Що таке ультразвук? 

Ультразвук - це поширюється хвилеподібно коливальний рух, який здійснюють частинки середовища. Він має свої особливості, за якими відрізняється від звуків чутного діапазону. Порівняно легко в ультразвуковому діапазоні отримати направлене випромінювання. До того ж він добре фокусується, і в результаті цього підвищується інтенсивність здійснюються коливань. При поширенні в твердих тілах, рідинах і газах ультразвук народжує цікаві явища, що знайшли практичне застосування в багатьох областях техніки і науки. Ось що таке ультразвук, роль якого в різних сферах життя сьогодні дуже велика.

Трохи з історії

У 1880 року французькі фізики, брати П'єр і Поль Кюрі, помітили, що з стискуванні і розтягненні кристала кварцу з обох сторін з його гранях, перпендикулярних напрямку стискування, з'являються електричні заряди. Це назвали пьезоэлектричеством (від грецького «пьезо» – «давлю»), а матеріали з цими властивостями – пьезоэлектриками. Згодом цей явище пояснили анізотропією кристала кварцу – різні фізичні властивості вздовж різних граней.

Під час першої Першої світової французький дослідник Поль Ланжевен запропонував використовувати п'єзоелектричний ефект щоб виявити підводних човнів. Якщо пьезоэлектрик зустрічає своєму шляху ультразвукове хвилю від гвинта човни, що поширюється зі швидкістю 1460 км/с, вона стискує його межі, і з'являються електричні заряди. Сжимаясь і розтискаючи, кристал хіба що генерує перемінний електричний струм, що можна виміряти чутливими пристроями. Якщо до граням кристала докласти змінне напруга, вона сама почне коливатися, стискуючись і розтискаючи із частотою змінного напруги. Ці вагання кристала передаються середовищі, яка з кристалом (повітрю, воді, твердому тілу). Так виникає ультразвукова хвиля.

Ланжевен спробував зарядити межі кварцевого кристала електрикою від генератора змінного струму високої частоти. Заодно він зауважив, що кристал коливається в такт зміни напруги. (Рис. 001) Щоб посилити ці коливання, учений вклав між сталевими листами-электродами не лише одну, а кілька платівок та домігся виникнення резонансу – різкого збільшення амплітуди коливань. Ці дослідження Ланжевена дозволили створювати ультразвукові випромінювачі різної частоти. Пізніше з'явилися випромінювачі з урахуванням титаната барію, і навіть інших кристалів і кераміки, які можна будь-який форми і збільшення розмірів.

Ультразвук можна одержати й інакше. У 1847 року англійський фізик Джеймс Джоуль виявив, що з перемагничивании електричним струмом залізничних і нікелевих стрижнів вони то зменшуються, то збільшуються в такт змін напрями струму. (Рис. 002) Причому у навколишньому середовищі порушуються хвилі, частота яких залежить від коливань стрижня. Це назвали магнитострикцией (від латинського «стриктус» – «стиснення»).

Ультразвук виявився просто знахідкою на вирішення технічних, наукових установ та медичних завдань. Наприклад, ультразвукові дефектоскопы, (Рис. 003) поєднані з комп'ютером, допомагають контролювати якість зварних швів, бетонних опор і плит. Ультразвуковую апаратуру і з успіхом застосовують для різання і свердління металів, скла та інших матеріалів. Ультразвук можна використовуватиме подрібнення речовини – наприклад, на приготування тонко розмеленого цементу чи азбесту, щоб одержати однорідних емульсій, очищення рідини чи газу від домішок. (Рис. 004) З допомогою сфальцьованого пучка ультразвукових хвиль розпорошують деякі рідини, наприклад, ароматні речовини, лікарських препаратів. Получающийся «ультразвукової туман», зазвичай, якісніший, ніж аэрозольный. Сам його екологічно безпечніший, тому що відмовитися від фторсодержащих газів, які використовуються у аерозольних баллончиках.