Sóng siêu âm là loại sóng âm được nhiều bác sĩ trong ngành y dược lựa chọn làm công cụ để siêu âm. Loại sóng này có sẵn trong tự nhiên, được con người tìm thấy và ứng dụng vào đời sống thực tiễn để tạo ra các lợi ích vô giá. Vậy sóng này có đặc điểm và nguyên lý hoạt động ra sao hãy cùng theo dõi ngay bên dưới đây.
Sóng siêu âm là gì?
Như đã giới thiệu, sóng âm có sẵn trong tự nhiên, qua nhiều năm nghiên cứu và tìm hiểu, các nhà khoa học đã chứng minh được sự tồn tại của nó. Dần bắt đầu ứng dụng vào trong đời sống để thực hiện nâng cấp chất lượng của các lĩnh vực như: y khoa, làm sạch, quân sự, nghiên cứu vật lý,…
Sóng siêu âm có nguồn gốc từ tiếng La Tinh là cụm từ “Ultra, có nghĩa là vượt xa ngoài những mong đợi, mang đến một âm thanh đặc biệt. Một âm thanh dù không thể nghe thấy, nhưng mọi người luôn biết đến sự tồn tại và hiện diện của chúng xung quanh.
Sóng âm hay còn được gọi là sóng âm có tần số dao động trên một giây rất lớn. Sóng âm thanh rung động với tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với mức khả năng mà tai người có thể nghe thấy tiếng động.
Với những đặc tính cơ bản nhưng đầy thú vị và độc đáo của nó, đã thu hút được không ít sự quan tâm của các nhà khoa học lúc bấy giờ. Khi sự ra đời của sóng âm được công nhận đã tiêu tốn nhiều giấy, mực, chất xám của những đầu báo cổ điển.
Sự ra đời vô cùng đặc biệt của sóng âm
Mặc dù sóng âm được tạo ra trong tự nhiên, nhưng nó có đến hai hình thức để hình thành đó là từ tự nhiên hoặc nhân tạo, nhờ có sự tác động của con người mà sóng siêu âm được bố trí xuất hiện ở nhiều nơi hơn. Phục vụ cho các mục đích và nhu cầu ứng dụng khác nhau, giúp cho đời sống ngày càng phát triển và hiện đại.
Mặc dù, đây là âm thanh khiến khả năng nghe và nhận biết của tai người bị giới hạn và khoanh tay chịu trói, làm mọi cách cũng không thể tự phát hiện được. Nhưng khái niệm và sự đặc biệt của loại sóng đó chỉ xét ở người. Trong tự nhiên vẫn phát hiện một số loài động vật bậc cao như loài thú có vú.
Đó là những loài có thể nhận biết sóng siêu âm một cách dễ dàng, trên thực tế đã phát hiện được bao gồm: cá voi, dơi, cá heo,… Là loài động vật có không những phát hiện được sóng âm mà nó còn có khả năng tạo ra sóng âm. Do đó, nếu nói đúng, chúng mới là những tổ tiên, những người cha đẻ đầu tiên của sóng âm trên thế giới.
Tiếp nối sự hiện diện và đóng góp từ tự nhiên, tạo hóa, vào năm 1877, hai nhà khoa học vĩ đại và tài ba đã nghiên cứu và phát minh ra điện áp – Pierre và Jacques Curie. Sau này được ứng dụng, kết hợp với nhiều công cụ, máy móc, thiết bị hiện địa để dò siêu âm. Đến 1915, nhà vật lý học lừng danh Paul Langevin tạo ra đầu dò.
Cơ chế hoạt động của sóng siêu âm
Sóng siêu âm là một loại sóng rất đặc biệt, do đó nguyên lý hoạt động của nó cũng có phần khác biệt so với các loại sóng thông thường. Sở dĩ, trong vật lý học có rất nhiều loại sóng được tìm thấy và nghiên cứu phát triển, nhưng sóng âm vẫn là loại được ứng dụng vào vô số lĩnh vực của đời sống.
