Quali sono i diversi tipi di applicazioni ad ultrasuoni?
Il suono è l'oscillazione della pressione di un mezzo, come aria o acqua. La lunghezza d'onda del suono varia in base alla temperatura, al mezzo e all'energia iniziale. L'ultrasuono si riferisce alle lunghezze d'onda al di sopra dell'intervallo uditivo umano, circa 20.000 kilohertz. Molte applicazioni ad ultrasuoni utilizzano le vibrazioni meccaniche del suono per interrompere la struttura cellulare o del particolato. Altre applicazioni usano il riflesso delle onde sonore per rilevare o osservare oggetti.
Le applicazioni ad ultrasuoni derivano dalle proprietà del suono. Il suono non è leggero; consiste nella vibrazione meccanica di un gas o di un liquido, mentre la luce ha una natura elettromagnetica. Le onde si propagano in tre dimensioni da una sorgente puntuale, dissipandosi in energia e diminuendo in ampiezza mentre viaggiano. I mezzi meno densi, come i gas, trasportano le onde sonore più lontano dei liquidi. I solidi conducono il suono all'impatto dell'onda su una superficie e muovono fisicamente il gas o il liquido sull'altra superficie del solido.
L'impatto fisico delle onde sonore migliora la consistenza delle miscele solido-liquido in applicazioni ad ultrasuoni su scala commerciale e di laboratorio. L'omogeneizzazione si verifica mediante riduzione della dimensione delle particelle di solidi, dispersione dei solidi o rottura degli agglomerati di particelle. L'energia ad altissima frequenza delle onde sonore provoca cavitazione nel liquido. La cavitazione si verifica come aree alternate di alta e bassa pressione, che provocano la formazione e il crollo violento di microbolle.
I laboratori biologici usano la forza meccanica degli ultrasuoni per rompere le cellule e separare gli organelli, che sono piccoli componenti intracellulari. Composti biologici utili possono essere estratti dal fluido cellulare. Allo stesso modo, la distruzione ultrasonica delle cellule può essere utilizzata come tecnica di sterilizzazione. La pulizia degli articoli di laboratorio di sostanza organica testarda o depositi minerali viene spesso effettuata immergendo i pezzi in bagni ad ultrasuoni.
Sonochemistry promuove le reazioni chimiche utilizzando la miscelazione violenta della cavitazione delle applicazioni ad ultrasuoni. Le velocità di reazione aumentano a causa dell'aumentata miscelazione dei reagenti o dell'aumentata attività dei catalizzatori a fase mista. Le applicazioni commerciali di questa tecnologia includono la trasformazione di oli vegetali in combustibili biodiesel.
Altre applicazioni ad ultrasuoni sfruttano la natura ondulatoria del suono. Il suono si riflette su superfici solide e può essere ricevuto da un'antenna. Molte applicazioni ad ultrasuoni forniscono informazioni diagnostiche in campo medico per aiutare nella valutazione di feti, tumori e lesioni. Questi esami non invasivi sono semplici, indolori e poco costosi.
Il sonar utilizza il suono come un dispositivo a distanza, un'apparecchiatura che trasmette e riceve energia delle onde per individuare gli oggetti. Le lunghezze d'onda possono variare da infrasuoni ad ultrasuoni. Le applicazioni spaziali sono utilizzate dalle unità militari per l'acquisizione, la navigazione e la sicurezza del bersaglio. I pescatori usano spesso il sonar per aiutare a individuare banchi di pesci. Droni e robot possono essere controllati da comandi ad ultrasuoni.