#1 Sóng siêu âm là gì? Tần số, ứng dụng và cách phân biệt

Nếu bạn là một người đam mê vật lý, có nhiều hứng thú trong việc tìm hiểu và phân tích vật lý, thì chắc hẳn các bạn cũng đã từng có những thắc mắc về sóng siêu âm. Vậy sóng siêu âm là gì? Tần số ứng dụng và cách phân biệt nó như thế nào Top1dexuat.com sẽ phân tích dưới bài viết sau đây.

Sóng siêu âm là gì?

Sóng siêu âm hay tần số sóng siêu âm, là một loại sóng rung động chuyển qua một phương tiện như không khí, kim loại và nước. Nó được định nghĩa là một âm thanh không thể nghe thấy được do có khoảng tần số cao hơn đối với con người, bởi tần số thường vượt quá 20kHz.

Nguồn gốc hình thành của sóng siêu âm

Trong lĩnh vực y học, siêu âm được hình thành từ một dòng điện có hiệu năng và tần suất, tần số rất cao. Dòng điện này sẽ tạo ra được qua một đầu phát tại một điểm, chúng sẽ tác động lên các tinh thể nhỏ của đầu phát nhằm phát ra sóng âm có tần số cùng với tần số của dòng điện.

Mặt khác, sóng siêu âm cũng được tạo ra bằng thực hành cực hàn sonotrode. Đây là sự chuyển đổi tín hiệu điện áp cao trở thành điện áp cao tần. 

Tính chất của sóng siêu âm

Sóng siêu âm gồm 4 tính chất cơ bản:

Bản chất của sóng siêu âm là sóng chạy hướng dọc, hay còn gọi là dao động cùng chiều với lan truyền sóng. Sóng siêu âm sẽ chỉ được truyền trong một môi trường có sự giãn nở, ngoại trừ môi trường chân không. Do đó, sóng âm sẽ tạo nên được sức ép làm thay đổi áp lực từ môi trường. Sự chênh lệch áp suất giữa 2 pha lên cao tỷ lệ thuận với tần số siêu âm.

Nhiệt độ môi trường và bản chất lan truyền của sóng phụ thuộc vào tốc độ lan truyền của nó. Tuy nhiên, nó sẽ không phụ thuộc vào tần số sóng bởi tốc độ truyền âm trong không khí không cao. Cụ thể rơi vào 342m/s. 

Tần số sóng siêu âm 

Sóng siêu âm thường có một tần số cụ thể, được quy định bằng số lần dao động trong 1s. Con người thường có thể phát hiện ra âm thanh trong tần số từ 20Hz đến 20kHz. Tuy nhiên tần số được sử dụng trong sóng dò siêu âm lại cao hơn rất nhiều: từ 100kHz đến 50Mhz. 

Công thức thực hiện: 

W= C/F 

W= CT 

Trong đó: 

• W là chiều dài sóng.
• C là vận tốc âm thanh được phát hiện trong môi trường.
• F là tần số sóng.
• T là thời gian.

Nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm

Siêu âm được truyền đi dưới hình thức cầu dẫn đồng tâm. Bề mặt quả cầu sẽ bao gồm các phân tử không khí nén, bên trong là phần hình thành thêm của các phân tử không khí mà sóng dò siêu âm đi qua.

Mỗi khi sóng siêu âm nở và nén sẽ được coi là một chu kỳ. Trong 1s, sóng siêu âm sẽ trải qua tổng 50 chu kỳ . Siêu âm sẽ được quy định bởi các đơn vị như sau:  kilohertz( kHz)=1000 Hz; megahertz (Mhz) = 1.000.000 Hz = 1000kHz. 

Nó có vận tốc lan truyền được thu bằng tần số của siêu âm nhân với bước sóng. 

Do có tần số rất cao nên bước sóng của âm khá ngắn. Sóng âm sẽ có kết quả hội tụ trong chùm tia thẳng và hẹp. 

Ứng dụng của sóng siêu âm

Dùng để diệt côn trùng

Khi phát hiện vật thể lạ, sóng siêu âm sẽ phát ra lượng tần số đủ cao để xua đuổi chuột, gián và các loại côn trùng gây hại.

Ứng dụng trong y học

Sóng siêu âm đã đóng vai trò khá quan trọng trong y học, được sử dụng khá phổ biến trong hoạt động siêu âm, thăm khám chữa trị cho người bệnh.

Bác sĩ có thể chẩn đoán chính xác bệnh lý nhờ vào công nghệ tiên tiến và hiện đại. Có thể sử dụng để siêu âm các vùng như: não, mắt, gan, thận, túi mật, buồng trứng, tử cung,…

Các bác sĩ sẽ đưa ra kết luận về tình trạng cơ thể đang mắc phải và đưa ra đồ thị và hướng điều trị hiệu quả nhất từ hình ảnh thu được sau khi siêu âm.

Sử dụng trong lĩnh vực khoa học quân sự

Trong lĩnh vực khoa học quân sự, hay lĩnh vực chi tiết hơn là lĩnh vực trinh sát biển, sóng siêu âm sẽ được sử dụng để phát hiện ra tài nguyên biển, cảnh báo cho thuyền trưởng biết những vật cản trên biển như: cá voi, núi băng,… Đôi khi nó có thể là công cụ phát hiện ra các loại tàu ngầm xâm nhập bất hợp pháp. 

Sử dụng trong việc xử lý khí thải

Sóng siêu âm sẽ kết dính và đông tụ các hạt dạng rắn chứa độc có trong hạt bụi và không khí. Đây là kĩ thuật tẩy rửa, làm sạch bằng sóng siêu âm. Do đó các hạt vật chất sẽ được tan biến trước khi kịp gây ra ô nhiễm. 

Ứng dụng trong lĩnh vực giám sát và nghe trộm

Bạn sẽ có thể nghe lén các cuộc trò chuyện mà không cần phải sử dụng micro. Chỉ cần hướng sóng vào cửa sổ của căn phòng đang được giám sát, bạn sẽ nghe được âm thanh ở trong căn phòng đó truyền lại ra ngoài. Thực tế, các chương trình trò chuyện trên đài phát thanh, hoặc các chương trình thực tế thường dùng đường truyền siêu âm để theo dõi trước khi đưa ra nhận xét được phát sóng trong các chương trình. 

Ngoài ra, siêu âm còn có rất nhiều ứng dụng khác như: ứng dụng siêu âm trong hóa học, sinh học, làm sạch bằng sóng siêu âm,… 

Phân biệt sóng siêu âm

Thông thường, người ta sẽ phân biệt sóng siêu âm dựa vào biên độ dao động và tốc độ truyền của chúng. 

Chính vì vậy, người ta sẽ phân tích sóng âm để tìm ra mục đích sử dụng của nó. Sóng âm sẽ được phân biệt dễ dàng khi chúng ta phát hiện ra thì biên độ dao động là bao nhiêu.

Thường sau khi biết mục đích hướng tới, người ta mới sử dụng sóng âm ở tần số nhất định. Do đó việc phân biệt sóng âm khá dễ dàng. 

Trên đây là một vài chia sẻ của chúng tôi về một vài kiến thức sóng siêu âm. Để đảm bảo cho việc lựa chọn thiết bị tạo sóng siêu âm phù hợp, các bạn cần tìm hiểu kỹ và thông qua những kiến thức về sức khỏe chúng tôi vừa đề cập phía trên.

Xem thêm: Siêu âm: Quy trình, kỹ thuật và các loại siêu âm hiện nay