5. Поглощение ультразвука

Как было сказано выше, газы сильно поглощают УЗ. Но поглощают УЗ не только газы, но и различные другие среды. Выясним, по какому закону идёт ослабление УЗ волны при прохождение через вещество.

Известно, что скорость уменьшения интенсивности УЗ волны пропорциональна её интенсивности. Составим дифференциальное уравнение:

dI =-I

dt

Разделив переменные и проинтегрировав, получим: lnI = -x + C

Или окончательно: I = Ioe^-t

Мы получили уравнение экспоненты. Значит, интенсивность УЗ уменьшается по закону экспоненты. Здесь  - коэффициент затухания. Он показывает, какая доля первоначальной интенсивности теряется при прохождении УЗ волной 1см пути.

Следует отметить, что при возрастании частоты коэффициент поглощения растёт. Например, при прохождении УЗ поперёк мышечных волокон при частоте 3 МГц коэффициент поглощения составляет 0,48, а а при частоте 5 МГц - 0,71.

6. Действие ультразвука на вещество

Разберём случай действия УЗ на биологическую ткань клеточной структуры. В этом случае, в зависимости от интенсивности, возможны первичные и вторичные эффекты. Из уравнения Умова следует, что амплитуда УЗ колебаний будет:

I = ^^I^



При большой интенсивности УЗ колебаний наблюдается первичный эффект.

Он выражается появлением кавитации. А кавитация это образование внутри жидкости пузырьков пара вблизи быстро движущегося тела, движение которого приводит к разрыву жидкости. Образовавшиеся пузырьки пара сразу резко захлопываются, что приводит к образованию ударных волн, которые тела, находящиеся в жидкости. Если это металл – то ударная волна приводит к выкрашиванию частиц металла из его поверхности. Если зто биологическая ткань – то ударная волна приводит к разрушению клеток.

Если интенсивность УЗ волны небольшая, то имеет место вторичный эффект. Суть его в том, что УЗ волна, имея очень малую длину, проходя по живым клеткам, не только их колеблет из стороны в сторону, но и периодически сжимает и разжимает. Это является микромассажем клеток. При прохождении волны слышимого диапазона, вследствие её большой длины, осуществляется только колебания клеток из стороны в сторону, а сжатия – разжатия не происходит. Следовательно, микромассаж клеток не происходит.

Для первичного и вторичного эффекта характерен нагрев ткани.

7. Применение ультразвука в медицине

Применение ультразвука в медицине идёт по двум направлениям: а) диагностика и исследование б) лечение

Для диагностики используют свойство ультразвука отражаться от границы тканей различного рода. На этой основе работают различные эхографические приборы, например, эхознцефалограф «ЭХО». Он излучает короткие УЗ импульсы и улавливает отражённые импульсы. Когда излучается УЗ импульс, то одновременно на экране осциллографа запускается электронный луч. Пока отражённый импульс возвратится назад, луч по экрану пройдёт определённое расстояние и при этом на траектории луча отметится зубец. По положению зубца судят о глубине залегания отражающего тела. А так как длина УЗ волны мала, то таким образом можно обнаружить объект малого размера.

Существуют более совершенные аппараты, в которых УЗ луч осуществляет сканирование внутри организма и позволяет получить на экране монитора двумерную картину внутренних органов Этот аппарат получил название УЗИ (ультразвуковое исследование). Аппараты УЗИ широко применяются в различных отраслях медицины, в частности, в акушерстве и гинекологии. Отличительной чертой всех УЗ диагностических приборов является наличие экрана.

В настоящее время начинает внедряться в медицину метод измерения скорости кровотока, в основе которого лежит эффект Доплера. Внедряется также метод, по которому определяют плотность сросшихся или повреждённых костей, путём измерения скорости УЗ в кости.

Использование УЗ в лечебных целях применяется в физиотерапии с целью прогревания и микромассажа воспалённых очагов, при этом используется частота около 800 кГц и интенсивность порядка 1 Вт\см²

УЗ высокой интенсивности используется в хирургии в качестве лазерного скальпеля, фокусированный УЗ используется для умертвления злокачественных опухолей внутри головного мозга без операции трепанации черепа, а также ультразвук ускоряет срастание сломанных костей.

В офтальмологии УЗ используется для лечения близорукости, при этом используется УЗ низкой интенсивности.

В стоматологии УЗ используется для удаления зубного камня, а также для обработки кариесных полостей перед пломбированием.

В фармакологии УЗ используется для смешивания таких жидкостей, которые невозможно смешать в обычных условиях, то есть, для получения всяких эмульсий, суспензий. Например, ультразвук позволяет смешать масло и воду, масло и ртуть и др. масло и воду.

В спорте УЗ используется для облегчения развития эластичности мышц и связок, которое необходимо особенно в художественной гимнастике, а также в балете и цирковом искусстве. УЗ позволяет это сделать быстрее и без возможных травм при перетяжке мышц и связок.

В настоящее время УЗ широко используется для научных исследований для того, чтобы получить новые данные о строении и функциях человеческого организма.