Биофизика. Модуль Ткани. Лекция 8. Ультразвук
.pdf
Модуль М02 «Ткани» Лекция №8
Ультразвук. Первичные механизмы действия ультразвука на ткани и органы.
Вопросы лекции:
1.Механические волны. Уравнение волны. Поток энергии и интенсивность волны.
2.Природа ультразвука. Источники и приемники ультразвука.
3.Особенности распространения ультразвуковых волн. Волновое сопротивление. Коэффициент проникновения.
4.Поглощение ультразвуковых волн различными средами. Первичное действие ультразвука на вещество, на клетки и ткани организма.
5.Использование ультразвука для лечения и диагностики.
Механические волны
Механической волной называют механические возмущения, распространяющиеся в пространстве и несущие энергию.
Различают два основных вида механических волн: упругие волны – распространение упругих деформаций – и волны на поверхности жидкости.
Схема распространения волны
|
|
|
x |
|
s Asin t |
s Asin t |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
||
0 |
X |
|
|
X |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
S – смещение, x – координата, υ – скорость волны
Если s и x направлены вдоль одной прямой, то волна продольная, если они взаимно перпендикулярны, то волна поперечная.
Характеристики волны
1.Поток энергии (Ф)
2.Объемная плотность энергии (Wp)
3.Интенсивность волны (плотность потока энергии волны) (I)
Фазовая и групповая скорости
Скорость распространения фиксированной фазы колебаний называют фазовой.
|
|
x |
|
|
dx |
||
t |
|
|
|
const |
0 dt |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||
dx
Фазовая скорость равна |
dt |
|
Групповая скорость описывает реальную волну, представленную суммой группы синусоидальных волн
Дифференциальное уравнение
волны
S Asin (t |
x |
) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
dS |
A cos (t |
x |
) |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
d 2 S |
A 2 |
sin (t |
|
x |
) |
|||||||||
|
|
|
||||||||||||
dt 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
d 2 S |
2 |
|
d 2 S |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
dt 2 |
|
dx2 |
|
|
|
||||||||
S Asin (t |
x |
) |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
dS |
A |
cos (t |
x |
) |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
d 2 S |
A |
2 |
sin (t |
|
|
x |
) |
|||||||||||
dx2 |
|
2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
d 2 S |
|
|
|
|
1 |
|
|
d 2 S |
|
|
|
|
|||||
|
|
dx2 |
|
|
2 |
dt 2 |
|
|
|
|
||||||||
Дифференциальное уравнение механической волны
Длина волны
Расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же момент времени отличаются на 2
называется длиной волны
|
|
|
T |
|
|
T |
|
1 |
|
|
|
|
|
v |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Поток энергии волн
Поток энергии волн равен отношению энергии, переносимой волнами через
некоторую поверхность, к времени, в
течение которого эта энергия
перенесена.
Ф dEdt (Вт)
Объемная плотность энергии
Средняя энергия колебательного движения, приходящаяся на единицу объема среды называется объемной плотностью энергии.
|
|
|
|
|
|
E |
|
E |
|
E |
Дж/м3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
V |
|
S l |
S t |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
t 1c |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|
|
A2 2 |
||
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Плотность потока энергии
(интенсивность)
I |
Ф |
Вт/м2 |
|
S |
|||
|
|
Ф S
I