Sóng siêu âm là gì? pdf

Sóng siêu âm là gì?
Bản chất của sóng âm
Các môi trường chất đàn hồi (khí, lỏng hay rắn) có thể coi như là những
môi trường liên tục gồm những phần tử liên kết chặt chẽ với nhau. Lúc bình
thường, mỗi phần tử có một vị trí cân bằng bền. Nếu tác động một lực lên một
phần tử A nào đó bên trong môi trường này, nó sẽ rời khỏi vị trí cân bằng bền. Do
tương tác tạo nên bởi các mối liên kết với các phần tử bên cạnh, một mặt phần tử
A bị kéo về vị trí cân bằng, một mặt nó cũng chịu tác dụng bởi lực tác động nên
phần tử A sẽ di chuyển qua – lại quanh vị trí cân bằng, có nghĩa là phần tử A thực
hiện chuyển động dưới dạng dao động. Hiện tượng này tiếp tục xảy ra đối với các
phần tử khác của môi trường. Dạng dao động cơ, có tính chất lặp đi lặp lại, lan
truyền trong môi trường đàn hồi được gọi là sóng đàn hồi hay sóng cơ, nói một
cách khác, sóng là một hiện tượng vật lý trong đó năng lượng được dẫn truyền
dưới dạng dao động của các phần tử vật chất của môi trường truyền sóng.
Về bản chất, sóng âm là sóng cơ học, do đó nó tuân theo mọi quy luật đối
với sóng cơ, có thể tạo ra sóng âm bằng cách tác động một lực cơ học vào môi
trường truyền âm.
Vd1: Tác động một lực làm rung lên âm thoa, gây ra cho các phân tử trong
không khí bị nén lại hay dãn ra tùy theo hướng chuyển động của âm thoa, phân tử
đầu tiên bị tác động sẽ ảnh hưởng đến phân tử kế tiếp . . . và cứ thế mà có sự lan
truyền sóng ra mọi hướng (và cũng nhờ thế mà tai người ở bất kỳ vị trí nào xung
quanh âm thoa đều nghe được âm vang của âm thoa). Hiện tượng này tương tự
như khi ta thả một viên sỏi vào giữa lòng hồ đang lặng sóng, viên sỏi sẽ tạo ra
những gợn sóng có hình dạng các vòng tròn đồng tâm lan tỏa ra xung quanh mà
tâm của chúng là vị trí mà viên sỏi rơi xuống hồ nước.
Vd2: Đánh vào mặt trống; tác động dòng điện làm rung màng loa; đạn bay
trong không khí.
Các đại lượng đặc trưng của sóng
Hình bên dưới là hình biểu diễn của sóng, nó là một tập hợp của các lần nén
và dãn thay đổi tuần tự theo dạng hình sin, trong đó các đỉnh sóng thể hiện áp lực
cao nhất còn các đáy sóng thể hiện áp lực thấp nhất.

Các đại lượng đặc trưng của sóng bao gồm:
 Chu kỳ T = (s) là khoảng thời gian mà sóng thực hiện một lần nén và
một lần dãn.
 Tần số f = (Hz) là số chu kỳ thực hiện được trong 1 giây.
 Vận tốc truyền của sóng âm là quãng đường mà sóng âm truyền
được sau một đơn vị thời gian
 Độ dài bước sóng λ = (μm): là quãng đường mà sóng truyền được
sau khoảng thời gian bằng 1 chu kỳ (λ = v.T = v/f). Trên hình vẽ, ta thấy bước
sóng λ là khoảng cách giữa hai đỉnh hoặc hai đáy nằm kế nhau.
Phân loại sóng âm
Phân loại theo phương dao động: dựa vào cách truyền sóng, người ta chia
sóng cơ ra làm hai loại: sóng dọc và sóng ngang.
 Sóng ngang là sóng mà phương dao động của các phần tử của môi
trường vuông góc với tia sóng. Sóng ngang xuất hiện trong các môi trường có tính
đàn hồi về hình dạng. Tính chất này chỉ có ở vật rắn.
 Sóng dọc là sóng mà phương dao động của các phần tử môi trường
trùng với tia sóng. Sóng dọc xuất hiện trong cá môi trường chịu biến dạng về thể
tích, do đó nó truyền được trong các vật rắn cũng như trong môi trường lỏng và
khí.
Sóng siêu âm ứng dụng trong siêu âm chẩn đoán thuộc loại sóng dọc.
Phân loại theo tần số: sóng âm được chia theo dải tần số thành 3 vùng
chính.
 Sóng âm tần số cực thấp, hay còn gọi là sóng hạ âm (Infrasound): f <
16 Hz. Ví dụ: sóng địa chấn.
 Sóng âm tần số nghe thấy được (Audible sound): f= 16 Hz – 20 kHz
 Sóng siêu âm (Ultrasound): f > 20kHz
Các nguồn sóng siêu âm có trong tự nhiên: Dơi, một vài loài cá biển phát
sóng siêu âm để định hướng … Nói chung các sóng này nằm trong vùng tần số 20
– 100 kHz. Sóng siêu âm ứng dụng trong y học có tần số từ 700 KHz đến 50 MHz

trong đó siêu âm chẩn đoán sử dụng các tần số từ 2 MHz đến 50 MHz.
(Trích Siêu âm bụng tổng quát – Nguyễn Phước Bảo Quân)