculează adâncimea. Transmițătorii cu ultrasunete sunt folosiți pentru telegrafia de la navă la navă, printre altele și pentru submarine, pentru care o comunicare sonoră este aproape singura posibilă; emițătorul cu ultrasunete este și receptorul. Au fost încercări de a utiliza grinzi cu ultrasunete pentru a deschide submarine și munți de gheață (Boyle și Reid, 1926), pentru a vedea prin vicii în metale (S. Sokolov), dar rezultate care nu sunt încă suficient de fiabile pentru ca instalațiile corespunzătoare să poată intra în practică.

Ecografie - acestea sunt vibrații mecanice elastice cu o frecvență care depășește 18 kHz, care este pragul superior al auzului ureche umană. Datorită frecvenței crescute, vibrațiile cu ultrasunete (UZK) au o serie de caracteristici specifice (capacitatea de focalizare și directivitatea radiațiilor), ceea ce face posibilă concentrarea energiei acustice pe zone mici ale suprafeței radiate.

Ecografia este transmisă de la sursa de oscilație în mediu sub formă de unde elastice și poate fi reprezentată ca o ecuație de undă pentru o undă plană longitudinală:

unde L - deplasarea particulei oscilante; t- timp; x- distanța față de sursa de oscilație; din este viteza sunetului în mediu.

Viteza sunetului este diferită pentru fiecare mediu și depinde de densitatea și elasticitatea acestuia. Formele particulare ale ecuației de undă permit ca unul să descrie propagarea unei unde pentru multe cazuri practice.

Forma de undă cu ultrasunete

Undele ultrasonice de la sursa de oscilații se propagă în toate direcțiile. Există alte particule în apropierea fiecărei particule a mediului, care vibrează cu acesta în aceeași fază. Se numește un set de puncte cu aceeași fază de oscilație suprafața valurilor.

Se numește distanța peste care se propagă unda într-un timp egal cu perioada de oscilație a particulelor mediului lungime de undă.

unde T - perioada fluctuațiilor; / - frecvența vibrațiilor.

Prin partea din față a valului se numește un set de puncte la care fluctuațiile ating un anumit punct în timp. În fiecare moment al timpului, există un singur front de val și se mișcă tot timpul, în timp ce suprafețele valului rămân staționare.

În funcție de forma suprafeței undelor, se disting undele plane, cilindrice și sferice. În cel mai simplu caz, suprafețele valurilor sunt plane și valurile sunt numite apartament iar sursa emoției lor este avionul. Cilindric numite valuri în care suprafețele valurilor sunt cilindri concentrici. Sursele de excitație ale unor astfel de unde apar sub forma unei linii drepte sau a unui cilindru. Sferic undele sunt create de surse punctuale sau sferice ale căror raze sunt mult mai mici decât lungimea de undă. Dacă raza depășește lungimea de undă, atunci poate fi considerată plană.

Ecuația unei unde plane care se propagă de-a lungul axei X,dacă sursa de excitație efectuează oscilații armonice cu o frecvență unghiulară ω și amplitudine Л 0, are forma

Faza inițială a unei unde este determinată de alegerea originii coordonatei x si timpul t.

Atunci când analizăm trecerea unei singure valuri, punctul de referință este de obicei ales astfel încât și \u003d 0. Atunci ecuația (3.2) poate fi scrisă ca

Ultima ecuație descrie o undă călătoare care se propagă spre creșterea (+) sau scăderea valorilor (-). Este una dintre soluțiile ecuației de undă (3.1) pentru o undă plană.

În funcție de direcția de oscilație a particulelor mediului în raport cu direcția de propagare a undelor, se disting mai multe tipuri de unde ultrasonice (Fig. 3.1).

Dacă particulele mediului vibrează de-a lungul unei linii care coincide cu direcția de propagare a undelor, atunci se numesc astfel de unde longitudinal (fig. 3.1, și). Când deplasarea particulelor de mediu are loc într-o direcție perpendiculară pe direcția de propagare a undei, undele sunt numite transversal (fig. 3.1, b)

Fig. 3.1. Schema deplasărilor vibraționale ale particulelor medii pentru diferite tipuri de unde: și - longitudinal; b - transversal; în - îndoire

În lichide și gaze, se pot propaga numai valuri longitudinale, deoarece deformările elastice din ele apar în timpul comprimării și nu apar în timpul forfecării. Atât undele longitudinale, cât și cele transversale se pot propaga în solide, deoarece solidele au elasticitatea formei, adică. tind să-și mențină forma atunci când sunt expuși forțelor mecanice. Deformații și stresuri elastice apar în ele nu numai în timpul compresiunii, ci și în timpul forfecării.

În solidele mici, cum ar fi tije, plăci, modelul de propagare a undelor este mai complex. Undele apar în astfel de corpuri, care sunt o combinație de două tipuri principale: torsional, îndoit, suprafață.

Tipul de undă dintr-un solid depinde de natura excitației vibrațiilor, de forma solidului, de mărimea acestuia în raport cu lungimea de undă și în anumite condiții pot exista mai multe tipuri de unde simultan. În fig. Este prezentată o reprezentare schematică a unei unde de îndoire. 3.1, c. După cum puteți vedea, deplasarea particulelor de mediu are loc atât perpendicular pe direcția de propagare a undelor, cât și de-a lungul acesteia. Astfel, o undă de îndoire are caracteristici comune atât a undelor longitudinale, cât și a celor transversale.