Cơ chế hoạt động cơ bản nhất ở góc nhìn vật lý
Bởi vì nền tảng nguyên khai cơ bản nhất là định vị bằng tín hiệu của sóng âm. Để phát hiện ra các đồ vật bị thất lạc trong nước, với cơ chế và nguyên lý hoạt động hai chiều, tác động qua lại để nhận định tình trạng, tính chất của các tình huống đã và đang được diễn ra.
Khi phát đi sóng siêu âm, tạo ra trong không gian một mảnh lưới thâu tóm vô hình với phạm vi nhất định, nếu như phát hiện được bất kỳ sự vật hiện tượng nào xuất hiện trong không gian ấy, hay còn được gọi là lọt vào vòng lưới đã văng màn. Sẽ tạo ra hiện tượng phản hồi âm, tức là đã nhận thấy được âm thanh và phát tín hiệu trả lời.
Kết quả của một cuộc phản hồi âm
Phát chùm siêu âm đi và khi sóng được phản lại, sẽ đánh giá kết quả dựa trên những thay đổi so với chùm sóng âm đã được tung ra ban đầu. Người ta căn cứ vào những phản hồi đó để đưa ra các nhận định và phán đoán với khả năng chính xác lên đến tám mươi phần trăm.
Dựa trên hai nguyên tắc, nếu như khoảng cách tuyệt đối giữa nguồn phát và vật thay đổi, khi tần số tăng thì khoảng cách ấy sẽ giảm, ngược lại khi tần số giảm, khoảng cách sẽ tăng lên. Đây là mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa tần số và khoảng cách, kiến thức cơ bản của môn vật lý được truyền đạt theo cách phát triển một vĩ mô ra.
Sóng âm trong y học
Sóng siêu âm đã được ứng dụng trong ngành y khoa nhằm hỗ trợ điều trị bệnh trên cơ thể của con người. Việc sử dụng sóng âm giúp cho các bác sĩ phát hiện, chẩn đoán được bộ phận bên trong của bệnh nhân đang gặp vấn đề gì và từ đó phân tích tình trạng nguy hiểm của bệnh.
Sóng âm có khả năng lan truyền trong nhiều môi trường khác nhau như không khí, chất lỏng và kể cả chất rắn. Nhờ vào ưu điểm đó, mà sóng âm được truyền qua các vật chất tốt hơn và độ phân giải từ ảnh chụp siêu âm sẽ cho ra chất lượng tốt hơn.
Đặc biệt, khi sử dụng sóng siêu âm, các bộ phận nào trên cơ thể không bình thường thì sẽ nhận được tín hiệu hồi âm phản xạ. Chính vì vậy, sóng âm chính là trợ thủ đắc lực, đáng tin cậy cho người dùng.
Đồng thời, khi chúng được tác động đúng cách lên các cơ quan trên cơ thể con người sẽ tạo ra được những hiệu ứng cơ học, hóa học và nhiệt. Từ các hiệu ứng cơ bản đó, sẽ mang đến các tác dụng tích cực cho cơ thể, giúp giảm đau và cải thiện tình trạng bệnh lý.
Thông thường trong y khoa người ta sẽ dùng tần số từ 1 đến 15MHz, để truyền chùm âm đi xuyên qua cơ thể. Bên cạnh đó, các bác sĩ thường sử dụng siêu âm 2D để tiến hành các kiểm tra sơ bộ, siêu âm 3D để khám thai, khám tuyến giáp hay siêu âm Doppler để kiểm tra mạch máu của bệnh nhân.
Ứng dụng sóng siêu âm trong cuộc sống hàng ngày
Trong thời kỳ phát triển như ở thời điểm hiện tại, sóng siêu âm đã trở thành một cụm từ vô cùng quen thuộc. Chúng được con người ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ chẩn đoán bệnh tật, làm sạch các dụng cụ, dò cá, trinh sát biển, đến các ngành công nghiệp hàn, công nghiệp thực phẩm và kể cả ngành dược.
