Tất cả chúng ta những ai đã từng trải qua thời gian “mài quần trên ghế nhà trường”, chắc hẳn đã từng nghe qua, hoặc thậm chí nghe đi nghe lại về sóng siêu âm, một loại sóng âm thuộc dải tần số cao, và hơn hết chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong bài viết ngày hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về loại sóng này.

Tìm hiểu về sóng siêu âm

Khái niệm

Sóng siêu âm được định nghĩa là một loại sóng cơ có tần số lớn hơn 20 kHz và có thể lên đến một vài GHz, về bản chất sóng siêu âm và âm thanh cơ bản là giống nhau, tuy nhiên do sóng siêu âm có tần số vượt quá phạm vị nghe được của tai người, nên ta không thể nghe được chúng.

Tính chất

Tính chất của sóng siêu âm:

Khả năng truyền sóng: Sóng siêu âm có khả năng truyền qua các loại vật chất, ở cả 3 trạng thái rắn lỏng và khí, nó chỉ bị ngăn lại trong môi trường chân không.
Vận tốc truyền sóng: Trong cùng một môi trường, sóng siêu âm được truyền đi cùng vời tốc độ âm thanh. Ngoài ra đối với các môi trường vật chất khác nhau, tốc độ lan truyền của sóng siêu âm sẽ thay đổi.
Bước sóng: Do có tần số cao hơn nên sóng siêu âm có bước sóng thấp hơn.
Phản xạ: Trong quá trình truyền sóng trên đường đi nếu có sự thay đổi về môi trường vật chất, một phần sóng siêu âm sẽ bị phản xạ ngược trở lại.
Tác động sinh học: sóng siêu âm sẽ gây ra những tác động nhất định đối với những sinh vật sống, mức độ ảnh hưởng đến sinh vật, sẽ khác nhau đối với từng loài và từng ngưỡng tần số của sóng.

Sóng siêu âm được tạo ra như thế nào?

Từ trước khi người ta phát hiện ra sự tồn tại của sóng siêu âm, thì loại sóng này đã tồn tại sẵn trong tự nhiên, nó được tạo ra bởi các sinh vật như dơi, cá heo. Những loại động vật này tạo ra sóng siêu âm để định vị con mồi trong quá trình săn mồi.

Sau khi người ta phát hiện ra sóng siêu âm, nhận thấy những tính chất đặc biệt của nó, nhiều nhà nghiên cứu đã ứng dụng loại sóng này vào nhiều loại thiết bị khác nhau, để thực hiện một số công việc nhất định.

Việc tạo ra sóng siêu một cách có chủ đích, phụ thuộc vào loại thiết bị phát sóng, công nghệ phổ biến được áp dụng để tạo ra sóng siêu âm, đó là cung cấp một dòng điện phù hợp cho một tinh thể áp điện, dưới tác dụng của dòng điện tinh thể này sẽ rung động, từ đó chuyển đổi xung điện thành các dao động cơ học có tần số cao.

Sóng siêu âm có gây hại cho con người không?

Sóng siêu âm ở mức độ và tần số thấp, được sử dụng trong y học và các ứng dụng công nghiệp thông thường, được coi là an toàn cho con người và không gây hại cho sức khỏe.

Tuy nhiên, ở mức độ cao hơn, sóng siêu âm có thể gây ra các tác động phụ. Ví dụ, trong thực nghiệm trên động vật, sóng siêu âm ở mức độ cao có thể gây ra các tác động như tiêu chảy, đau bụng, suy nhược cơ thể và thậm chí là tử vong. Vì vậy, khi sử dụng sóng siêu âm ở mức độ cao hơn, cần phải đảm bảo các biện pháp an toàn và kiểm soát nồng độ sóng siêu âm để tránh tác động đến sức khỏe của con người và động vật.

Tóm lại, nếu được sử dụng đúng cách và trong phạm vi an toàn, sóng siêu âm là một công nghệ rất hữu ích và không gây hại cho con người. Nhưng ta vẫn nên hạn chế tiếp xúc với sóng siêu âm ở mọi mức tần số.

Một số lĩnh vực ứng dụng sóng siêu âm

Với những tính chất đặc biệt cùng với đó là sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, trong thời đại, sóng siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực bao gồm quân sự, y tế, đo lường công nghiệp, cơ khí chế tạo,… Các ứng dụng cụ thể đối với các lĩnh vực hãy cùng mình tìm hiểu ngay sau đây.

Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Trong lĩnh vực y tế, ứng dụng tiêu biểu nhất của sóng siêu âm đó chính là máy siêu âm, thiết bị phát ra sóng âm đi vào bên trong cơ thể con người, khi sóng âm gặp các cơ quan nội tạng, nó sẽ bị phản xạ ngược trở lại, kết hợp với một số bộ phận máy móc khác, ta thu được hình ảnh thể hiện trạng thái của các cơ quan trong cơ thể.

Ứng dụng trong đo lường

Sóng siêu âm được ứng dụng trong các thiết bị đo lường không xâm lấn, một số thiết bị có thể kế đến như: Thiết bị đo độ dày của các loại vật liệu thông qua sóng siêu âm, thiết bị đo tốc độ dòng chảy hay thường được gọi là đồng hồ đo lưu lượng siêu âm,…

Ứng dụng sóng âm tần số cao trong đo lường

Ứng dụng trong cơ khí chế tạo

Trong cơ khí chế tạo đặc biệt là những dự án máy móc thiết bị, có yêu cầu cao về kỹ thuật một số phương pháp gia công chế tạo như hàn và đúc, thường có nguy cơ tiềm ẩn những khuyết tật nằm sâu bên trong, những khuyết tật này là rất nguy hiểm, nó có thể phá hỏng kết cấu hoặc thậm chí gây nguy hiểm cho người vận hành sau này. Để khắc phục được hiện trạng này các loại máy dò siêu âm ra đời để kiểm tra chất lượng chế tạo của sản phẩm.

Kết luận chung

Sóng siêu âm là một loại sóng cơ khí có tần số cao hơn tần số của sóng âm thanh.

Nó được ứng dụng rộng rãi trong y học, công nghiệp và khoa học. Sóng siêu âm được sử dụng để chẩn đoán bệnh, điều trị, phân tích vật liệu, định vị và đo khoảng cách, kiểm tra chất lượng sản phẩm và nhiều ứng dụng khác.

Tuy nhiên, nó cũng có thể gây hại cho con người nếu không được sử dụng đúng cách. Nhìn chung, sóng siêu âm mang lại nhiều lợi ích cho con người và được xem là một công nghệ quan trọng và không thể thiếu trong y học, công nghiệp và khoa học.