Ultrasuoni: caratteristiche e applicazioni
Gli ultrasuoni sono onde sonore ad alta frequenza, di solito superiore a 20 kHz, al di sopra delle frequenze udibili dall’orecchio umano e fino a 10^10 Hz. Queste onde seguono le leggi delle radiazioni luminose e hanno una lunghezza d’onda determinata dal rapporto tra la velocità del suono e la frequenza.
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La velocità del suono varia a seconda del mezzo e delle sue proprietà, come la temperatura. Ad esempio, nella temperatura dell’aria varia da 331.2 m/s a 0 °C a 343.1 m/s a 20 °C. Le onde ad alta frequenza hanno lunghezze d’onda più corte rispetto a quelle a bassa frequenza.
Analogamente alle onde elettromagnetiche della luce visibile, che hanno frequenze comprese tra 38 ⋅ 10^13 Hz e 79 ⋅ 10^13 Hz, l’orecchio umano può percepire suoni con frequenze che vanno da circa 20 Hz a 20 kHz.
Utilizzo degli ultrasuoni
Gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in medicina, industria e ricerca scientifica grazie alle loro proprietà che offrono nuovi metodi di indagine e manipolazione in vari settori, favorendo la scoperta e l’innovazione.
Ultrasuoni e l’effetto piezoelettrico
Gli ultrasuoni sono generati attraverso materiali piezoelettrici come il quarzo o il titanato di bario, che accumulano cariche elettriche quando sottoposti a una sollecitazione meccanica. Questi materiali possono generare un campo elettrico con una deformazione meccanica e possono deformarsi meccanicamente sotto l’applicazione di un campo elettrico.
Per generare ultrasuoni, si utilizza un trasduttore piezoelettrico a cui viene applicato un segnale elettrico ad alta frequenza, generando una vibrazione meccanica nel materiale piezoelettrico grazie all’effetto piezoelettrico. La frequenza del segnale determina la frequenza degli ultrasuoni emessi.
La vibrazione meccanica del materiale piezoelettrico provoca l’emissione di onde acustiche nel mezzo circostante, che sono onde longitudinali ad alta frequenza che si propagano attraverso il mezzo elastico. La forma dell’onda acustica generata dipende dalla forma del trasduttore piezoelettrico utilizzato.
Scopri le diverse applicazioni degli ultrasuoni
I trasduttori a ultrasuoni possono emettere onde acustiche sferiche o direzionali, a seconda delle esigenze. Le caratteristiche degli ultrasuoni, come la frequenza, l’intensità e la direzione del fascio, sono controllabili mediante il segnale elettrico applicato al trasduttore piezoelettrico. Questo permette di adattare gli ultrasuoni alle varie applicazioni, che spaziano dall’imaging medico alla terapia focalizzata e all’ispezione dei materiali.
Applicazioni mediche degli ultrasuoni
Gli ultrasuoni rivestono un ruolo di rilievo nel settore medico, trovando impiego in numerose applicazioni diagnostiche e terapeutiche. Un’applicazione ben nota è l’ecografia, una tecnica di imaging medico non invasiva che utilizza gli ultrasuoni per visualizzare organi, tessuti e strutture all’interno del corpo umano.
Durante l’ecografia, un trasduttore ad ultrasuoni emette onde ad alta frequenza nell’area da esaminare. Queste onde si propagano attraverso i tessuti del corpo, riflettendosi parzialmente dalle varie strutture incontrate, come organi, fluidi e tessuti. Il trasduttore rileva le onde riflesse e le trasforma in segnali elettrici, che vengono elaborati da un computer per creare immagini in tempo reale sullo schermo dell’ecografo.
Un’altra applicazione medica importante è la densitometria ossea ad ultrasuoni, che può essere impiegata per diagnosticare e monitorare l’osteoporosi. Oltre a queste, gli ultrasuoni sono utilizzati anche nel monitoraggio emodinamico, nella guida interventistica e nell’ablazione termica dei tessuti.
Ultrasuoni in fisioterapia
Gli ultrasuoni a bassa intensità vengono impiegati in fisioterapia per trattare lesioni muscolari, tendinee o articolari in modo mirato. Queste onde penetrano nei tessuti e possono favorire il rilassamento muscolare, ridurre l’infiammazione e stimolare la guarigione. L’effetto riscaldante degli ultrasuoni aiuta a alleviare il dolore muscolare e a ridurre l’infiammazione cronica.