Trong quân sự
Trong tự nhiên các loài thú thông minh và nhạy bén như cá voi, dơi, cá heo, phát ra sóng âm và sử dụng nó để tìm đường, nhận biết được những vật cản sẽ gây va chạm, xác đúng vị trí con mồi vô cùng nhanh chóng, hiệu quả. Sự thành công của chúng đã thu hút nhiều quốc gia phát triển.
Cụ thể, nhiều nước bắt đầu ứng dụng, khai triển nó theo hình thức mà con người đã và đang cập nhật cho bộ máy chiến đấu. Sử dụng sóng siêu âm để trang bị cho các vũ khí chiến đấu trên không và mặt đất hiện đại, nhận biết được kẻ địch và tấn công một cách dễ dàng. Bảo vệ được sự an toàn cho những đội ngũ tham gia, tiêu diệt đối thủ chỉ trong tích tắc.
Sóng siêu âm mang lại nhiều lợi ích cho nền công nghiệp
Sóng siêu âm mang lại rất nhiều lợi ích cho nền công nghiệp, do đó chúng được dùng phổ biến trong các lĩnh vực như hàn siêu âm, gia công vật liệu cứng, kiểm tra chất lượng sản phẩm. Với phương pháp hàn bằng máy phát sóng siêu âm, người ta sẽ dựa vào dao động siêu âm với tần số khoảng 2000Hz được tạo nên từ máy phát.
Từ đó, chúng có khả năng tác động vào những vùng xung quanh mối hàng, làm cho vùng cần nối trở nên linh hoạt. Lúc này, người ta sẽ dùng lực ép để đẩy các chi tiết nối liền lại với khoảng cách nhất định, để các nguyên tử phát sinh sự liên kết chặt chẽ tạo thành mối hàng tốt nhất.
Bên cạnh đó, người ta còn ứng dụng sóng siêu âm để phát hiện ra các khuyết tật nằm ở trong các vật liệu như vết nứt, rỗ khí, lỗ rỗng và các bất liên tục nằm trong chất dẻo, kim loại,…. bằng cách phát ra luồng sóng từ bộ phát sung. Ở thời điểm đó, luôn năng lượng âm đã được hình thành và lan truyền qua các vật liệu dưới dạng sóng.
Khi phát hiện ra sự gián đoạn hệ sóng được tạo nên bởi các lỗ hổng, vết nứt, rỗ trên đường truyền sóng, lập tức phần năng lượng sẽ bị phản xạ trở lại từ bề mặt khuyết tật. Sau đó tín hiệu được tiếp nhận lại thiết bị và được chuyển thành tín hiệu điện nhờ biến từ, chúng sẽ được tính toán rồi mới hiện lên màn hình hiển thị.
Hỗ trợ vệ sinh thiết bị, dụng cụ
Sóng siêu âm ở tần số cao còn được người ta áp dụng để phá hủy các vật thể hay dùng để vệ sinh các dụng cụ y tế, đồ trang sức, đồng hồ, mắt kính, dụng cụ thí nghiệm,… dựa vào hiện tượng xâm thực của sóng. Cơ chế hoạt động của dòng sóng âm này là tấn công vào các bọt khí thường xuất hiện trong chất lỏng với tần số cao.
Việc dao động cơ học sẽ tạo nên sự chênh lệch về khối lượng riêng, làm cho các hạt khí chuyển động hỗn loạn. Chúng sẽ kết tinh lại với nhau và hình thành những bọt khí có kích thước lớn hơn, khi đó các hạt khí sẽ đạt đến một kích cỡ nhất định, có khả năng bị vỡ tung thành nhiều hạt nhỏ và tạo nên sức va đập mạnh với áp suất lớn.
Kết luận
Thông qua những dữ liệu được tổng hợp từ bài viết, bạn đọc có thể tìm hiểu rõ hơn về tất tần tật chủ đề sóng siêu âm trong nghiên cứu và thực tiễn. Toàn bộ đều là nội dung thú vị, hấp dẫn, nên nếu bỏ lỡ sẽ là một sự tiếc nuối không nhỏ, đừng lướt qua nếu không muốn bản thân mất đi lượng kiến thức quý giá bạn nhé!
